西门子:数字化、智能化无疑是中国制造业未来发展的正确方向

西门子:数字化、智能化无疑是中国制造业未来发展的正确方向

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图片来源:视觉中国

文 | 卡卢比

“双碳”背景下,能效基准将作为高耗能行业供给侧改革的依据,数字化转型则给以工业为代表的高耗能产业更多低碳化的空间。

就碳排放结构而言,中国的碳排放主要集中于工业及能源,其中工业领域占碳排放比例约四成。因此,降低工业部门高耗能制造业碳排量,对于实现碳中和目标非常关键。

当前,一场以碳中和为引领、以高新数字技术为依托的产业革命正在中国乃至全球范围内快速展开。

一方面,数字技术应用于绿色经济领域,能够有效促进节能减排目标的达成,助力全球应对气候变化;另一方面,绿色经济理念能够降低数字经济的碳排放,帮助数字经济实现更具环境友善性的可持续发展。

在两者融合的道路上,西门子已经在实践的道路上走出了相当一段距离。在2021年第四届进博会上,西门子发布了《西门子中国碳中和白皮书》(下称白皮书),指出工业领域排放情景复杂,需构建多维度、全产业链覆盖的工业低碳发展体系。

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在白皮书发布之际,西门子全球执行副总裁,西门子中国董事长、总裁兼首席执行官肖松博士表示,“西门子针对重点产业的发展情况和减碳痛点,赋能不同企业的脱碳之路,助力中国实现双碳目标。

直击工业减碳痛点

中国碳排放总量大,碳排放强度高于全球平均水平,同时面临经济社会现代化和碳减排的双重挑战。

“经济发展与减碳并非不可调和的矛盾,重点在于解决之道。”在2022年西门子数字化工业集团管理层新年沟通会上,西门子(中国)有限公司执行副总裁、西门子大中华区数字化工业集团总经理王海滨向界面新闻记者指出。

根据全球能源互联网发展合作组织的研究,中国碳排放的大户依次是电力、工业、交通和建筑,几乎贡献了全国碳排放量90%以上,工业约占36%。

工业部门是中国能源消费、温室气体排放的大户,是中国第一大终端能源消费与碳排放领域,因此降低工业部门高耗能制造业碳排量,对于实现碳中和目标至关重要。

工业领域排放情景复杂,需构建多维度、全产业链覆盖的工业低碳发展体系。工业领域中,钢铁、石化、水泥等传统能源密集型产业的碳排放较高,其过程复杂且减碳成本高,因此一直以来被广泛认为是减碳高难领域。

白皮书指出,工业减碳的难点主要体现在四个方面:一是当前中国仍处于工业化发展阶段,能源消耗量仍在上升,能源需求短期仍会持续增长;二是中国工业结构以重工业为主,有大量使用煤炭与石油等化石能源的环节;三是由于工业过程的复杂性,单一领域或单一工业过程的碳减排往往收效甚微;四是仅凭现有的可再生能源电气化手段,只能降低高耗能产业中少量低位热能部分的碳排放,无法解决因原料和高位热能而产生的绝大多数碳排放。

从减排路径看,白皮书指出,一方面可以在政策规划端促进高排放行业产业升级,如严控高耗能行业新增产能及通过政策鼓励支持高技术产业和先进制造业、数字工业等新兴产业发展。

另一方面,可以通过产品的全生命周期能耗需求减量,以数据驱动生产制造,通过人工智能、数字孪生等技术联通全局,找到非传统、高潜力的减碳环节。

以河钢集团有限公司(下称河钢)为例,早在2016年,河钢就与西门子建立全面战略合作伙伴关系。

西门子先后为河钢唐钢新区“无人”料场、河钢衡板冷轧轧钢生产数字化以及河钢石钢工厂搬迁打造数字化工厂等提供了相应的解决方案以及软硬件支持。

河钢唐钢新区数字化“无人”料场 图片来源:西门子

2020年10月底,河钢石钢新区正式投产。在工厂建设中,西门子利用虚拟仿真技术搭建河钢石钢新区的数字化双胞胎,提前完成工艺流程验证及工厂布局优化,把数字化融入工厂从设计阶段到建设阶段再到运维阶段的全流程,从而帮助河钢石钢做到生产透明、降本增效、优化运维以及节能降耗。

王海滨指出,“工业企业是能耗大户,其碳减排的效果对中国双碳目标的实现至关重要。作为碳减排的主力军,工业企业需要梳理需求,明确规划,并在推进碳中和的道路上及时发现问题,总结问题,从而促进技术发展的不断进步与良性循环。

在工信部中国信息通信研究院发布的一份关于数字化碳中和的报告中指出,数字技术主要从降低生产及制造设备能耗、改善工艺流程、工业原料及废料的再利用、工业能源综合管理等方面赋能工业节能减排,结合各部分数字技术赋能成效与各部分的总体占比,数字技术赋能工业减碳比例大致为 13%-22%。

助力工业实现数字化转型

数字化是中国工业绿色发展的重要推动力,数字化与前沿技术的融合创新,将为企业节能减排,实现双碳目标提供根本动能。王海滨表示。

他进一步指出,业界对于减碳方面的路径已有一定的共识,主要包括能源审计和碳足迹计算、直接与间接碳排放的技术解决方案、碳捕集与封存以及碳交易等。

减碳最首要的就是要厘清碳排放的来源,对于工业产品而言,碳足迹的精算至关重要。在2021年第四届进博会期间,西门子基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯解决方案获得由TÜV南德意志集团颁发的“西门子产品碳足迹可信精算与追溯系统评估声明书”。

该技术通过工业边缘计算,精确追踪控制器产品生产过程的碳足迹;并针对产品供应链产生的碳排放,通过区块链技术,构建一个加密的信任网络。

目前解决方案已经在西门子安贝格工厂和成都数字化工厂的PLC产线上成功应用,同时,西门子SIMATIC S7-1500 COMPACT 的两款PLC产品已完成碳足迹核查。

从赋能减排的技术实现方式来看,白皮书指出,西门子可以从四个方面对工业减碳赋能。

首先,在全生命周期的低碳设计方面,西门子基于产品全生命周期低碳化的理念,借助相应设计平台和管理系统,从设计层面减少产品原材料消耗,实现产品轻量化,提高其生产运输效率,简化产品回收或报废流程,减少工业产品在全生命周期内的能源消耗和碳排放量;

其次,在低碳替代材料和增材制造方面,白皮书指出可以寻求合适的低碳材料进行替换,提高产品及原材料的回收利用率;发展增材制造技术,减少产品在生产制造过程中的原材料浪费;对高度定制化、非批量、不继续生产的产品部件采用增材制造,避免开模等流程的能耗浪费;

此外,在生产流程仿真优化与管理方面,利用基于数字孪生的生产流程建模与仿真技术,针对完整工艺流程建立精准的稳态及动态机理模型,实现虚拟世界和现实世界的互联互通,打破软件、服务和应用开发之间的壁垒,最终对现有生产工艺流程提供优化决策建议,减少产品在生产过程中的原材料和能源消耗。

另外,在高自动化的驱动链节能减排方面,可以采用高度自动化的先进设备零部件,提高设备整体能源利用效率。

在太古可口可乐与西门子的合作项目中,西门子为其量身打造了制造信息系统,并将在两年内推广至其18家工厂的近100条产线,实现了太古可口可乐所有工厂年节电约1000万千瓦时,减少7500吨碳排放。

西门子与太古可口可乐价值共创的MIS系统将被推广至太古可口可乐中国内地18家工厂、近100条生产线中。图片来源:西门子

数字化企业解决方案是西门子的核心产品,旨在为各种规模的企业提供适合的产品,并为整个价值链的整合和数字化提供一致的解决方案及服务。西门子的数字化企业解决方案针对具体行业的需求进行了优化,帮助客户缩短产品开发时间,同时提高生产流程的灵活性和效率。

考虑到更深层次的数字化转型,西门子将人工智能、边缘计算、工业 5G、自主处理系统、区块链和增材制造等尖端技术融入到西门子的数字化企业解决方案中,从而推动信息技术和运营技术的融合,实现数据的智能化使用。

供应链减碳也是西门子关注的重点。西门子认为工业产品的碳排放超过90%产生于供应链流程。只有通过贯穿供应链的跨环节、跨行业的合作,才能实现产品碳足迹的精准测算与减碳。

鉴于此,西门子发起了用于在生产商、供应商、客户、合作伙伴之间交换产品碳足迹数据的 Estainium 生态,并在2021年底首次推出一款用于产品碳足迹信息记录、精准计算、可信共享以及查询的解决方案SiGreen,可实现贯穿供应链全程的碳排放数据可信交换,并可与企业自身数据进行整合,从而获得真实的产品碳足迹信息。

西门子数字化工业集团主要从两大维度为客户实现双碳目标提供技术支持。”王海滨解释道,一是变频器、高效电机、能源管理软件等数字化和自动化产品是企业节能减排的有力抓手二是随着中国“双碳”目标的制定,新能源等相关产业飞速发展,而数字化技术被更广泛地应用其中。

他认为,“不同于弯道超车双碳可能倒逼企业转换新赛道、谋划新布局,并循序渐进、持之以恒地推进转型。

在前不久发布的《“十四五”智能制造发展规划》中明确提出,到2025年,中国70%的规模以上制造业企业要基本实现数字化网络化,建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。

“这让我倍感鼓舞,数字化、智能化无疑是中国制造业未来发展的正确方向,西门子将继续推动中国工业数字化转型的规模化发展,但还有很长的路要走。”王海滨说道。

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