數(shù)字化成工業(yè)綠色發(fā)展新趨勢(shì)

謝慶裕

在一個(gè)裝有控制室的造紙廠(chǎng)模型中，通過(guò)監(jiān)控需水量、原料成分、熱能消耗等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并調(diào)節(jié)生產(chǎn)流程，生產(chǎn)出來(lái)的新型纖維產(chǎn)品可替代石油、木材等原料。這是記者在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上看到的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革的一幕。

4月底，這個(gè)世界最大的工業(yè)展在德國(guó)舉行。今年展會(huì)的主題為“工業(yè)融合——發(fā)現(xiàn)解決方案”，聚焦智能化、數(shù)字化工廠(chǎng)與能源系統(tǒng)的改造，并重點(diǎn)展示工業(yè)4.0的實(shí)際應(yīng)用。工業(yè)4.0，結(jié)合發(fā)達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)，除了顯著提高工業(yè)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，更能精準(zhǔn)地利用材料和能源，減少資源消耗與污染排放，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的綠色發(fā)展。據(jù)賽迪顧問(wèn)裝備產(chǎn)業(yè)研究中心測(cè)算，以“工業(yè)4.0”引領(lǐng)的智能制造，將使我國(guó)總體生產(chǎn)效率提升25%～30%，降低40%以上的生產(chǎn)線(xiàn)能耗，總碳排放量減少20%以上。

智造帶來(lái)的綠色變革

一輛藍(lán)色的大眾轎車(chē)前面，屏幕上不斷變化的三維透視圖向人們展示這輛車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)步驟。

“通過(guò)數(shù)字化軟件的計(jì)算和控制，我們細(xì)致到機(jī)械臂給汽車(chē)噴涂的每一個(gè)動(dòng)作，都做了優(yōu)化，以減少多余的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能耗?！痹跐h諾威工博會(huì)最大的單體展臺(tái)上，西門(mén)子（中國(guó)）有限公司數(shù)字化工廠(chǎng)集團(tuán)及過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)的專(zhuān)家劉鍇告訴記者。目前，數(shù)字化的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)已能把生產(chǎn)的整個(gè)生命周期，包括設(shè)計(jì)、規(guī)劃、工程、生產(chǎn)，直到最終成品整合為一體，通過(guò)集成軟硬件的一體化解決方案實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈的數(shù)字化無(wú)縫集成。

現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)展示的一輛奔馳汽車(chē)，就利用了該公司NX軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)及仿真模擬?！耙郧昂芏喈a(chǎn)品都要生產(chǎn)出來(lái)，才知道其實(shí)際性能和效果，通過(guò)軟件模擬將虛擬與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)相結(jié)合，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間成本和樣車(chē)生產(chǎn)的能耗、資源成本?！眲㈠|說(shuō)。

在展廳的“工業(yè)能源”板塊，一個(gè)具有互動(dòng)功能的燈箱模型，直觀展示了能源消費(fèi)者、傳統(tǒng)發(fā)電方式、可再生能源、以及儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的相互影響和相互作用，參觀者調(diào)節(jié)其中的不同因素，能直觀看到從上游電網(wǎng)輸入到輸出，整個(gè)復(fù)雜環(huán)境下各要素的能源消耗量、發(fā)熱發(fā)電量以及碳排放的變化。

數(shù)字化更變革了產(chǎn)品制造方式本身。“傳統(tǒng)的制造方法是減材制造，也就是在制造過(guò)程中對(duì)材料不斷削減加工，原材料消耗相對(duì)較大，而增材制造則在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)數(shù)字化控制把產(chǎn)品的材料一層一層地‘噴繪上去?！眲㈠|說(shuō)。3D打印就是增材制造的重要領(lǐng)域之一，可制造出之前用傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法生產(chǎn)的復(fù)雜幾何形狀，以客戶(hù)的需求決定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

記者看到，展臺(tái)展示了3D打印增材制造的三種主要方式。一種叫粉末層融合，就是把粉末狀的材料一層一層地鋪在粉末床上，再用激光把粉末熔化成所需要的形狀；第二種是粉末熔積焊接，第三種是材料擠出，是把非常細(xì)的塑料絲熔化后再一層一層地堆積起來(lái)。

目前，已經(jīng)有大型的跨國(guó)數(shù)字化工業(yè)技術(shù)供應(yīng)商，能夠提供涵蓋整個(gè)價(jià)值鏈的一體化增材制造軟件和自動(dòng)化解決方案。

加速布局的數(shù)字化工廠(chǎng)

隨著工業(yè)4.0的熱潮從德國(guó)涌向全球，越來(lái)越多的中國(guó)生產(chǎn)企業(yè)也感受到數(shù)字化引領(lǐng)的工業(yè)變革。中國(guó)也提出了實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)行動(dòng)綱領(lǐng)《中國(guó)制造2025》，一方面推進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，另一方面是工業(yè)能耗、污染物排放的下降。

在漢諾威工博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，某跨國(guó)企業(yè)中國(guó)研究院數(shù)字化工廠(chǎng)專(zhuān)家告訴記者，“2013年我們接到5家企業(yè)關(guān)于籌建數(shù)字化工廠(chǎng)的咨詢(xún)，2014年這一數(shù)字增加到10家左右，去年上升到幾十家?！?/p>

事實(shí)上，博覽會(huì)展現(xiàn)的數(shù)字化案例并非紙上談兵，在實(shí)踐層面的數(shù)字化工廠(chǎng)已經(jīng)在多地布局。

兩年前，西門(mén)子在全球布局的第二個(gè)數(shù)字化工廠(chǎng)在成都落成。而在德國(guó)采訪(fǎng)期間，記者有幸參觀了成都這家數(shù)字化工廠(chǎng)的“姐姐”——安貝格電子制造工廠(chǎng)，其作為在歐洲乃至全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠(chǎng)，被認(rèn)為最接近工業(yè)4.0概念的工廠(chǎng)。

與以往充滿(mǎn)噪音和油污的車(chē)間不同，安貝格工廠(chǎng)盡管還保留著上世紀(jì)八九十年代的紅磚外觀風(fēng)格以及1萬(wàn)平方米的面積，但產(chǎn)能卻較26年前提升了8倍，每年可生產(chǎn)約1200萬(wàn)件自動(dòng)化產(chǎn)品，按每年生產(chǎn)230天計(jì)算，即平均每秒就能生產(chǎn)出一件產(chǎn)品，產(chǎn)品合格率高達(dá)99.9988%。

記者看到，明亮寬敞的廠(chǎng)房?jī)?nèi)不見(jiàn)煙氣與灰塵，齊胸高的灰藍(lán)色機(jī)柜排成一行。員工身著藍(lán)色工服，并不需要自己動(dòng)手生產(chǎn)，只有生產(chǎn)過(guò)程的開(kāi)頭部分，即員工將初始組件（裸電路板）放置到生產(chǎn)線(xiàn)上的環(huán)節(jié)，是人工執(zhí)行的。此后的一切操作都是自動(dòng)進(jìn)行。期間只需要操作觸摸屏，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

工廠(chǎng)地面與地下倉(cāng)庫(kù)有一個(gè)個(gè)小孔洞連通，部件和電路板通過(guò)傳送帶從孔洞運(yùn)上來(lái)，并自動(dòng)運(yùn)輸?shù)街饌€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)器中，隨即被機(jī)械臂抓取加工，之后再放到傳送帶上運(yùn)往下一環(huán)節(jié)。

上述生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是安貝格工廠(chǎng)對(duì)超過(guò)3億個(gè)元器件建立了“身份證”。這些基礎(chǔ)識(shí)別信息包括：材質(zhì)、生產(chǎn)線(xiàn)位置、甚至當(dāng)時(shí)用的扭矩是多少、用什么樣的螺絲釘?shù)鹊取．?dāng)一個(gè)元件進(jìn)入時(shí)，機(jī)器會(huì)判斷該用什么溫度以及時(shí)間長(zhǎng)短，并可以判斷下一個(gè)進(jìn)入的元件是哪一種。安置其間的顯示器上，不斷刷新著數(shù)據(jù)并閃爍著紅、黃、綠光，告訴工人們每個(gè)元器件的加工狀況。

近2000億歐元的市場(chǎng)蛋糕

當(dāng)然，除了安貝格工廠(chǎng)這樣的工業(yè)數(shù)字化頂尖案例，數(shù)字化工廠(chǎng)對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)也并非高不可攀。

“現(xiàn)在每天全球產(chǎn)生的新信息總量達(dá)2EB，相當(dāng)于2000年之前一年的信息量，到2020年全球數(shù)據(jù)總量將增長(zhǎng)至2013年的10倍。目前，我們的自動(dòng)化業(yè)務(wù)中，幾乎80%的客戶(hù)都是中小企業(yè)?！蔽鏖T(mén)子數(shù)字化工廠(chǎng)集團(tuán)首席技術(shù)官Bernhard Quendt博士表示，2.0階段的自動(dòng)化水平較低，很多是通過(guò)人力工作。要想邁向4.0階段，首先要提高自動(dòng)化水平，然后把不同的設(shè)備聯(lián)系起來(lái)。

此次工博會(huì)上，博世、西門(mén)子等龍頭企業(yè)都有相應(yīng)的產(chǎn)品服務(wù)，使中小企業(yè)加入工業(yè)4.0的門(mén)檻有所降低，不少解決方案兼容現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)，使得中小企業(yè)不必另起爐灶。

在中國(guó)，已有大型的跨國(guó)數(shù)字化技術(shù)供應(yīng)商與中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司、金達(dá)控股有限公司、中信戴卡股份有限公司等中國(guó)企業(yè)建立了數(shù)字化企業(yè)的合作關(guān)系。又如今年3月份簽約的中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司，將根據(jù)相關(guān)投資管理流程推進(jìn)在3D實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)工廠(chǎng)、生產(chǎn)調(diào)度及優(yōu)化系統(tǒng)、節(jié)能系統(tǒng)、工廠(chǎng)運(yùn)維系統(tǒng)。此外，中建鋼構(gòu)、華立集團(tuán)也有數(shù)字化工廠(chǎng)的設(shè)想并進(jìn)行了咨詢(xún)或評(píng)估。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，由于工業(yè)自動(dòng)化的出現(xiàn)，數(shù)字化制造領(lǐng)域全球銷(xiāo)售額將從2013年的約1600億歐元，增長(zhǎng)到2018年的約1950億歐元。

工業(yè)4.0下的中國(guó)企業(yè)機(jī)遇

制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)呈現(xiàn)的巨大市場(chǎng)，亦成為國(guó)內(nèi)智能技術(shù)供應(yīng)商競(jìng)逐的舞臺(tái)。

“中國(guó)政府推出了適合本國(guó)制造業(yè)發(fā)展的‘中國(guó)制造2025戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略核心是工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字化。德國(guó)的工廠(chǎng)設(shè)備、企業(yè)軟件和系統(tǒng)集成產(chǎn)品具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)大受歡迎。中國(guó)本身在工業(yè)機(jī)器人、云計(jì)算等工業(yè)領(lǐng)域投資巨大，在信息通訊技術(shù)領(lǐng)域十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。中德兩國(guó)在未來(lái)工業(yè)合作領(lǐng)域擁有巨大潛力?！?漢諾威工博會(huì)新聞發(fā)言人布里吉特·曼肯說(shuō)。

記者從工博會(huì)了解到，與一些歐美大型企業(yè)信息集成度高、涵蓋工業(yè)領(lǐng)域廣相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在特定的行業(yè)，尤其是具有中國(guó)特色的行業(yè)中，優(yōu)勢(shì)更明顯。例如，作為我國(guó)乃至世界陶瓷機(jī)械的龍頭，科達(dá)節(jié)能股份有限公司去年進(jìn)軍工業(yè)軟件領(lǐng)域，推出了工業(yè)云平臺(tái)，今年首次參加漢諾威工博會(huì)。

“以往在陶瓷生產(chǎn)中，噴墨打印機(jī)、爐窖、拋光設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)作的，出現(xiàn)了問(wèn)題都要現(xiàn)場(chǎng)查看才能知道故障的原因進(jìn)行處理。而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立數(shù)據(jù)采集終端后，我們可以把這些設(shè)備的數(shù)據(jù)都傳輸?shù)娇拼笤朴?jì)算支撐平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)鏈條的遠(yuǎn)程監(jiān)控，故障排查與控制?！笨七_(dá)研發(fā)院IT研究室副經(jīng)理吳啟榮說(shuō)。陶瓷傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝也因數(shù)字化發(fā)生變革，科達(dá)同時(shí)展出的陶瓷噴墨數(shù)字打印機(jī)，只要輸入個(gè)性化的圖案，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批量打印。

該公司副總裁武楨坦言，雖然國(guó)外有的技術(shù)比較領(lǐng)先，但中國(guó)企業(yè)也有自己的優(yōu)勢(shì)?！皣?guó)外大公司的設(shè)計(jì)往往缺乏中國(guó)應(yīng)用場(chǎng)景的積累?！?/p>

在此次工博會(huì)上，華為攜帶創(chuàng)新的ICT產(chǎn)品、解決方案和11家客戶(hù)及合作伙伴首次參加漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，主要展示其IoT（Internet of Things）聯(lián)接管理平臺(tái)。與工業(yè)云的工作流程類(lèi)似，平臺(tái)內(nèi)置軟件對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。該平臺(tái)可支持測(cè)繪、汽車(chē)、智慧城市等多個(gè)垂直行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

“以華為為首的中國(guó)企業(yè)，在云計(jì)算、IoT、SDN等ICT技術(shù)等方面處于領(lǐng)先位置，而以德國(guó)為首的一些歐洲國(guó)家企業(yè)在傳統(tǒng)制造業(yè)有一定的優(yōu)勢(shì)，這種合作是雙方能力的互補(bǔ)，互相吸引。”華為西歐企業(yè)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人表示。德國(guó)的SAP、庫(kù)卡、寶馬、奔馳等在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域很強(qiáng)大，但華為對(duì)ICT的理解很深，雙方結(jié)合起來(lái)能達(dá)到落地的效果。