2023年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，未來(lái)制造業(yè)的碳中和、AI和數(shù)字化

4月17日至21日，全球約4000家來(lái)自機(jī)械工程、電氣和數(shù)字行業(yè)以及能源行業(yè)的企業(yè)參加了2023年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)。在這個(gè)歷史悠久的工業(yè)貿(mào)易展覽會(huì)上，從復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和數(shù)字化，到人工智能（AI）滲透和優(yōu)化生產(chǎn)和與設(shè)計(jì)，以及能源管理、碳足跡分析和減少二氧化碳排放等，工業(yè)領(lǐng)域的參與者聚焦二氧化碳中和生產(chǎn)、AI、數(shù)字化工廠等方面，競(jìng)相展示未來(lái)生產(chǎn)和能源供應(yīng)的解決方案。

以“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，做出改變”為主題的2023年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)于4月17日至21日舉行。圖為擺放在媒體中心的展板。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

德國(guó)漢諾威展覽公司董事會(huì)主席約亨·柯克勒博士向記者介紹2023年漢諾威工博會(huì)的情況。約4000家參展商中來(lái)自中國(guó)的企業(yè)不到900家。雖然參展中國(guó)企業(yè)的數(shù)量比疫情之前低（2019年有1400家），但比2022年的情況要好，整體恢復(fù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)明顯。科技日?qǐng)?bào)報(bào)駐德國(guó)記者李山攝

二氧化碳中和生產(chǎn)

減少二氧化碳排放，并在生產(chǎn)中努力實(shí)現(xiàn)碳中和對(duì)于企業(yè)而言正變得越來(lái)越重要。歐盟的綠色協(xié)議目標(biāo)是到2030年，將溫室氣體凈排放量與1990年的水平相比至少減少55%，并到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。3月16日，歐盟委員會(huì)提出了凈零工業(yè)法，在強(qiáng)化戰(zhàn)略自主的同時(shí)對(duì)企業(yè)發(fā)展減排技術(shù)提出了更高的要求。在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)（以下簡(jiǎn)稱工博會(huì)）上，人們聚焦氣候友好型生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的方式，例如，過(guò)程用能的電氣化、氫氣和生物質(zhì)的使用、二氧化碳的回收、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)展等。

化石燃料是迄今為止造成全球氣候變化的最主要原因，占全球溫室氣體排放的75%以上，占所有二氧化碳排放的近90%。波茨坦氣候影響研究所希爾維亞·馬代杜博士認(rèn)為，用低碳電力代替化石燃料并將該電力用于核心工業(yè)過(guò)程（例如加熱）是工業(yè)領(lǐng)域向低碳生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。占?xì)W洲排放量約15%的工業(yè)二氧化碳排放主要是通過(guò)燃燒燃料進(jìn)行供熱而產(chǎn)生的。過(guò)程用能電氣化需要能源供應(yīng)領(lǐng)域進(jìn)行重大轉(zhuǎn)型，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施、工藝技術(shù)、工程設(shè)備等都亟待變革。

在工博會(huì)上，多家企業(yè)展示了他們的凈零熱系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)結(jié)合了電氣化和蓄熱的優(yōu)點(diǎn)。一方面通過(guò)電氣化增加對(duì)可再生能源的利用，在最合適的時(shí)間，以損耗較少的方式將電力轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽涣硪环矫妫瑹崮艽鎯?chǔ)（TES）技術(shù)的創(chuàng)新則進(jìn)一步為熱電聯(lián)動(dòng)提供了更加清潔、靈活的解決方案，通過(guò)將介質(zhì)加熱到特定高溫后保持溫度，并在需要時(shí)釋放熱能，熱儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于應(yīng)對(duì)電力市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)，并降低能源成本。通過(guò)這種方式，工藝熱、區(qū)域供熱甚至傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)電的熱能都可以經(jīng)濟(jì)高效的方式脫碳。許多需要大量能源的工業(yè)部門，如食品、化工、金屬加工等都能夠從中受益。

盡管歐洲的氫能產(chǎn)業(yè)處于世界前列，但現(xiàn)在仍然迫切地需要將氫經(jīng)濟(jì)從小眾轉(zhuǎn)向規(guī)模化。歐盟認(rèn)為，可再生的綠氫將為其到2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和發(fā)揮重要作用。為了刺激和支持可持續(xù)氫能的生產(chǎn)和投資，歐盟委員會(huì)發(fā)布了歐洲氫能銀行計(jì)劃，將2030年氫產(chǎn)量目標(biāo)提高了一倍，達(dá)1000萬(wàn)噸，并且每年再進(jìn)口1000萬(wàn)噸氫。因此，工在博覽會(huì)上，圍繞氫氣的工業(yè)化生產(chǎn)、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和安全存儲(chǔ)，以及氫能應(yīng)用的各種場(chǎng)景，很多企業(yè)提出了自己的解決方案。

作為化石燃料的環(huán)保替代品，電力合成燃料（E-Fuel）是由水、二氧化碳和來(lái)自可再生能源的電力制成的。它具有與傳統(tǒng)燃料相似的特性和化學(xué)性質(zhì)，可用于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，但不會(huì)釋放額外的破壞氣候的氣體。歐盟特許2035年后繼續(xù)銷售使用E-Fuel的內(nèi)燃機(jī)汽車。經(jīng)典內(nèi)燃機(jī)的擁護(hù)者將電力合成燃料視為未來(lái)出行的氣候中和選擇方案之一。工博覽會(huì)上，關(guān)于電力合成燃料規(guī)模化生產(chǎn)及其經(jīng)濟(jì)性的討論仍在繼續(xù)。德國(guó)西門子能源等展示了其在智利南部以工業(yè)規(guī)模利用綠色電力和水生產(chǎn)二氧化碳中性燃料的項(xiàng)目“HaruOni”。這是世界上第一家投入運(yùn)營(yíng)的電力合成燃料的全集成工廠，2023年計(jì)劃生產(chǎn)13萬(wàn)升合成燃料。

作為2023年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)的一部分，碳足跡（CO2足跡）相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新也得到了更多的關(guān)注。多家企業(yè)展示了實(shí)時(shí)確定產(chǎn)品碳足跡的例子。許多相關(guān)技術(shù)在展臺(tái)上隨處可見(jiàn)：數(shù)字孿生、智能化安全運(yùn)營(yíng)、5G、AI、數(shù)字產(chǎn)品護(hù)照、資產(chǎn)管理外殼等。未來(lái)，隨著企業(yè)核算碳排放的需求不斷擴(kuò)大，數(shù)字化系統(tǒng)輔助的碳管理工作將得到更多的重視。數(shù)字化碳管理不僅能減少現(xiàn)場(chǎng)核查的工作量，還能與工廠日常管理相融合，有效提升生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品碳排放管理水平和供應(yīng)鏈碳足跡管控能力。

工博會(huì)上，人們還能看到不同的提取和儲(chǔ)存二氧化碳的方法。例如卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）熱過(guò)程工程研究所開(kāi)發(fā)的技術(shù)就可從大氣中直接提取二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為炭黑。技術(shù)流程包括用吸附器將二氧化碳從環(huán)境空氣中分離出來(lái)，然后在微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中與電解產(chǎn)生的綠氫發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，最后甲烷通過(guò)裝有液態(tài)錫的鼓泡反應(yīng)器，發(fā)生熱解反應(yīng)生成氫氣和炭黑。通過(guò)這種方式，有害的溫室氣體可轉(zhuǎn)化為高科技應(yīng)用的原料。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，KIT已建成并投入使用了一個(gè)集裝箱大小的測(cè)試設(shè)施，每天可從環(huán)境空氣中提取近兩公斤的二氧化碳，并在連續(xù)運(yùn)行中轉(zhuǎn)化大約0.5公斤的固體碳。

在二氧化碳回收方面，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)軍者費(fèi)斯托公司獨(dú)辟蹊徑，設(shè)計(jì)了新型的生物反應(yīng)器，利用藻類來(lái)吸收二氧化碳。與此同時(shí)，藻類的代謝過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生脂肪酸、色素和表面活性劑等物質(zhì)，這些物質(zhì)可作為生產(chǎn)藥品、食品、塑料或化妝品的原材料。2022年，費(fèi)斯托首次展示了名為“PhotoBionicCell”的生物反應(yīng)器。利用自己在氣動(dòng)、電氣自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化、數(shù)字化和人工智能等技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，費(fèi)斯托的生物反應(yīng)器擁有最佳的生長(zhǎng)條件，其中的藻類吸收的二氧化碳比陸地植物多一百倍。在2023年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，費(fèi)斯托展示了該系統(tǒng)的規(guī)模化以及工業(yè)化的初步階段。費(fèi)斯托表示，這是在通往拯救氣候的超級(jí)藻類工廠的道路上邁出的第一步。

自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商費(fèi)斯托展示了利用藻類來(lái)吸收二氧化碳的系統(tǒng)，及其規(guī)模化和工業(yè)化的初步進(jìn)展。費(fèi)斯托的仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)正在研究生物質(zhì)的自動(dòng)化培育。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

人工智能滲透工業(yè)領(lǐng)域

伴隨新一波AI的熱潮，漢諾威工博會(huì)也聚焦“生產(chǎn)中的AI”這一主題。從機(jī)器人技術(shù)到生產(chǎn)單元，AI和流程自動(dòng)化相互作用，在增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面表現(xiàn)不凡。除了優(yōu)化流程外，制造業(yè)在仿真、測(cè)試和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面越來(lái)越依賴AI。但目前而言，即插即用的AI應(yīng)用還很少見(jiàn)。除了數(shù)據(jù)采集和處理外，如何將AI模型集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中將是未來(lái)幾年行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。工博會(huì)平臺(tái)有助于AI開(kāi)發(fā)人員與用戶面對(duì)面交流，共同推進(jìn)“工業(yè)級(jí)AI”產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

在智能優(yōu)化生產(chǎn)流程方面，西門子公司以一個(gè)巧克力工廠模型為例，展示了如何將機(jī)器學(xué)習(xí)模型有效集成到生產(chǎn)流程中。在模型案例中，經(jīng)過(guò)大約72小時(shí)的數(shù)字孿生訓(xùn)練，AI制定了一個(gè)最佳的解決方案，使得所有巧克力棒都盡可能快地在前面的傳送帶上運(yùn)輸，并且僅在最后一個(gè)傳送帶上精確控制速度。弗勞恩霍夫4個(gè)研究所聯(lián)合展示了用人工智能優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃的例子。面對(duì)制造時(shí)間精確到分鐘，訂單網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的情況，人工管理已很難勝任，而AI可確保將不同訂單分配給最合適的生產(chǎn)機(jī)器，以實(shí)現(xiàn)最佳的利用率。

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究所（IDMT）在工博會(huì)上展示了一個(gè)基于AI的工業(yè)噪聲分析在整個(gè)生產(chǎn)鏈上應(yīng)用的案例。內(nèi)容包括過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品在線和終端質(zhì)量控制以及機(jī)器的預(yù)測(cè)性維護(hù)等。創(chuàng)新的測(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)每次插拔過(guò)程中產(chǎn)生的噪音來(lái)識(shí)別部件是否正確連接。給人的反饋可以是聽(tīng)覺(jué)的、視覺(jué)的或觸覺(jué)的，例如通過(guò)振動(dòng)。機(jī)器人則直接從傳感器系統(tǒng)獲取必要的信息。IDMT開(kāi)發(fā)的解決方案還包括用語(yǔ)音命令可靠地控制機(jī)器。即使在工廠車間嘈雜的環(huán)境中，語(yǔ)音識(shí)別也能正常工作。

在模擬仿真方面，領(lǐng)先的工程AI軟件公司MonolithAI展示了其機(jī)械工程仿真解決方案。它的AI方法比普通的數(shù)字模擬走得更遠(yuǎn)。每次模擬都可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)一個(gè)產(chǎn)品模型，從而為制造商提供更多分析數(shù)據(jù)。這意味著機(jī)械工程可節(jié)省大量測(cè)試。此外，AI還會(huì)根據(jù)真實(shí)的數(shù)據(jù)，為開(kāi)發(fā)者的產(chǎn)品提出建議。像ChatGPT或DALL-E這樣的系統(tǒng)已可支持當(dāng)今的文本生成、編程和設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間探索（DSE）中，工程師必須手動(dòng)掃描非常大的問(wèn)題空間來(lái)獲得設(shè)計(jì)解決方案。而在AI的幫助下，包括芯片設(shè)計(jì)在內(nèi)的復(fù)雜設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)l(fā)生重大的變化。可以預(yù)見(jiàn)，DSE將是未來(lái)人工智能項(xiàng)目的重點(diǎn)之一。

此外，參觀者還可在工博會(huì)中找到能激發(fā)靈感的AI工具和用例。例如，費(fèi)斯托在開(kāi)發(fā)生物反應(yīng)器時(shí)就利用AI和量子傳感器來(lái)檢查細(xì)胞的活力，以便在最佳時(shí)間開(kāi)始收獲產(chǎn)品，針對(duì)藻類培養(yǎng)物的繁殖進(jìn)行優(yōu)化，或者以最低的能耗維持特定的生長(zhǎng)參數(shù)。英特爾與合作伙伴則展示了基于AI的機(jī)器人如何確保裝配線上的質(zhì)量。西門子展示了在人工智能系統(tǒng)ChatGPT的協(xié)助下如何加速可編程邏輯控制器的代碼編程。弗勞恩霍夫智能分析和信息系統(tǒng)研究所則展示了針對(duì)AI程序的開(kāi)發(fā)測(cè)試工具和程序，從可靠性、公平性、穩(wěn)健性、透明度和數(shù)據(jù)保護(hù)方面檢查和評(píng)估AI應(yīng)用程序。

慧與科技公司（HPE）展示了以物聯(lián)網(wǎng)和人工智能支持為特征的制造業(yè)的未來(lái)。大型語(yǔ)言模型提供了一種新方法來(lái)應(yīng)對(duì)諸如質(zhì)量保證、維護(hù)和維修以及意外故障等挑戰(zhàn)。憑借快速分析大量?jī)?nèi)容的能力，大型語(yǔ)言模型同樣在改變工廠的運(yùn)營(yíng)。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

西門子能源魯爾河畔米爾海姆數(shù)字化工廠負(fù)責(zé)人馬丁·庫(kù)布施（MartinKubsch）向記者介紹如何通過(guò)能源管理來(lái)加速可再生能源應(yīng)用、提高能源效率、確保電網(wǎng)和供應(yīng)鏈的安全。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

制造業(yè)的數(shù)字化趨勢(shì)

自動(dòng)化之后是生產(chǎn)的數(shù)字化，目標(biāo)是生產(chǎn)效率、速度和質(zhì)量的提高，使企業(yè)在通向未來(lái)工業(yè)的道路上獲得更高競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)的生產(chǎn)是數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的。數(shù)字化工廠需要從產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造、質(zhì)量和內(nèi)部物流等與產(chǎn)品制造價(jià)值鏈相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)都基于數(shù)字化軟件和自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行支撐，例如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。通過(guò)監(jiān)控、跟蹤、記錄和控制整個(gè)生產(chǎn)周期來(lái)優(yōu)化制造流程，MES填補(bǔ)了生產(chǎn)計(jì)劃與底層工業(yè)控制之間的鴻溝，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)計(jì)劃、執(zhí)行、控制三層之間的信息流通。

在工博會(huì)上，參觀者可看到下一代MES產(chǎn)品，即面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)框架的制造運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)（MOM）。現(xiàn)代企業(yè)需要全球化的解決方案，以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈分段管理，適應(yīng)快速的市場(chǎng)變化，以及任意地點(diǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品。MOM強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)同步性，支持網(wǎng)絡(luò)化制造。現(xiàn)代企業(yè)的管理架構(gòu)在云/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、本地、邊緣或混合場(chǎng)景中得到靈活使用。用發(fā)展的眼光看，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型意味著要將產(chǎn)品生命周期管理、MOM和自動(dòng)化整合在一起。

至于已提出10多年的“工業(yè)4.0”，作為德國(guó)工業(yè)制造的傘形品牌概念，它將傳感器制造商、自動(dòng)化專家、機(jī)器人制造商、軟件制造商和用戶聚集在一起，成功激發(fā)了人們對(duì)自動(dòng)化的熱情，也對(duì)工業(yè)過(guò)程的數(shù)字化產(chǎn)生很大的影響。然而，迄今還是有很多企業(yè)沒(méi)有意愿或能力參與“工業(yè)4.0”的轉(zhuǎn)型。投資回報(bào)率（ROI）的不確定性是這些企業(yè)缺乏對(duì)數(shù)字化和自動(dòng)化承諾的決定性論據(jù)。

德國(guó)凱撒空氣壓縮機(jī)公司總經(jīng)理托馬斯·凱撒（ThomasKaeser）先生向記者解釋螺桿壓縮機(jī)的原理。凱撒公司為螺桿式空壓機(jī)研發(fā)了特殊的轉(zhuǎn)子型線，能實(shí)現(xiàn)15%的節(jié)能效果。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

另一方面，研究人員發(fā)現(xiàn)，來(lái)自亞洲的充滿活力的公司，正在企業(yè)的數(shù)字化領(lǐng)域投入巨資，并且已超越了許多西方競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。慕尼黑大學(xué)與合作伙伴一起對(duì)全球899家工業(yè)公司進(jìn)行了數(shù)字化程度調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有50%的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。最有效的是兩種技術(shù)是自主運(yùn)輸和AI。在德國(guó)、奧地利、瑞士、英國(guó)和美國(guó)的公司中，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中只有大約44%自動(dòng)化的。而在中國(guó)，這一比例已達(dá)到69%。

施耐德電氣的工程師向記者介紹驅(qū)動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全新ETAP生態(tài)系統(tǒng)。隨著IGE+XAO、ALPI、BIMElectric的加入，ETAP成為世界領(lǐng)先的基礎(chǔ)設(shè)施、建筑和工業(yè)電氣設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)數(shù)字孿生平臺(tái)。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

在工博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司德國(guó)分公司經(jīng)理?xiàng)铎痴f(shuō)：“我們這次重點(diǎn)展示了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心產(chǎn)品，包括搭載智能力控補(bǔ)償技術(shù)和離線編程技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人磨拋系統(tǒng)；廣泛應(yīng)用于新能源電池頭部企業(yè)的高精度移動(dòng)機(jī)器人；為工業(yè)領(lǐng)域智能、高效完成清潔作業(yè)量身打造的‘星衛(wèi)來(lái)’工業(yè)清潔機(jī)器人；讓質(zhì)量控制更加簡(jiǎn)單高效的多可協(xié)作機(jī)器人3D掃描檢測(cè)系統(tǒng)等。我們希望各國(guó)的參觀者能夠切身感受到新松在機(jī)器人領(lǐng)域的快速進(jìn)步。”

沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司德國(guó)分公司經(jīng)理?xiàng)铎诚蛴浾呓榻B新松擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心產(chǎn)品。科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者李山攝

楊斐希望未來(lái)能為德國(guó)客戶提供一整套的工業(yè)4.0解決方案。他強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“新松擁有完整的機(jī)器人產(chǎn)品線及工業(yè)4.0整體解決方案。我們的產(chǎn)品已累計(jì)出口全球40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，為4000余家國(guó)際企業(yè)提供產(chǎn)業(yè)升級(jí)服務(wù)。傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)變是大勢(shì)所趨。新松不斷攻關(guān)智能感知、自主決策等行業(yè)前沿、共性技術(shù)，將機(jī)器人與機(jī)器視覺(jué)融合、與更多的傳感器融合、與人工智能融合，使其成為智能制造的重要工具。

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