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工業(yè)4.0如何幫助企業(yè)實現(xiàn)凈零

（2025年4月2日更新）

2019 2000年，受經(jīng)濟增長加速的影響，全球二氧化碳排放創(chuàng)下新紀錄，達到367 億噸，較1990 年增加60%。目前，全球碳減排壓力越來越大。在全球總排放中，制造過程中產(chǎn)生的二氧化碳比例很高，這意味著工業(yè)在碳減排中的重要性不容低估。例如，在巨大需求的刺激下，僅混凝土生產(chǎn)的碳排放量就占年排放量的8%。許多工業(yè)生產(chǎn)代表企業(yè)已經(jīng)做出最遲到本世紀中葉實現(xiàn)凈零運營。工業(yè)企業(yè)按照凈零原則，承諾在不使用碳補償?shù)那闆r下實現(xiàn)凈零溫室氣體排放。這就要求企業(yè)改用不產(chǎn)生溫室氣體的生產(chǎn)工藝，或補償某些生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的碳排放。這樣，他們就需要采取一種新的方式來收集二氧化碳和其他溫室氣體，或者直接使用它們，或者通過購買碳信用額度來抵消碳排放。

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1 從生產(chǎn)到供應的能源利用

任何行業(yè)都不容易實現(xiàn)凈零排放目標，必須密切關注供應鏈的各個環(huán)節(jié)。企業(yè)需要對供應鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的溫室氣體排放承擔碳責任，并找到減少甚至完全消除碳排放的方法。找到減排潛力大的環(huán)節(jié)并不難，尤其是能源消費活動，通常是制造業(yè)供應鏈中溫室氣體的主要排放源。對于不可避免的能源消費，如果采用可再生能源替代方法，凈零目標將更容易實現(xiàn)。

近年來，盡管工業(yè)生產(chǎn)領域的核心話題集中在JIT(準時)供應鏈管理，但凈零核算也用于優(yōu)化供應鏈碳排放計算，從而達到最大的碳管理效率。如果一個制造園區(qū)部署了大型風能或太陽能自發(fā)電設備，園區(qū)可以選擇自己使用所有發(fā)電，或者將部分發(fā)電出售給國家電網(wǎng)。然而，可再生能源發(fā)電往往存在能源供需不匹配的問題，這將使能源制造商難以向電網(wǎng)運營商出售過剩的電力，從而選擇儲存電力或暫時關閉發(fā)電機。換句話說，如果能源制造商在發(fā)電過剩的情況下進一步提高能耗較大的制造技術水平，他們可以提高整體碳減排能力，但也需要儲存其他額外的發(fā)電量，直到投入生產(chǎn)和使用。

2 云計算和邊緣計算的作用

通過集成到大規(guī)模反饋電路中，關鍵過程控制系統(tǒng)的運行可以最大限度地利用云計算和邊緣計算提供的強計算能力。同時，云服務器還可以運行人工智能模型，學習如何制定應對能源、氣候等環(huán)境變化的最佳策略。

部分工藝碳含量高，高溫需求增加，可能影響系統(tǒng)響應速度，增加整體排放，使能源供應變化困難。通過對各節(jié)點能源組合的密切監(jiān)控，至少可以為制造商提供有效的信息，更好地規(guī)劃碳信用額度，開發(fā)碳捕獲解決方案。工業(yè)控制集成商和運營商可以部署各種策略，實現(xiàn)從現(xiàn)有架構(gòu)到新架構(gòu)的無縫過渡，充分發(fā)揮邊緣計算在目標應用環(huán)境中的作用。

圖2 構(gòu)建工業(yè)環(huán)境模塊

4 短距離和遠程通信

企業(yè)最大限度地提高能源和材料的效率，企業(yè)必須準確掌握機器操作的時間和方法。這也是工業(yè)4.0 技術優(yōu)勢。工業(yè)4.0 該架構(gòu)的主要功能之一是利用短距離和遠程通信來支持本地控制系統(tǒng)的信息共享。這些控制系統(tǒng)可以確保傳送帶只在運輸產(chǎn)品時運行，在不需要加工部件時關閉機床，并在新部件即將到達生產(chǎn)單元時進入準備狀態(tài)。此外，系統(tǒng)中廣泛分布的傳感器和計算平臺可以收集整個生產(chǎn)環(huán)境中的數(shù)據(jù)，并支持決策分析，有時遠程服務器提供實時感知數(shù)據(jù)支持。

目前，藍牙、Wi-Fi 和LoRaWAN 無線協(xié)議的應用越來越普遍，大大降低了按需部署傳感器的難度，可以進一步增強現(xiàn)有機床和管理系統(tǒng)中儀器設備的功能。將這些傳感器和云輔助集成到控制系統(tǒng)中，無需對系統(tǒng)進行全面維護。盡管在許多情況下，管理單臺機床的可編程邏輯控制器（PLC）它可以應用多年，但制造商可以使用它DIN 工業(yè)計算機的導軌部署進一步增強了其功能，從而更容易、更順暢地整合到工廠車間環(huán)境中。如果需要更復雜的控制算法，可以選擇IndustrialShields 和Kunbus 提供的高級PLC 解決方案可以獲得性能升級。

此外，邊緣服務器其他高帶寬連接的幫助下，邊緣服務器可以從多個方面連接PLC 控制系統(tǒng)獲取輸入數(shù)據(jù)并集成到高級模型中，以確保工廠車間緊密協(xié)調(diào)，實現(xiàn)動態(tài)激活和停止系統(tǒng)，避免過度能源浪費。

5 智能傳感器：關鍵組件

傳感器與智能監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛結(jié)合，可以保證機械效率最高，減少浪費。如果系統(tǒng)在測試和檢查過程中檢測到偏離正常運行參數(shù)，則可以快速停止相關設備并進行檢查。這樣可以避免報廢和返工，放報告產(chǎn)生負面影響，為企業(yè)節(jié)約直接成本。此外，制造商還可以進行預測性維護，一方面確保機床和其他機械系統(tǒng)達到最高工作效率，另一方面根據(jù)碳排放等目標合理安排維護時間。傳統(tǒng)的工作模式一直是機器脫機的決定性指導因素。然而，現(xiàn)在，分析程序確定成本最低的路徑是Murata代理在低碳能源供應相對較少的時期安排維護工作。同時，基于經(jīng)驗的人工智能模型將利用工廠車間系統(tǒng)的各種輸入數(shù)據(jù)進一步確定最佳行動計劃。

6 總結(jié)

單一的變化或升級對減少工業(yè)溫室的氣體排放影響不大。然而，通過實施工業(yè)4.0.制造商可以利用各種技術消除過量的碳排放和能源利用來源，從而實現(xiàn)零凈運行目標。借助完善的電子元件經(jīng)銷商，制造商將能夠更順利地實現(xiàn)工業(yè)4.0 轉(zhuǎn)型。特別是提供技術支持的經(jīng)銷商，將能夠評估現(xiàn)有的基礎設施部署，并為制造商提供先進的硬件建議PLC、傳感器模塊、工業(yè)計算機等多個子系統(tǒng)，然后實施整合部署，創(chuàng)建有效的凈零方案。

(本文來源《IC2022年10月代理雜志