海克斯康：全流程數(shù)字化方案驅(qū)動(dòng)制造業(yè)碳中和與清潔能源發(fā)展

文/本刊編輯部

應(yīng)對(duì)氣候變化，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展已成為全世界普遍的共識(shí)與迫切的任務(wù)?！疤贾泻汀币驯桓鹘缃M織納入未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的重要發(fā)展目標(biāo)。工業(yè)部門(mén)是最大的能耗部門(mén)，全球四分之一以上的碳排放來(lái)自工業(yè)部門(mén)，這表明工業(yè)部門(mén)在實(shí)現(xiàn)碳中和方面大有可為。碳中和怎么實(shí)現(xiàn)？中國(guó)工程院鄔賀銓院士曾表示，實(shí)現(xiàn)碳中和在大力發(fā)展非化石能源外，還需要靠數(shù)字化發(fā)力。2022年8月1日，工信部、國(guó)家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，指出要主動(dòng)推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

憑借強(qiáng)大的傳感器與工業(yè)軟件核心技術(shù)基底，以全流程數(shù)字化方案賦能工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與清潔能源發(fā)展，是?？怂箍导瘓F(tuán)踐行ESG戰(zhàn)略的重要技術(shù)路徑。來(lái)自海克斯康的技術(shù)一方面從設(shè)計(jì)工程開(kāi)始，在產(chǎn)品全生命周期與工廠運(yùn)營(yíng)中運(yùn)用?？怂箍祩鞲?、控制、預(yù)測(cè)建模、診斷及監(jiān)控等智能制造技術(shù)，提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)碳減排；另一方面全力賦能風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能及儲(chǔ)能等清潔可再生能源發(fā)展，從風(fēng)能場(chǎng)地選擇分析評(píng)估到能源機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)仿真、精密檢測(cè)，助力蓬勃?jiǎng)恿︶尫拧?/p>

全流程數(shù)字化技術(shù)與平臺(tái)助推實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造

實(shí)踐證明，大規(guī)模地?cái)?shù)字化與智能化后，企業(yè)不僅能維持自身業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，也能以更少的自然資源、更高質(zhì)量的產(chǎn)品減少浪費(fèi)，通過(guò)零排放減少污染，促進(jìn)可持續(xù)制造的實(shí)現(xiàn)。據(jù)不完全估計(jì)，工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型能將碳排放量減少20%，極大地促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)。制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個(gè)復(fù)雜的工程，所涉及的大量數(shù)字技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)有促進(jìn)作用。

例如，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真中的CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）技術(shù)通過(guò)模擬仿真，可以在概念設(shè)計(jì)階段減少浪費(fèi)，減少物理原型試驗(yàn)，提供正確的首次定制解決方案，推動(dòng)可再生能源革命。CAE既是模擬數(shù)據(jù)的來(lái)源，也是“數(shù)字線”的粘合劑，節(jié)約制造成本、提高生產(chǎn)率，最終提供高質(zhì)量的產(chǎn)品。

圖1 ?？怂箍礐AE軟件技術(shù)組合

?？怂箍灯煜?lián)碛胸S富的、多學(xué)科的CAE軟件，眾多國(guó)際知名的制造企業(yè)使用?？怂箍档墓こ谭抡婕夹g(shù)進(jìn)行線性及非線性有限元分析（FEA）、聲學(xué)分析、流體分析、疲勞與耐久分析、材料分析、工藝流程分析，以及多體動(dòng)力學(xué)分析等。?？怂箍档腃AE軟件能夠準(zhǔn)確、可靠地仿真產(chǎn)品在實(shí)際工況下的性能，從而幫助工程師快速、經(jīng)濟(jì)且高效地設(shè)計(jì)出更多創(chuàng)新產(chǎn)品。同樣在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，憑借?？怂箍祻?qiáng)大的傳感器技術(shù)可以輕松連通物理世界與虛擬世界，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程監(jiān)控與預(yù)測(cè)性維護(hù)，優(yōu)化資源分配，合理管控資產(chǎn)，達(dá)到“零報(bào)廢”“零故障”的理想境界，讓數(shù)據(jù)被智能地使用，讓產(chǎn)品更快、更可持續(xù)地被智造，同時(shí)也不斷重塑與增強(qiáng)了行業(yè)應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的能力。

然而，在許多制造企業(yè)中，CAE設(shè)計(jì)和工程、生產(chǎn)和質(zhì)量之間的溝通并沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的效果。這些使得不同功能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變得孤立，導(dǎo)致失去推動(dòng)更大增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。為此?？怂箍低瞥鐾暾臄?shù)字化轉(zhuǎn)型方案與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)化、產(chǎn)品化，提供貫穿設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、供應(yīng)、質(zhì)量及倉(cāng)儲(chǔ)等全過(guò)程數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案。通過(guò)統(tǒng)一的管理平臺(tái)，為不同部門(mén)提供了所需的可見(jiàn)性和可訪問(wèn)性，以確保所有必要的利益相關(guān)者獲得他們需要的數(shù)據(jù)，推動(dòng)更大的協(xié)作和快速響應(yīng)決策，從而提高可持續(xù)性績(jī)效，優(yōu)化企業(yè)的規(guī)劃流程，更好地綜合考慮企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求和機(jī)會(huì)，為建立資源節(jié)約型制造業(yè)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

傳感器和軟件技術(shù)全面賦能清潔能源行業(yè)發(fā)展

除了對(duì)制造業(yè)低碳運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化助力外，?？怂箍禂?shù)字化解決方案全面賦能清潔能源行業(yè)發(fā)展。通過(guò)傳感器方案，可以對(duì)物理世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)智慧物聯(lián)。通過(guò)軟件方案，可以模擬真實(shí)世界的場(chǎng)景，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，從而實(shí)現(xiàn)物理與數(shù)字世界的融合。這些傳感器和軟件解決方案，廣泛的應(yīng)用于風(fēng)、光、氫及儲(chǔ)等可再生能源行業(yè)，通過(guò)持續(xù)賦能行業(yè)用戶，助力可再生能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

以風(fēng)電行業(yè)為例，當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組保持向大型化、輕量化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。在市場(chǎng)投入中，風(fēng)力發(fā)電具有單次投資費(fèi)用大、可靠性及效率要求高、維修困難且檢修停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，給風(fēng)電行業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)維帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。?？怂箍祵ｉL(zhǎng)制造業(yè)的數(shù)據(jù)采集、分析和利用，提供全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)，貫穿在風(fēng)電行業(yè)從設(shè)計(jì)工程、生產(chǎn)及檢測(cè)，以及運(yùn)維的全生命周期的解決方案，從而實(shí)現(xiàn)品質(zhì)與生產(chǎn)力的提升。在風(fēng)電機(jī)組開(kāi)發(fā)階段，使用模擬仿真軟件完成葉片輕量化、傳動(dòng)鏈效率、風(fēng)電場(chǎng)布局等方面的設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)制造和計(jì)量測(cè)試階段，風(fēng)電大齒輪及箱體的超高精度測(cè)量解決方案是海克斯康的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)方案，在風(fēng)機(jī)輪轂、葉片及軸承等大型零部件的品質(zhì)保證上，Leica激光跟蹤儀起到了非常重要的作用。在現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)維階段，在高海拔、強(qiáng)風(fēng)且不穩(wěn)定的底土上，從55~60m的高度進(jìn)行精確測(cè)量，應(yīng)對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組支撐基礎(chǔ)的精確安裝。

圖2 ?？怂箍抵η鍧嵞茉窗l(fā)展技術(shù)方案圖

圖3 ?？怂箍碉L(fēng)電行業(yè)全生命周期解決方案

此外，?？怂箍档臄?shù)字技術(shù)，同樣應(yīng)用于光伏、水能、氫能及核電等清潔能源行業(yè)。憑借專業(yè)的傳感器和軟件解決方案，持續(xù)的賦能行業(yè)客戶，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在光伏場(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中通過(guò)使用?？怂箍档募夹g(shù)發(fā)揮數(shù)據(jù)的威力，從而提高太陽(yáng)能電站的效率。在氫燃料電池的設(shè)計(jì)階段，通過(guò)CAE軟件對(duì)儲(chǔ)氫罐、燃料電池進(jìn)行仿真模擬，優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在質(zhì)量檢驗(yàn)階段，可以使用各類傳感器進(jìn)行外形尺寸檢測(cè)和外觀瑕疵檢測(cè)，保證過(guò)程質(zhì)量和成品質(zhì)量。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，?？怂箍狄惨恢痹诜e極探索新型儲(chǔ)能技術(shù)示范應(yīng)用，助力國(guó)家清潔能源快速發(fā)展。

腳踏實(shí)地打造碳中和工廠與智能光伏電場(chǎng)標(biāo)桿

在推動(dòng)制造業(yè)智能化升級(jí)、創(chuàng)新化發(fā)展的同時(shí)，大力落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，海克斯康腳踏實(shí)地，在可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域做出不少“標(biāo)桿”式的案例。位于山東青島的海克斯康智慧產(chǎn)業(yè)園，始于數(shù)字化，秉持綠色低碳運(yùn)維理念，從智慧建設(shè)、智慧園區(qū)到智慧運(yùn)維，每個(gè)環(huán)節(jié)以行業(yè)尖端的測(cè)量?jī)x器為骨，實(shí)時(shí)捕獲現(xiàn)實(shí)世界多維數(shù)據(jù)；以強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)為筋，進(jìn)一步構(gòu)筑多維一張圖智慧園區(qū)管理平臺(tái)，助力數(shù)智化產(chǎn)業(yè)園區(qū)。其中智慧能源系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控全廠的能耗狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，避免不必要的浪費(fèi)。2022年，?？怂箍翟讷@得TüV萊茵ISO 14001 & ISO 45001環(huán)境與職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證證書(shū)的基礎(chǔ)上，再次獲得其碳中和認(rèn)證證書(shū)，始終以綠色高效的數(shù)字化解決方案助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

圖4 ?？怂箍抵腔郛a(chǎn)業(yè)園智慧能源管理系統(tǒng)

打造智能光伏發(fā)電廠，?？怂箍翟谖靼嘌繟rchidona使用旗下硬件和軟件解決方案實(shí)現(xiàn)完整的創(chuàng)建、調(diào)試及運(yùn)營(yíng)。在建場(chǎng)之初，采用?？怂箍档?Cradle CFD 和Adams MBD 仿真工具來(lái)模擬太陽(yáng)能場(chǎng)的熱、流體和結(jié)構(gòu)效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)太陽(yáng)能電場(chǎng)的智能數(shù)字化，可以遠(yuǎn)程和智能監(jiān)控以檢測(cè)太陽(yáng)能電池板異常、改善維護(hù)、協(xié)助檢查和應(yīng)對(duì)日常氣象條件，能夠預(yù)測(cè)風(fēng)和過(guò)熱的潛在破壞性影響。

整個(gè)光伏廠中使用基于 AI 的降階建模來(lái)操作模擬，并將其與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成可用于優(yōu)化設(shè)備運(yùn)營(yíng)的可操作數(shù)字孿生，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能電場(chǎng)的設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)，為減輕自然資源枯竭和浪費(fèi)提供解決方案。

圖5 ?？怂箍堤?yáng)能電場(chǎng)智能數(shù)字現(xiàn)實(shí)操作數(shù)字孿生示意圖

數(shù)字化與綠色化交匯是全世界面對(duì)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，它們將重構(gòu)產(chǎn)業(yè)秩序，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，塑造更有競(jìng)爭(zhēng)力、更有風(fēng)險(xiǎn)抵御能力的一批行業(yè)新力量。?？怂箍狄矊⒗^續(xù)立足自身豐富的技術(shù)能力，助力企業(yè)將數(shù)字轉(zhuǎn)型與綠色低碳融入整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品全生命周期價(jià)值鏈中，為客戶長(zhǎng)久高質(zhì)量發(fā)展投入不竭動(dòng)能。