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工業4.0如何幫助企業實現凈零

（2025年8月23日更新）

2019 2000年，受經濟增長加速的影響，全球二氧化碳排放創下新紀錄，達到367 億噸，較1990 年增加60%。目前，全球碳減排壓力越來越大。在全球總排放中，制造過程中產生的二氧化碳比例很高，這意味著工業在碳減排中的重要性不容低估。例如，在巨大需求的刺激下，僅混凝土生產的碳排放量就占年排放量的8%。許多工業生產代表企業已經做出最遲到本世紀中葉實現凈零運營。工業企業按照凈零原則，承諾在不使用碳補償的情況下實現凈零溫室氣體排放。這就要求企業改用不產生溫室氣體的生產工藝，或補償某些生產工藝產生的碳排放。這樣，他們就需要采取一種新的方式來收集二氧化碳和其他溫室氣體，或者直接使用它們，或者通過購買碳信用額度來抵消碳排放。

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1 從生產到供應的能源利用

任何行業都不容易實現凈零排放目標，必須密切關注供應鏈的各個環節。企業需要對供應鏈各環節產生的溫室氣體排放承擔碳責任，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節并不難，尤其是能源消費活動，通常是制造業供應鏈中溫室氣體的主要排放源。對于不可避免的能源消費，如果采用可再生能源替代方法，凈零目標將更容易實現。

近年來，盡管工業生產領域的核心話題集中在JIT(準時)供應鏈管理，但凈零核算也用于優化供應鏈碳排放計算，從而達到最大的碳管理效率。如果一個制造園區部署了大型風能或太陽能自發電設備，園區可以選擇自己使用所有發電，或者將部分發電出售給國家電網。然而，可再生能源發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運營商出售過剩的電力，從而選擇儲存電力或暫時關閉發電機。換句話說，如果能源制造商在發電過剩的情況下進一步提高能耗較大的制造技術水平，他們可以提高整體碳減排能力，但也需要儲存其他額外的發電量，直到投入生產和使用。

2 云計算和邊緣計算的作用

通過集成到大規模反饋電路中，關鍵過程控制系統的運行可以最大限度地利用云計算和邊緣計算提供的強計算能力。同時，云服務器還可以運行人工智能模型，學習如何制定應對能源、氣候等環境變化的最佳策略。

部分工藝碳含量高，高溫需求增加，可能影響系統響應速度，增加整體排放，使能源供應變化困難。通過對各節點能源組合的密切監控，至少可以為制造商提供有效的信息，更好地規劃碳信用額度，開發碳捕獲解決方案。工業控制集成商和運營商可以部署各種策略，實現從現有架構到新架構的無縫過渡，充分發揮邊緣計算在目標應用環境中的作用。

圖2 構建工業環境模塊

4 短距離和遠程通信

企業最大限度地提高能源和材料的效率，企業必須準確掌握機器操作的時間和方法。這也是工業4.0 技術優勢。工業4.0 該架構的主要功能之一是利用短距離和遠程通信來支持本地控制系統的信息共享。這些控制系統可以確保傳送帶只在運輸產品時運行，在不需要加工部件時關閉機床，并在新部件即將到達生產單元時進入準備狀態。此外，系統中廣泛分布的傳感器和計算平臺可以收集整個生產環境中的數據，并支持決策分析，有時遠程服務器提供實時感知數據支持。

目前，藍牙、Wi-Fi 和LoRaWAN 無線協議的應用越來越普遍，大大降低了按需部署傳感器的難度，可以進一步增強現有機床和管理系統中儀器設備的功能。將這些傳感器和云輔助集成到控制系統中，無需對系統進行全面維護。盡管在許多情況下，管理單臺機床的可編程邏輯控制器（PLC）它可以應用多年，但制造商可以使用它DIN 工業計算機的導軌部署進一步增強了其功能，從而更容易、更順暢地整合到工廠車間環境中。如果需要更復雜的控制算法，可以選擇IndustrialShields 和Kunbus 提供的高級PLC 解決方案可以獲得性能升級。

此外，邊緣服務器其他高帶寬連接的幫助下，邊緣服務器可以從多個方面連接PLC 控制系統獲取輸入數據并集成到高級模型中，以確保工廠車間緊密協調，實現動態激活和停止系統，避免過度能源浪費。

5 智能傳感器：關鍵組件

傳感器與智能監控系統的廣泛結合，可以保證機械效率最高，減少浪費。如果系統在測試和檢查過程中檢測到偏離正常運行參數，則可以快速停止相關設備并進行檢查。這樣可以避免報廢和返工，放報告產生負面影響，為企業節約直接成本。此外，制造商還可以進行預測性維護，一方面確保機床和其他機械系統達到最高工作效率，另一方面根據碳排放等目標合理安排維護時間。傳統的工作模式一直是機器脫機的決定性指導因素。然而，現在，分析程序確定成本最低的路徑是Murata代理在低碳能源供應相對較少的時期安排維護工作。同時，基于經驗的人工智能模型將利用工廠車間系統的各種輸入數據進一步確定最佳行動計劃。

6 總結

單一的變化或升級對減少工業溫室的氣體排放影響不大。然而，通過實施工業4.0.制造商可以利用各種技術消除過量的碳排放和能源利用來源，從而實現零凈運行目標。借助完善的電子元件經銷商，制造商將能夠更順利地實現工業4.0 轉型。特別是提供技術支持的經銷商，將能夠評估現有的基礎設施部署，并為制造商提供先進的硬件建議PLC、傳感器模塊、工業計算機等多個子系統，然后實施整合部署，創建有效的凈零方案。

(本文來源《IC2022年10月代理雜志