數(shù)字化助力制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型路徑探析

作者系賽迪工業(yè)和信息化研究院 譚力  

當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)發(fā)展受到能源、資源等約束，綠色發(fā)展任務(wù)艱巨。數(shù)字化是改造傳統(tǒng)制造業(yè)使其實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的重要手段。賽迪研究院節(jié)能與環(huán)保研究所通過(guò)分析當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)面臨的制約及數(shù)字化賦能制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為當(dāng)前數(shù)字化賦能制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型主要有四條路徑：賦能產(chǎn)品生命周期管理與足跡追蹤分析評(píng)價(jià)；賦能生產(chǎn)過(guò)程控制降低能耗物耗；賦能能源管理與排放監(jiān)測(cè)管理；賦能供應(yīng)鏈資源回收利用。并在此基礎(chǔ)上，提出了推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與制造業(yè)綠色發(fā)展在更廣范圍、更深程度上加速融合的建議。

制造業(yè)亟需數(shù)字化賦能綠色轉(zhuǎn)型

資源、能源和環(huán)境對(duì)我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的制約增強(qiáng)。從國(guó)內(nèi)政策環(huán)境看，現(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化成熟度較低[1]，意味著未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期我國(guó)的能源消費(fèi)總量還處于遞增階段，能源消費(fèi)總量在一段時(shí)期內(nèi)依然有繼續(xù)增長(zhǎng)的內(nèi)在動(dòng)力。這種發(fā)展階段也增加了我國(guó)通過(guò)“調(diào)結(jié)構(gòu)降強(qiáng)度”的方法節(jié)能的難度；從對(duì)外貿(mào)易形勢(shì)看，提供綠色的工業(yè)產(chǎn)品已成為國(guó)際潮流和趨勢(shì)。未來(lái)，關(guān)稅等綠色貿(mào)易壁壘可能成為限制我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品出口的主要手段；從制造業(yè)自身產(chǎn)業(yè)化水平來(lái)看，制造業(yè)面臨著如何化解產(chǎn)能過(guò)剩、單位排放高的產(chǎn)品總量大占比高、高效資源優(yōu)化利用以及產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)等問(wèn)題。這些問(wèn)題可以高度概括為“資源、能源與環(huán)境”對(duì)制造業(yè)的約束與制約問(wèn)題。

數(shù)字化賦能制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型具有精確性、時(shí)效性以及全流程系統(tǒng)性的優(yōu)勢(shì)。推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展是把握產(chǎn)業(yè)變革新機(jī)遇的戰(zhàn)略選擇，是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。數(shù)字化在制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型中具有多重優(yōu)勢(shì)：可實(shí)現(xiàn)工業(yè)能源管理關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和專業(yè)應(yīng)用，并保障數(shù)據(jù)獲取與傳輸?shù)母咝?、?zhǔn)確性；可助力制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“源頭-過(guò)程-末端”的系統(tǒng)性全流程節(jié)能；可助力企業(yè)提升自主排放管理能力，是企業(yè)進(jìn)行排放管理的行之有效的工具；可為各級(jí)政府監(jiān)測(cè)企業(yè)能源消耗乃至制造業(yè)整體運(yùn)行情況提供大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)手段。國(guó)際上已有借力數(shù)字技術(shù)加速綠色轉(zhuǎn)型的研究和探索：據(jù)全球電子可持續(xù)發(fā)展推進(jìn)協(xié)會(huì)（GeSI）的研究，數(shù)字技術(shù)在未來(lái)十年通過(guò)賦能智能制造、智慧能源等行業(yè)可以減少全球排放的20%。美國(guó)在推進(jìn)凈零排放目標(biāo)過(guò)程中高度重視數(shù)字技術(shù)的融合應(yīng)用，包括發(fā)布數(shù)字化方向排放標(biāo)準(zhǔn)、為開(kāi)發(fā)節(jié)能模型提供資金支持等一系列政策工具。

數(shù)字化賦能制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的主要路徑

路徑一：賦能產(chǎn)品生命周期管理與足跡追蹤分析評(píng)價(jià)。產(chǎn)品生命周期管理是將原材料的開(kāi)采、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、銷售直到用后廢物處置的排放進(jìn)行量化，支持流程及工藝優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì)以降低排放的決策分析工具。生命周期評(píng)價(jià)報(bào)告是國(guó)際通用產(chǎn)品綠色水平證明材料，將會(huì)成為工業(yè)產(chǎn)品出口應(yīng)對(duì)綠色貿(mào)易壁壘、關(guān)稅的重要依據(jù)文件。賦能機(jī)理：全生命周期評(píng)價(jià)過(guò)程有賴于海量的數(shù)據(jù)收集、計(jì)算與評(píng)估結(jié)果的積累。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)計(jì)算分析產(chǎn)品足跡、建立產(chǎn)品全生命周期排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，將提高數(shù)據(jù)可靠性、計(jì)算便捷性，從而提高生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度和應(yīng)用性能。案例：建材工業(yè)是我國(guó)較早應(yīng)用數(shù)字化全生命周期管理工具的行業(yè)。在用的建材行業(yè)綠色制造集成應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可基于行業(yè)來(lái)源分散、格式多樣的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)，并借助計(jì)算模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算出生產(chǎn)每立方米保溫材料、每噸水泥的排放，與生產(chǎn)工藝改進(jìn)后的排放進(jìn)行比較。通過(guò)產(chǎn)品對(duì)比方案優(yōu)化，為企業(yè)綠色發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃明確減排步驟提供技術(shù)支持，為探索企業(yè)綠色診斷打下基礎(chǔ)，對(duì)建材行業(yè)淘汰落后、轉(zhuǎn)型升級(jí)有促進(jìn)作用。 

路徑二：賦能生產(chǎn)過(guò)程控制降低能耗物耗。石化化工、冶金、建材、采礦等流程制造業(yè)普遍存在能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量較差、生產(chǎn)過(guò)程工藝落后、自動(dòng)化水平較低、信息集成度低、綜合競(jìng)爭(zhēng)力較弱等問(wèn)題。賦能機(jī)理：運(yùn)用人工智能、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)優(yōu)化工藝流程、物料調(diào)度，改善生產(chǎn)設(shè)備的操作控制和互聯(lián)互通，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制，推動(dòng)產(chǎn)線智能化升級(jí)，進(jìn)而達(dá)到降低能耗、物耗的目的。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用提高了設(shè)備利用率，降低了生產(chǎn)成本，是這些行業(yè)實(shí)現(xiàn)改造升級(jí)，保持可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。例如冶金工業(yè)中，基于辨識(shí)模型與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的礦漿品位智能檢測(cè)技術(shù)、礦漿粒度智能檢測(cè)技術(shù)、礦漿酸堿度智能檢測(cè)技術(shù)賦能于選礦設(shè)備，可提高礦漿濃度、粒度、物位等參數(shù)的檢測(cè)與控制精確度。遼寧排山樓金礦引入使用后，精礦品位提高了2%，物料消耗減少了20%，重新激發(fā)出原有設(shè)備的節(jié)能活力。

路徑三：賦能能源管理與排放監(jiān)測(cè)管理。制造業(yè)能源管理的難點(diǎn)在于能耗計(jì)量點(diǎn)多、能源介質(zhì)種類多、計(jì)量點(diǎn)分散在各生產(chǎn)車間，導(dǎo)致通過(guò)人工獲取的能耗計(jì)量不及時(shí)、效率低，也不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。賦能機(jī)理：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化能源管理系統(tǒng)，可自動(dòng)采集水、電、氣、熱等能源介質(zhì)消耗氨及排放數(shù)據(jù)，進(jìn)而智能辨識(shí)和分析生產(chǎn)中存在的能效改進(jìn)機(jī)會(huì)點(diǎn), 定期給出準(zhǔn)確直觀的圖表分析結(jié)果，并形成合理的優(yōu)化用能方案。以能源管控系統(tǒng)在某化工企業(yè)的應(yīng)用為例，通過(guò)對(duì)裝置-管線-罐區(qū)-管線-進(jìn)出廠點(diǎn)的生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控原料轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力、時(shí)間、物料流量、熱交換器傳熱系數(shù)、各裝置效率、壓差等，實(shí)現(xiàn)了能耗預(yù)測(cè)和排放監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用人工智能算法進(jìn)行分析，形成能源優(yōu)化方案，指導(dǎo)生產(chǎn)用能，有效降低能耗1%~3%，效率提升70%，實(shí)現(xiàn)了能源管理的系統(tǒng)性和制度化。

路徑四：賦能供應(yīng)鏈資源回收利用。我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)廢棄物回收行業(yè)普遍存在資源報(bào)價(jià)不透明、資源交易信息流通性差、產(chǎn)業(yè)管理不規(guī)范、廢舊資源加工設(shè)備不合格、廢舊資源循環(huán)利用率低等問(wèn)題，工業(yè)資源綜合利用率仍有大幅提升空間。賦能機(jī)理：數(shù)字化賦能供應(yīng)鏈資源回收是通過(guò)運(yùn)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)搭建覆蓋面更廣的廢舊資源信息服務(wù)平臺(tái)，銜接后續(xù)的資源處理與再利用產(chǎn)業(yè)鏈上下游行業(yè)，將廢舊資源的交易信息快速推廣、匹配、對(duì)接、成交，形成有序的廢舊資源回收處理鏈。數(shù)字化賦能資源回收利用有助于提升再生資源分揀效率、分類準(zhǔn)確性，鏈接再生資源回收利用產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)廢方、流通環(huán)節(jié)及利廢方等多元主體，促進(jìn)再生資源回收信息更加透明，推動(dòng)資源回收利用行業(yè)智能化綠色化協(xié)調(diào)發(fā)展。案例：比如廢鋼回收大數(shù)據(jù)平臺(tái)具有定位導(dǎo)航、預(yù)約回收、智能判級(jí)分揀、物流追蹤及資源循環(huán)利用知識(shí)推送等功能，讓用戶獲得公開(kāi)透明的價(jià)格回報(bào)，實(shí)現(xiàn)了廢鋼質(zhì)量和產(chǎn)量大幅提升，促進(jìn)了短流程煉鋼工藝的高質(zhì)量發(fā)展。

措施建議

加快培育數(shù)字化節(jié)能第三方服務(wù)主體，豐富數(shù)字技術(shù)服務(wù)供給。增強(qiáng)數(shù)字化節(jié)能產(chǎn)品供給能力，最大程度發(fā)揮供給端牽引作用，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)進(jìn)步拉動(dòng)制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。一是支持信息技術(shù)企業(yè)創(chuàng)建節(jié)能服務(wù)公司，提升技術(shù)創(chuàng)新水平，培育推廣一批符合高耗能企業(yè)節(jié)能需求的數(shù)字化平臺(tái)、系統(tǒng)解決方案、產(chǎn)品和服務(wù)。二是組織供需對(duì)接。建立數(shù)字化節(jié)能可信服務(wù)商、優(yōu)秀數(shù)字化節(jié)能產(chǎn)品與服務(wù)評(píng)價(jià)體系，征集、培育和推廣一批技術(shù)力量強(qiáng)、服務(wù)效果好、深受企業(yè)歡迎的數(shù)字化節(jié)能服務(wù)商、優(yōu)秀數(shù)字化節(jié)能產(chǎn)品與服務(wù)。通過(guò)在線直播、視頻展播、線上對(duì)接等形式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化節(jié)能產(chǎn)品和服務(wù)展示互動(dòng)與對(duì)接交易。

加速推進(jìn)數(shù)字化全面平衡發(fā)展，彌合不同規(guī)模企業(yè)間數(shù)字鴻溝。一是降低數(shù)字技術(shù)使用門檻和成本。從推動(dòng)中小企業(yè)數(shù)字化發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化升級(jí)三個(gè)方面推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。面向中小企業(yè)提供一批成本低、見(jiàn)效快、適用性強(qiáng)的節(jié)能數(shù)字化解決方案。二是不斷夯實(shí)中小企業(yè)數(shù)字化服務(wù)基礎(chǔ)。支持傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群搭建 “虛擬”產(chǎn)業(yè)平臺(tái)、鼓勵(lì)培育虛擬產(chǎn)業(yè)集群、建設(shè)中小企業(yè)數(shù)字化公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)、組織發(fā)布數(shù)字化轉(zhuǎn)型典型經(jīng)驗(yàn)和案例等方面優(yōu)化中小企業(yè)數(shù)字化服務(wù)。

明晰排放數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)在賦能制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型中的潛力。研究制定數(shù)字化賦能節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，明確數(shù)據(jù)采集主體，制定能源使用活動(dòng)和排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集流程和使用規(guī)范，建立各利益相關(guān)者的協(xié)調(diào)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)真實(shí)性、唯一性。加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)防范和數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，為數(shù)據(jù)有序流動(dòng)、促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型提供有效的制度環(huán)境保障。