工業(yè)4.0時代給霧霾治理帶來機遇

楊昆+路文

摘要：治理霧霾已經成為當今中國最火熱的話題。在工業(yè)4.0時代，霧霾成為可控的污染物。本文闡述了工業(yè)4.0時代來臨前人類要面臨增長極限的窘境，工業(yè)4.0時代來臨后，帶來了計算機網絡控制生產效率、控制污染排放、二氧化碳回收利用、在生產和污染排放間謀求平衡的可控技術。分析了工業(yè)4.0時代的三個技術重點：工業(yè)物聯(lián)網、計量測試、大規(guī)模定制。預測了本土化生產、定制化生產、綠色生產會由工業(yè)4.0時代催生。

關鍵詞：工業(yè)4.0工業(yè)物聯(lián)網綠色生產霧霾

“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導、以網絡實體系統(tǒng)、物聯(lián)網為技術支撐的第四次工業(yè)革命。工業(yè)4.0時代包括兩大主題——智慧工廠、智能生產，如圖1所示。其中，智慧工廠的含義是重點研究智能化生產系統(tǒng)及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；智能生產的含義是整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動、3D打印以及增材制造等技術在工業(yè)生產過程中的應用等。2013年起世界已進入大數據時代，大數據作為一種重要的國家戰(zhàn)略資源，其重要性被越來越多的人所認識。

一、國內學者的研究現狀

田亞楠、龍波在分析網絡治污減霾必要性的前提下，提出了構建大數據治霾系統(tǒng)的策略，分析了數據采集的途徑和應用，探討了一種數據公開、公眾參與、政府創(chuàng)新的治污減霾新途徑[1]；劉睿瀟提出在開展治理霧霾的過程中，應積極應用信息技術，以提升問題防治的有效性[2]；康春婷、李衛(wèi)東提出利用大數據監(jiān)測，打擊違法違規(guī)行為，利用大數據提供的交通信息、智能出行，減少環(huán)境壓力，激活企業(yè)治理霧霾的積極性[3]；戴羊羊、李成范、周時強等以中分辨率成像光譜儀（MODIS）遙感數據為數據源，綜合利用6S傳輸模型與NASAV5.2算法對2013年12月4日至8日上海地區(qū)霧霾污染進行了連續(xù)性監(jiān)測，并對其形成原因進行分析[4]。

二、工業(yè)4.0時代來臨前

如果地球上的人口、污染、工業(yè)化及資源消耗保持現在的增長方式，人類的經濟增長一定會在一定時刻達到極限。增長的極限來源于有限的地球資源。有限制的糧食、資源和環(huán)境系統(tǒng)供養(yǎng)無限制的人口和經濟系統(tǒng)，遲早要使資源枯竭、糧食短缺和環(huán)境污染等問題爆發(fā)，到那時，人口和工業(yè)生產能力就會驟然發(fā)生衰退或下降。而且霧霾這種污染物成指數狀態(tài)增加，超過了人口增長速度。而且地球上的一些地方已經到了增長的極限，如1976年，意大利米蘭市塞韋索的化工廠爆炸，劇毒化學品四氯二苯并-P-二惡英（TCDD）飄散到了廠區(qū)附近的人口密集區(qū)，使37000人處于危險的陰霾中，數千只野生動物死去。1984年，印度博帕爾美國聯(lián)合碳化物的一家化工廠發(fā)生了甲基異氰酸脂氣體泄露，使大約3000人喪生，許多人殘疾了。

三、工業(yè)4.0時代來臨后

工業(yè)4.0時代帶來了計算機網絡控制生產效率、控制污染排放、二氧化碳回收利用、在生產和污染排放間謀求平衡的可控技術。

（一）計算機控制生產技術——虛擬生產技術

虛擬生產是為了方便決策和控制，進行建模、分析和仿真，管理產品生命周期的技術。虛擬生產過程實質是計算機對實際生產過程的映射。為分析性能、規(guī)劃工藝、設計產品、檢驗質量，在高速計算機網絡的控制下，企業(yè)各級管理和生產機構協(xié)同群組工作。計算機通過虛擬生產環(huán)境評估產品性能優(yōu)點，這使全方面預報替代了人們狹隘的經驗，從而減少資源浪費和排放廢氣。虛擬生產技術集中了分析設備、仿真設備、應用設備、控制設備，使產品裝配設計及仿真的改善。

（二）控制污染排放

信息數據對環(huán)境問題治理是有價值的，但由于缺乏共享利用率很低。但資源共享可通過計算機技術的應用來實現。構建三位一體的，實現全方面防控的監(jiān)控體系，在霧霾排放監(jiān)控中應用計算機技術，能加大監(jiān)控強度，逐漸實現視頻監(jiān)控，計算機技術的應用實現了從監(jiān)控排放到監(jiān)控過程的進步，有效實時監(jiān)控環(huán)境質量。為提高防控問題的有效性，以工業(yè)4.0技術為支撐進行遠程監(jiān)控，以在出現霧霾的第一時間做出反應。在這方面應用計算機技術，如借助視頻監(jiān)控.CO分析儀、火焰原子吸收分光光度計、氣相色譜儀等檢測設備，對改善空氣質量很有幫助。

（三）二氧化碳回收利用

利用信息、通信和技術多方面包括物流規(guī)劃、智能電網、節(jié)能建筑捕獲二氧化碳，轉變二氧化碳為有用物質，或者綁定于其他物質上，合成新物質或材料。難題是要將捕獲二氧化碳的成本降至69元/t（CO2）以下，相當于每度電增加約0.13元的生產成本。

（四）在生產和污染排放間謀求平衡

這是個工學與經濟學交融的課題，目前還沒有大數據技術能夠做到。盡管如此，許多學者仍在盡力尋求環(huán)境污染與內生經濟增長的交融，試圖人工計算經濟可持續(xù)增長的最優(yōu)解。大數據計算這個最優(yōu)解今后只能托付政府完成，進而達到改善環(huán)境乃至人均經濟增長率的穩(wěn)態(tài)增長。

四、工業(yè)4.0時代的三個技術重點

（一）工業(yè)物聯(lián)網

霧霾污染治理已經以物聯(lián)網為基礎，實時監(jiān)測解決。污染源及治理污染的關鍵環(huán)節(jié)可以通過環(huán)保設備和物聯(lián)網的結合實現實時監(jiān)控。排污異常還可以通過數據報警被及時發(fā)現，使突發(fā)污染環(huán)境的事故胎死腹中。可以通過布置傳感器網絡廣泛應用于實時監(jiān)測火電廠、化工、重工排污數據。

（二）計量測試

計量測試應具備三個基本要素：一是計量測試工具：計量測試儀表，如電能遠程抄表、煤氣遠程抄表，用互聯(lián)網將之相聯(lián)通，大都可以直接與互聯(lián)網相通。二是計量技術人才：第四次工業(yè)革命是一個生產與服務相聯(lián)、物物相聯(lián)、人機相聯(lián)、制造與服務相聯(lián)、多學科、寬領域的復雜革命，需要復合型計量人才。三是傳感器：此傳感器不可與傳統(tǒng)的傳感器同日而語，是可追根溯源的、自校自準的、可靠的、精確的傳感器。

（三）大規(guī)模定制

產業(yè)的互聯(lián)網化升級，工廠直連消費者，去掉中間的繁冗環(huán)節(jié)，節(jié)省物流中的碳足跡，讓消費者買到物美價廉、綠色環(huán)保、可定制的產品。

五、結語

工業(yè)4.0時代催生了本土化生產、定制化生產、綠色生產，即大數據技術催生了三種生產方式。

第一，本土化生產?？鐕狙芯苛藮|道國的文化、風土人情、經濟情況后，全方位、多層次地把生產、管理、營銷、人事等切合到東道國經濟中，此種生產防止了環(huán)境污染向別國的擴散。

第二，定制化生產。即采用ERP（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）來達到對企業(yè)數字化管理的目的，按照細化的、多元化的需求和市場，實現靈活性和快速響應性的大規(guī)模定制生產，減少了資源浪費。

第三，最重要的綠色生產，即采用大數據技術構建科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的產業(yè)結構和生產方式，大幅提高經濟綠色化程度，實現經濟發(fā)展與資源環(huán)境的有機協(xié)調[5]。

其他研究只是將網絡化或計算機技術與治理霧霾結合起來了，而沒有將第四次工業(yè)革命與治理霧霾結合起來。本文將“工業(yè)4.0”應用到治理霧霾上，預測了未來必然走的一個治理霧霾的模式，具有前沿性和大局意義。

參考文獻：

[1]田亞楠，龍波.大數據治污減霾策略研究[J].現代電子技術，2016（5）：114—116.

[2]劉睿瀟.淺談計算機技術在環(huán)境保護中的應用[J].低碳世界，2016（20）：251—252.

[3]康春婷，李衛(wèi)東.大數據術在霧霾治理中的應用[J].中國經貿導刊，2016（11）：28—30.

[4]戴羊羊，李成范，周時強等.基于遙感的上海地區(qū)霧霾監(jiān)測研究[J].測繪工程，2015（12）：29-32.

[5]王彤宙.新常態(tài)下生產方式綠色化之路[EB/OL]. http：//www.qstheory.cn/economy/2015-06/23/c_1115691921.htm. 2015—06—23.

（楊昆，山西省科學技術情報研究所助理研究員。路文，山西省科學技術情報研究所助理研究員。）