西門子的數字化減碳方法論

對製造業而言，數字化轉型和減碳有協同效應

圖源：西門子

文 |韓舒淋

編輯 | 謝麗容

減碳，正在成爲工業製造業企業面臨的新考驗。

這是企業競爭理念變革帶來的新命題，比如，ESG理念逐漸深入人心，以及全球綠色轉型的大趨勢。頭部企業越來越多地將減碳作爲公司長遠發展的重要目標，也間接推動了其上下游價值鏈的共同減碳。

更現實的約束還在於，碳壁壘越來越成爲國際貿易中難以忽視的新挑戰。歐洲碳邊境調節機制（CBAM）的制定過程引發了廣泛關注，儘管其實際影響的貿易品種並不多（鋼鐵、水泥等六類高碳產品），但標杆意義明顯。而歐洲循環經濟行動計劃（CEAP）、電池法案等規則，對更廣泛的產品提出了碳約束。

這些新變化，正在要求更多的製造業企業，尤其涉及出口和外企供應鏈企業，要能算清自己的“碳賬本”，並在此基礎上規劃減碳的路線圖。

不過這一新挑戰並不完全等同於增加製造業企業成本。相比減碳的大頭——能源系統所面臨的安全、經濟和綠色的複雜矛盾，對許多製造業企業而言，算清“碳賬”的過程，往往也是精益管理、應用數字化工具的過程。減碳往往與減少能耗、提高效率密不可分。換言之，減碳的投入，與企業數字化轉型、降本增效有協同效應。

百年工業巨頭西門子以德國工業4.0的代表企業而聞名，這家巨頭既生產以PLC爲代表的工業自動化硬件，也是全球最大的工業軟件公司。通過OT（運營技術）和IT（信息技術）的融合，西門子產線、生產的數字孿生理念影響深遠，可以在投資產線之前實現虛擬仿真、預測和優化，在投產之後藉助物理世界的傳感器數據反饋到虛擬世界分析優化，實現閉環反饋。

西門子數字孿生示意圖 來源：西門子

西門子公司在《巴黎協定》之前就制定了2030年實現自身運營業務碳中和的目標，是工業企業中較早設定碳中和目標的企業。如今，西門子正在將其數字化能力拓展到減碳領域。其數字化技術能夠幫助企業、產線瞭解生產、運營的數據，再借助碳盤查、減碳的知識，將數字孿生能力逐步擴展到碳孿生。一方面實現了自身的減碳，同時對供應商提出要求，幫助下游客戶減碳。

2021年，西門子在中國推出零碳先鋒計劃，在中國打造端到端的零碳產業鏈。《財經十一人》近日走訪西門子及其供應鏈、客戶工廠發現，其數字技術，正在幫助上下游減少各環節的碳排放。

原生數字工廠的減碳解法

2022年6月投產的西門子數控南京有限公司（SNC）新工廠，是西門子全球首座原生數字化工廠，這家工廠主要生產數控系統、通用變頻器和伺服電機。

所謂“原生數字化工廠“，指的是在工廠開工之前，西門子就建立了工廠完整的數字孿生模型，在虛擬世界中完成了產線、倉儲、廠內物流的規劃和仿真優化，在工廠建設之前就儘量避免運營中可能出現的問題，與傳統工廠相比，規劃到運營的時間縮短了將近三分之一。

西門子南京工廠是西門子全球首座原生數字化工廠 來源：西門子

良好的數字化基礎，是算清“碳賬本”、完成碳盤查的必要條件。要減碳，首先要知道排了多少碳，這離不開數字化工具的應用。

西門子（中國）公司執行副總裁、西門子大中華區數字工業集團王海濱的觀點是，減碳需要數字化技術來賦能才更容易實現，要減碳首先要搞清楚碳排放的狀態、透明度，然後再去制定減碳路線圖，數字化起着至關重要的驅動作用。

具體到南京工廠，西門子數控（南京）有限公司總經理周鬱榮介紹，西門子利用能源管理系統Smart ECX去實時監控整個工廠的能耗，找到能耗大的地方，採取針對性措施去減碳。

南京工廠還生產了其第一臺零碳產品：西門子SIMOTICS永磁同步電機，這一電機在2022年11月獲得了第三方認證機構TUV南德頒發的“碳中和達成核查聲明”。幫助單個產品實現碳中和的背後，是西門子推出的碳足跡可信精算與追溯解決方案SiGREEN。

藉助這些工具，西門子南京工廠算出了自身的“碳賬”。西門子數控（南京）公司可持續發展官楊友財對《財經十一人》介紹，通過SiGREEN，可以計算出產品的碳足跡（PCF，產品碳）和企業的碳足跡（CCF，組織碳）。2022年，南京工廠範圍一、範圍二的碳排放是1.5萬噸左右，其中範圍一隻佔2%到3%，排放主要是範圍二的電力消耗帶來的間接排放。

楊有財介紹，SiGREEN實時獲取設備端電錶的數據，同時通過能源管理系統Smart ECX可以實時看到整個工廠的用電情況，進而可以分析出具體某個設備、產線、車間的能耗情況，如此精準的數據，爲其改進方案打好了基礎。

獲取數據是減碳的基礎，在常熟高新區MOBO創新產業園，西門子爲其交付了低碳智慧園區管理平臺，園區中部署了700多個檢測儀表，分爲三級計量，分別到樓棟、樓層和具體小的負載，把所有負載接入平臺，實現了毛細血管級的監控。

算清“碳帳”之後，對南京工廠而言，其改進既有工藝上的，也有能源上的。

工藝方面，譬如在電機的生產工藝上，從浸漆改爲滴漆，減少了生產實踐；在PCB（印刷電路板）產線中用溼膜法減少蒸汽的使用。這些都提高了效率，也進而減少了能耗和碳排放。

能源供應方面，南京工廠目前已經鋪設了部分分佈式光伏，提供了10%的廠用電，未來會繼續新增擴大至20%，同時在考慮引入氫能等其他綠色能源。

從數字孿生到碳孿生

SiGREEN是西門子開發的碳足跡可信精算與追溯解決方案，也是西門子開展碳盤查、減碳諮詢的基礎工具。

西門子（中國）副總裁兼首席網絡與信息安全官胡建鈞對《財經十一人》表示，SiGREEN集成了西門子看家的數字孿生技術、能源管理、邊緣計算以及底層區塊鏈可信技術，它能將整個產線從數字孿生髮展到碳孿生，從產品到生產的全生命週期數字化管理延伸到產品從設計到生產、使用的碳管理。

對於一家工廠，如果它已經實現了數字化，可以實時或準實時的採集產線上的信息，上游供應鏈的相關信息也可以直接從MES（製造執行系統）讀取，或者具備碳足跡信息，可以比較方便的根據ISO14067的標準計算碳相關的數據。

而許多企業、尤其是供應鏈上的中小企業數字化水平參差不齊，但也可以邁出估算的第一步。胡建鈞介紹，SiGREEN目前已經集成了大部分行業的碳排放因子庫，結合實際產線的數據進行分析和調優，可以按照行業平均數據來估算。

SiGREEN還提供了一套自評估流程，企業可以自己提交產品的原材料構成、場內運輸方式、用能方式等基礎信息，藉助行業數據和碳排放因子庫，企業可以估算一個產品的碳足跡。儘管這一數據並不精確，但可以讓有需要的企業邁出瞭解自身碳足跡的第一步，對碳家底有初步意識。有了一個基準之後，就可以向更精確的數據蒐集和找到減碳方向去努力。

胡建鈞介紹，目前，對於精確的碳足跡計算，西門子主要關注汽車、電池、化工等領域的頭部企業的需求。這類企業既面臨更緊迫的減碳約束，同時作爲鏈主企業，能夠帶動行業減碳。

西門子還和如TUV南德這樣的第三方認證機構達成合作，對於能夠提供可信精確數據的用戶，對其碳足跡結果進行基於線上的第三方覈查認證。胡建鈞介紹，西門子依託SiGREEN與TÜV南德合作，推出企業出海綠色低碳服務，幫助出口企業滿足海外市場對出口產品碳足跡披露的要求，企業構建綠色低碳的競爭力。

碳孿生的基礎是數字孿生，而更好的數字化程度，往往在幫助企業算清碳數據的同時，也能找到降本增效的方向。

崑山大同齒輪是西門子南京工廠電機軸的供應商，供應了南京工廠約50%的電機軸，是南京工廠最大的機加工件供應商。電機軸是電機產品中碳排主要來源的零部件。因此，南京工廠要生產碳中和的電機，離不開一個碳中和的電機軸產品。2020年，西門子開始與大同齒輪合作建設智慧工廠，並進行碳排放信息統計、部署SiGREEN。

大同齒輪總經理許正忠介紹，通過碳排放統計，發現工廠耗電量最大的是空調和空壓機，碳排放的數據透明瞭，可以看到用電量，哪些設備用了多少電，再着手改善就很快了。之前買空調更考慮性價比，現在第一考慮的是碳排放，用數字做決策是很明確的，考慮壽命、用電量、節能和便捷，碳排放的數據幫助工廠做了很多有效決策。

許正忠告訴我們，最初導入SiGREEN時，預想的是計算工廠重點管理設備的碳排放，但小型設備是否需要統計並不確定，但一些小型設備的能源使用數字統計出來也很驚人，比如一個風扇一天，哪怕只有一個工人也要用20度電，有了準確的數據佐證，纔可以加快決策速度。作爲管理者，看得到數據，是重要的決策依據，就會繼續投入。

對於數字化技術的使用，周鬱榮特別強調，許多企業存在誤區，認爲數字化能解決所有問題，但以他做工廠20多年的理念，始終要把精益放在數字化前面，企業需要先做自身的流程梳理、減少浪費，關注傳統的經營理論在企業管理的實踐，在這個基礎上做數字化。

在南京工廠，周鬱榮表示，數字模擬技術能夠幫助工廠踐行精益的“一開始就正確”的要求，實際上就對碳排放範圍二帶來很大貢獻。

事實上，減碳和數字化轉型的共通之處還體現在二者都離不開管理變革。數字化轉型是“一把手”工程，減碳同樣不僅僅是某個部門的專責。

賽迪研究院與西門子（中國）聯合發佈的《企業出海白皮書》中指出，將碳管理融入企業經營管理的各個環節是實現可持續發展和有效應對碳風險的重要策略之一。目前很多企業仍存在着部門沒有明確劃分職責、戰略規劃不明確，各業務部門合作不流暢等問題，例如，根據範圍一、範圍二、範圍三排放的來源差異，涉及碳排放的生產經營活動數據多歸於企業不同部門管理，如電費、外購能源電力使用情況多由財務、能源管理等多個部門負責，原材料、固定資產採購則多由採購、行政等部門負責。在碳信息採集和統計的過程中，企業需要協調各個業務部門相互配合和聯動，將碳排放數據的收集和管理與企業碳管理目標相結合。建立有效的運作和部門協作機制需要自上而下的企業治理，從企業管理層或集團層面推動管理體系的落地，並以此爲抓手協同推動具體目標和行動的落實。

從自身減碳到上下游減碳

西門子的減碳目標除了自身運營在2030年達到碳中和，還希望到2030供應鏈減碳20%，到2050年實現全範圍碳中和。

對像前述大同齒輪這樣的重點供應商，減碳的要求已經開始提上日程。西門子全球有16萬家供應商，在中國近7000家供應商，減碳要求並不能一刀切。

2021年，西門子在中國啓動零碳先鋒計劃，提出了幫助500家供應商減碳的目標。西門子供應鏈亞太區可持續發展經理吉海嬌表示，這500家供應商的碳排放，佔到了供應鏈碳排放的80%，是重中之重的核心供應商羣體。

找到這500家排放量佔大頭的供應商，本身就不容易。

吉海嬌介紹，要達到2030年供應鏈減碳20%的目標，首先要有碳排放透明度，否則難以給供應商設定具體目標。2019到2020年，西門子對全球1萬多家供應商進行摸底調研，2021財年，西門子推出了碳排放在線評估數字化工具（CWA），到2022財年都是摸底透明度階段。

西門子產品線非常豐富，也意味着供應商背景、行業構成極其相當複雜，很難讓所有供應商共享同一個目標，所以一定是從自下而上的試點開始，摸清供應商的碳排放透明度，再製定適合不同行業供應商的細分目標。目前，中國地區有超過900家供應商完成了評估，意味着供應鏈有60%的碳排放透明度。

西門子中國供應鏈成本價值工程團隊負責人兼供應鏈物料釆購經理王曉文解釋道，原材料佔成本10%的供應商和原材料佔成本90%的供應商，二者減碳潛力顯然是不一樣的，因此需要通過摸底碳透明度來建立不同維度的目標。

與減碳相關的可持續指標，也開始納入西門子的採購體系。王曉文介紹，西門子供應鏈體系過去一直是考覈四大維度：技術、質量、物流、價格。從2022財年開始，正式將可持續納入重點項目納入採購決策中，其中就包括降碳的表現，這對供應商是很大的挑戰。

許正忠的觀點是，歐洲的客戶幾乎每一家都想供應商減碳，自己以前想做，但不知道怎麼做。西門子提供了獲取數據的方法，找到了碳排放的大頭，而具體怎麼解決，也要靠自己。比如發現廠房空調耗電量大，而且降溫效果不佳，通過調整節能風扇的高度結合新風系統，不再在廠房使用空調，反而達到了更好的體感溫度，這是整個工廠能耗改善很重要的一方面。

吉海嬌認爲，對於供應商西門子有三方面責任，一是提出明確期待和要求，二是傳遞可持續發展理念和專業知識，三是提高供應商碳減排透明度。而具體供應商採取什麼措施減碳，是供應商的決定。

除了上游的供應商，下游西門子自動化和數字產品的客戶，也在藉助這些服務實現減碳。

西門子是太古可口可樂的數字化戰略合作伙伴，從2021年3月開始達成數字化戰略合作。太古可口可樂是可口可樂的瓶裝商，在江蘇、浙江、廣東、上海、臺灣、海南等中國南部省份特許銷售可口可樂的各類產品。通過合作，西門子爲太古可口可樂打造了製造信息系統，已經應用到包括其杭州工廠在內的18家工廠。

太谷可口可樂（中國）杭州工廠 來源：太谷可口可樂

太古可口可樂（中國）有限公司技術總監駱超表示，通過西門子的數字化工具，幫助產線發現績效改善的空間。2022年相比2020年，39條生產線的效率提高了4.16%，意味着節約出1.6條生產線，1條產線價值1億，需要6個人運作，一年需要500萬到800萬度電，這是直接創造的價值。過去兩年，全系統能耗降低了8%，汽水飲料有19家工廠，一年用電3.5億度，這意味着節約了將近3000萬度電。

更具體的，高壓機佔工廠用電的15%，公司有4個全球品牌的高壓機，有數百臺，而通過數據洞察，發現不同品牌單位產汽量的能耗差距高達30%，通過橫向對比，未來就直接選最優的機器。

“不去應用數字化是不會創造價值的。”駱超強調。