全球許多制造業(yè)企業(yè)都正努力通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）來提高自身的商業(yè)價(jià)值和業(yè)務(wù)效率。而與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，則需要抑制生產(chǎn)活動(dòng)中所排放的溫室氣體（GHG），因此脫碳化措施相關(guān)需求也十分強(qiáng)勁。如何應(yīng)對(duì)DX和脫碳這兩大趨勢(shì)，已成為各制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。

2021年以后，制造業(yè)的脫碳化目的已從單純的社會(huì)貢獻(xiàn)進(jìn)化為與實(shí)際利益相關(guān)的內(nèi)容，其中包括遵守與顧客的交易條件以及如何加強(qiáng)成本競(jìng)爭(zhēng)力等。部分具有實(shí)力的電子設(shè)備制造商已明確表示，今后將不再?gòu)奈粗铝τ贕HG減排的供應(yīng)商處采購(gòu)零件和材料。同時(shí)，越來越多的投資家也已將是否積極開展脫碳化舉措列入其出資條件之中。此外，在2021年11月召開的“聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約第26屆締約方會(huì)議（COP26）”上，已將所謂的“1.5℃目標(biāo)*1”從以往的努力目標(biāo)升級(jí)為更為嚴(yán)格的必達(dá)目標(biāo)，并且今后很有可能還將引進(jìn)實(shí)施更具強(qiáng)制力的有力政策，例如加強(qiáng)環(huán)境關(guān)聯(lián)規(guī)制、引進(jìn)碳稅等碳定價(jià)*2等。由此，對(duì)制造業(yè)企業(yè)來說，脫碳化舉措將與其收益直接掛鉤，與提高生產(chǎn)效率具有同等的意義。

*1指將與工業(yè)革命前相比的世界平均上升氣溫控制在1.5℃以內(nèi)的目標(biāo)。

*2將企業(yè)的CO2排放量轉(zhuǎn)嫁為成本的相關(guān)舉措的總稱，其中包括對(duì)礦物燃料的使用所征收的“碳稅”、旨在清除環(huán)境限制而進(jìn)行的CO2“排放權(quán)交易”等。據(jù)世界銀行公布，截至2021年4月10日，已有46個(gè)國(guó)家和35個(gè)地區(qū)引進(jìn)了這一舉措。

制造業(yè)所面臨的兩大趨勢(shì)，即DX和脫碳看似互不相干的。但實(shí)際上，DX與生產(chǎn)活動(dòng)的效率化、節(jié)能化乃至脫碳化之間的關(guān)系是相輔相成的。作為推進(jìn)脫碳化的手段，應(yīng)如何充分運(yùn)用DX舉措，我們將在此進(jìn)行相關(guān)介紹，特別是IoT、AI、數(shù)字映射等信息處理技術(shù)的前沿應(yīng)用動(dòng)向，并對(duì)智能工廠中的脫碳化進(jìn)行解說。

在工廠推進(jìn)脫碳化的兩種手法

工廠內(nèi)使用的很多裝置和設(shè)備都是依靠電力運(yùn)行的，包括機(jī)床及產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、壓縮機(jī)等馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的裝置與設(shè)備、電加熱器、控制機(jī)器等。在制造業(yè)中，此類使用電力運(yùn)行的裝置和設(shè)備的脫碳化成為重要的課題。

依靠電力運(yùn)行的裝置和設(shè)備的脫碳方法大致有兩種（圖1）。一種是將能源來源轉(zhuǎn)換為不排放溫室氣體的方法。具體來說，即太陽(yáng)能和風(fēng)力等可再生能源的應(yīng)用。另一種則是徹底削減電力消費(fèi)中的浪費(fèi)部分，也就是所謂的省電化。為了促進(jìn)這兩種方法的實(shí)施，DX的推進(jìn)是一個(gè)重要前提。

圖1GHG減排的兩個(gè)手法出處：經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳

一般來說，從可再生能源得到的電力依賴于自然的陽(yáng)光和風(fēng)力，發(fā)電量是不穩(wěn)定的，但是在電力系統(tǒng)中必須滿足“同時(shí)同量”的電力供給原則，即供電量和耗電量必須始終保持一致。其原因是，如果耗電量和供電量之間產(chǎn)生顯著的差異，便會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)、送配電設(shè)備、電氣設(shè)備等造成異常的負(fù)荷，從而引發(fā)故障，造成電力質(zhì)量不穩(wěn)定，并有可能引發(fā)錯(cuò)誤運(yùn)作或停電。也就是說，需要同時(shí)使用實(shí)時(shí)發(fā)電的電力和蓄電池中積蓄的電力等，才能滿足工廠內(nèi)需要的用電量。

以利用IoT應(yīng)對(duì)RE100為目標(biāo)

近年來，越來越多的制造業(yè)企業(yè)加入了國(guó)際環(huán)境倡議“RE100”。該倡議旨在實(shí)現(xiàn)企業(yè)活動(dòng)中使用電力的100%可再生能源化。為了在工廠實(shí)現(xiàn)“RE100”的理念，需要引進(jìn)能夠?qū)﹄娏Φ墓┣笃胶膺M(jìn)行妥善管理和控制、且不會(huì)降低生產(chǎn)效率和品質(zhì)的電力系統(tǒng)，以及能夠彌補(bǔ)對(duì)策不足部分的結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)方面都非常重要（圖2）。

圖2旨在實(shí)現(xiàn)工廠RE100應(yīng)對(duì)的電力系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)

為了應(yīng)對(duì)RE100要求，工廠需首先引進(jìn)太陽(yáng)能等發(fā)電設(shè)備和蓄電設(shè)備，確立可再生能源的應(yīng)用基礎(chǔ)。除此以外，因天氣情況的變化，發(fā)電量隨時(shí)發(fā)生變動(dòng)。同時(shí)，工廠內(nèi)的耗電量也隨著生產(chǎn)活動(dòng)狀況上下浮動(dòng)。因此，需要實(shí)現(xiàn)兩者變動(dòng)情況的可視化，并把剩余部分的電力儲(chǔ)藏在蓄電池中，或反之從蓄電池中提取不足電力，也是十分重要的。

在先進(jìn)的工廠中，引進(jìn)名為“FEMS（Factory Energy Management System）”電力管理系統(tǒng)的案例越來越多，即利用IoT來監(jiān)測(cè)耗電量，進(jìn)行峰值電力的調(diào)整并根據(jù)狀況對(duì)空調(diào)、照明設(shè)備、生產(chǎn)線的運(yùn)行進(jìn)行控制。使用這一系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)工廠整體的耗電狀況可視化，抑制不必要不緊急的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，在保持生產(chǎn)效率的前提下盡可能控制耗電中的浪費(fèi)現(xiàn)象。不僅如此，今天FEMS不斷進(jìn)化，其管理對(duì)象已擴(kuò)展到發(fā)電設(shè)備和蓄電設(shè)備，能夠維持RE100應(yīng)對(duì)工廠的供求平衡要求。

用AI和數(shù)字映射，對(duì)電力供求平衡進(jìn)行高精度預(yù)測(cè)和管理

也正通過活用AI和數(shù)字映射*3等新的信息處理技術(shù)，嘗試進(jìn)一步提高FEMS的管理和控制精度。

*3所謂數(shù)字映射，是指將IoT所收集的反映當(dāng)前狀況的數(shù)據(jù)輸入現(xiàn)實(shí)物品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中，以此來再現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界相同的狀態(tài)和性質(zhì)的數(shù)字模型。

例如，為了預(yù)測(cè)能夠從太陽(yáng)能發(fā)電取得的電量，我們開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，能夠運(yùn)用AI分析天氣預(yù)報(bào)和至今為止的實(shí)際數(shù)據(jù)，從而正確預(yù)測(cè)公司內(nèi)部擁有的設(shè)備能夠得到的發(fā)電量。如果能夠?qū)Πl(fā)電量進(jìn)行高精度的預(yù)測(cè)，便可通過調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃等方式，避開用電高峰，更有效地應(yīng)用公司自身所生產(chǎn)的電力。

同時(shí)，我們還構(gòu)建了能夠通過電腦再現(xiàn)工廠整體狀態(tài)和變化情況的數(shù)字映射，并開發(fā)了能夠提高節(jié)電對(duì)策效果的相關(guān)技術(shù)。對(duì)于裝置、設(shè)備的控制、運(yùn)用條件、生產(chǎn)計(jì)劃的變化可帶來怎樣的省電效果，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生怎樣的影響？通過在數(shù)字映射上對(duì)這些問題進(jìn)行驗(yàn)證，盡可能制定有助于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。

制造業(yè)中的脫碳化舉措與工廠的DX相關(guān)舉措之間具有不可分割的緊密關(guān)系。在致力于DX的同時(shí)，不僅需要提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)，也需要思考脫碳化相關(guān)的需求?？梢哉f，這一點(diǎn)是非常重要的。

審核編輯 黃宇