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2019 2000年，受經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)加速的影響，全球二氧化碳排放創(chuàng)下新紀(jì)錄，達(dá)到367 億噸，較1990 年增加60%。目前，全球碳減排壓力越來(lái)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(jì)中葉實(shí)現(xiàn)凈零運(yùn)營(yíng)。工業(yè)企業(yè)按照凈零原則，承諾在不使用碳補(bǔ)償?shù)那闆r下實(shí)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(bǔ)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(lái)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(gòu)買碳信用額度來(lái)抵消碳排放。

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1 從生產(chǎn)到供應(yīng)的能源利用

任何行業(yè)都不容易實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，必須密切關(guān)注供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。企業(yè)需要對(duì)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的溫室氣體排放承擔(dān)碳責(zé)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(fèi)活動(dòng)，通常是制造業(yè)供應(yīng)鏈中溫室氣體的主要排放源。對(duì)于不可避免的能源消費(fèi)，如果采用可再生能源替代方法，凈零目標(biāo)將更容易實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)，盡管工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的核心話題集中在JIT(準(zhǔn)時(shí))供應(yīng)鏈管理，但凈零核算也用于優(yōu)化供應(yīng)鏈碳排放計(jì)算，從而達(dá)到最大的碳管理效率。如果一個(gè)制造園區(qū)部署了大型風(fēng)能或太陽(yáng)能自發(fā)電設(shè)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(guó)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(yùn)營(yíng)商出售過剩的電力，從而選擇儲(chǔ)存電力或暫時(shí)關(guān)閉發(fā)電機(jī)。換句話說，如果能源制造商在發(fā)電過剩的情況下進(jìn)一步提高能耗較大的制造技術(shù)水平，他們可以提高整體碳減排能力，但也需要儲(chǔ)存其他額外的發(fā)電量，直到投入生產(chǎn)和使用。

2 云計(jì)算和邊緣計(jì)算的作用

通過集成到大規(guī)模反饋電路中，關(guān)鍵過程控制系統(tǒng)的運(yùn)行可以最大限度地利用云計(jì)算和邊緣計(jì)算提供的強(qiáng)計(jì)算能力。同時(shí)，云服務(wù)器還可以運(yùn)行人工智能模型，學(xué)習(xí)如何制定應(yīng)對(duì)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(yīng)速度，增加整體排放，使能源供應(yīng)變化困難。通過對(duì)各節(jié)點(diǎn)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(yùn)營(yíng)商可以部署各種策略，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)有架構(gòu)到新架構(gòu)的無(wú)縫過渡，充分發(fā)揮邊緣計(jì)算在目標(biāo)應(yīng)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(yuǎn)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(zhǔn)確掌握機(jī)器操作的時(shí)間和方法。這也是工業(yè)4.0 技術(shù)優(yōu)勢(shì)。工業(yè)4.0 該架構(gòu)的主要功能之一是利用短距離和遠(yuǎn)程通信來(lái)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(yùn)輸產(chǎn)品時(shí)運(yùn)行，在不需要加工部件時(shí)關(guān)閉機(jī)床，并在新部件即將到達(dá)生產(chǎn)單元時(shí)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。此外，系統(tǒng)中廣泛分布的傳感器和計(jì)算平臺(tái)可以收集整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中的數(shù)據(jù)，并支持決策分析，有時(shí)遠(yuǎn)程服務(wù)器提供實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)支持。

目前，藍(lán)牙、Wi-Fi 和LoRaWAN 無(wú)線協(xié)議的應(yīng)用越來(lái)越普遍，大大降低了按需部署傳感器的難度，可以進(jìn)一步增強(qiáng)現(xiàn)有機(jī)床和管理系統(tǒng)中儀器設(shè)備的功能。將這些傳感器和云輔助集成到控制系統(tǒng)中，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)。盡管在許多情況下，管理單臺(tái)機(jī)床的可編程邏輯控制器（PLC）它可以應(yīng)用多年，但制造商可以使用它DIN 工業(yè)計(jì)算機(jī)的導(dǎo)軌部署進(jìn)一步增強(qiáng)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(fù)雜的控制算法，可以選擇IndustrialShields 和Kunbus 提供的高級(jí)PLC 解決方案可以獲得性能升級(jí)。

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

5 智能傳感器：關(guān)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(jī)械效率最高，減少浪費(fèi)。如果系統(tǒng)在測(cè)試和檢查過程中檢測(cè)到偏離正常運(yùn)行參數(shù)，則可以快速停止相關(guān)設(shè)備并進(jìn)行檢查。這樣可以避免報(bào)廢和返工，放報(bào)告產(chǎn)生負(fù)面影響，為企業(yè)節(jié)約直接成本。此外，制造商還可以進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，一方面確保機(jī)床和其他機(jī)械系統(tǒng)達(dá)到最高工作效率，另一方面根據(jù)碳排放等目標(biāo)合理安排維護(hù)時(shí)間。傳統(tǒng)的工作模式一直是機(jī)器脫機(jī)的決定性指導(dǎo)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(yīng)相對(duì)較少的時(shí)期安排維護(hù)工作。同時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)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(jìn)一步確定最佳行動(dòng)計(jì)劃。

6 總結(jié)

單一的變化或升級(jí)對(duì)減少工業(yè)溫室的氣體排放影響不大。然而，通過實(shí)施工業(yè)4.0.制造商可以利用各種技術(shù)消除過量的碳排放和能源利用來(lái)源，從而實(shí)現(xiàn)零凈運(yùn)行目標(biāo)。借助完善的電子元件經(jīng)銷商，制造商將能夠更順利地實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0 轉(zhuǎn)型。特別是提供技術(shù)支持的經(jīng)銷商，將能夠評(píng)估現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施部署，并為制造商提供先進(jìn)的硬件建議PLC、傳感器模塊、工業(yè)計(jì)算機(jī)等多個(gè)子系統(tǒng)，然后實(shí)施整合部署，創(chuàng)建有效的凈零方案。

(本文來(lái)源《IC2022年10月代理雜志