西门子的数字化减碳方法论

对制造业而言，数字化转型和减碳有协同效应

图源：西门子

文 |韩舒淋

编辑 | 谢丽容

减碳，正在成为工业制造业企业面临的新考验。

这是企业竞争理念变革带来的新命题，比如，ESG理念逐渐深入人心，以及全球绿色转型的大趋势。头部企业越来越多地将减碳作为公司长远发展的重要目标，也间接推动了其上下游价值链的共同减碳。

更现实的约束还在于，碳壁垒越来越成为国际贸易中难以忽视的新挑战。欧洲碳边境调节机制（CBAM）的制定过程引发了广泛关注，尽管其实际影响的贸易品种并不多（钢铁、水泥等六类高碳产品），但标杆意义明显。而欧洲循环经济行动计划（CEAP）、电池法案等规则，对更广泛的产品提出了碳约束。

这些新变化，正在要求更多的制造业企业，尤其涉及出口和外企供应链企业，要能算清自己的“碳账本”，并在此基础上规划减碳的路线图。

不过这一新挑战并不完全等同于增加制造业企业成本。相比减碳的大头——能源系统所面临的安全、经济和绿色的复杂矛盾，对许多制造业企业而言，算清“碳账”的过程，往往也是精益管理、应用数字化工具的过程。减碳往往与减少能耗、提高效率密不可分。换言之，减碳的投入，与企业数字化转型、降本增效有协同效应。

百年工业巨头西门子以德国工业4.0的代表企业而闻名，这家巨头既生产以PLC为代表的工业自动化硬件，也是全球最大的工业软件公司。通过OT（运营技术）和IT（信息技术）的融合，西门子产线、生产的数字孪生理念影响深远，可以在投资产线之前实现虚拟仿真、预测和优化，在投产之后借助物理世界的传感器数据反馈到虚拟世界分析优化，实现闭环反馈。

西门子数字孪生示意图 来源：西门子

西门子公司在《巴黎协定》之前就制定了2030年实现自身运营业务碳中和的目标，是工业企业中较早设定碳中和目标的企业。如今，西门子正在将其数字化能力拓展到减碳领域。其数字化技术能够帮助企业、产线了解生产、运营的数据，再借助碳盘查、减碳的知识，将数字孪生能力逐步扩展到碳孪生。一方面实现了自身的减碳，同时对供应商提出要求，帮助下游客户减碳。

2021年，西门子在中国推出零碳先锋计划，在中国打造端到端的零碳产业链。《财经十一人》近日走访西门子及其供应链、客户工厂发现，其数字技术，正在帮助上下游减少各环节的碳排放。

原生数字工厂的减碳解法

2022年6月投产的西门子数控南京有限公司（SNC）新工厂，是西门子全球首座原生数字化工厂，这家工厂主要生产数控系统、通用变频器和伺服电机。

所谓“原生数字化工厂“，指的是在工厂开工之前，西门子就建立了工厂完整的数字孪生模型，在虚拟世界中完成了产线、仓储、厂内物流的规划和仿真优化，在工厂建设之前就尽量避免运营中可能出现的问题，与传统工厂相比，规划到运营的时间缩短了将近三分之一。

西门子南京工厂是西门子全球首座原生数字化工厂 来源：西门子

良好的数字化基础，是算清“碳账本”、完成碳盘查的必要条件。要减碳，首先要知道排了多少碳，这离不开数字化工具的应用。

西门子（中国）公司执行副总裁、西门子大中华区数字工业集团王海滨的观点是，减碳需要数字化技术来赋能才更容易实现，要减碳首先要搞清楚碳排放的状态、透明度，然后再去制定减碳路线图，数字化起着至关重要的驱动作用。

具体到南京工厂，西门子数控（南京）有限公司总经理周郁荣介绍，西门子利用能源管理系统Smart ECX去实时监控整个工厂的能耗，找到能耗大的地方，采取针对性措施去减碳。

南京工厂还生产了其第一台零碳产品：西门子SIMOTICS永磁同步电机，这一电机在2022年11月获得了第三方认证机构TUV南德颁发的“碳中和达成核查声明”。帮助单个产品实现碳中和的背后，是西门子推出的碳足迹可信精算与追溯解决方案SiGREEN。

借助这些工具，西门子南京工厂算出了自身的“碳账”。西门子数控（南京）公司可持续发展官杨友财对《财经十一人》介绍，通过SiGREEN，可以计算出产品的碳足迹（PCF，产品碳）和企业的碳足迹（CCF，组织碳）。2022年，南京工厂范围一、范围二的碳排放是1.5万吨左右，其中范围一只占2%到3%，排放主要是范围二的电力消耗带来的间接排放。

杨有财介绍，SiGREEN实时获取设备端电表的数据，同时通过能源管理系统Smart ECX可以实时看到整个工厂的用电情况，进而可以分析出具体某个设备、产线、车间的能耗情况，如此精准的数据，为其改进方案打好了基础。

获取数据是减碳的基础，在常熟高新区MOBO创新产业园，西门子为其交付了低碳智慧园区管理平台，园区中部署了700多个检测仪表，分为三级计量，分别到楼栋、楼层和具体小的负载，把所有负载接入平台，实现了毛细血管级的监控。

算清“碳帐”之后，对南京工厂而言，其改进既有工艺上的，也有能源上的。

工艺方面，譬如在电机的生产工艺上，从浸漆改为滴漆，减少了生产实践；在PCB（印刷电路板）产线中用湿膜法减少蒸汽的使用。这些都提高了效率，也进而减少了能耗和碳排放。

能源供应方面，南京工厂目前已经铺设了部分分布式光伏，提供了10%的厂用电，未来会继续新增扩大至20%，同时在考虑引入氢能等其他绿色能源。

从数字孪生到碳孪生

SiGREEN是西门子开发的碳足迹可信精算与追溯解决方案，也是西门子开展碳盘查、减碳咨询的基础工具。

西门子（中国）副总裁兼首席网络与信息安全官胡建钧对《财经十一人》表示，SiGREEN集成了西门子看家的数字孪生技术、能源管理、边缘计算以及底层区块链可信技术，它能将整个产线从数字孪生发展到碳孪生，从产品到生产的全生命周期数字化管理延伸到产品从设计到生产、使用的碳管理。

对于一家工厂，如果它已经实现了数字化，可以实时或准实时的采集产线上的信息，上游供应链的相关信息也可以直接从MES（制造执行系统）读取，或者具备碳足迹信息，可以比较方便的根据ISO14067的标准计算碳相关的数据。

而许多企业、尤其是供应链上的中小企业数字化水平参差不齐，但也可以迈出估算的第一步。胡建钧介绍，SiGREEN目前已经集成了大部分行业的碳排放因子库，结合实际产线的数据进行分析和调优，可以按照行业平均数据来估算。

SiGREEN还提供了一套自评估流程，企业可以自己提交产品的原材料构成、场内运输方式、用能方式等基础信息，借助行业数据和碳排放因子库，企业可以估算一个产品的碳足迹。尽管这一数据并不精确，但可以让有需要的企业迈出了解自身碳足迹的第一步，对碳家底有初步意识。有了一个基准之后，就可以向更精确的数据搜集和找到减碳方向去努力。

胡建钧介绍，目前，对于精确的碳足迹计算，西门子主要关注汽车、电池、化工等领域的头部企业的需求。这类企业既面临更紧迫的减碳约束，同时作为链主企业，能够带动行业减碳。

西门子还和如TUV南德这样的第三方认证机构达成合作，对于能够提供可信精确数据的用户，对其碳足迹结果进行基于线上的第三方核查认证。胡建钧介绍，西门子依托SiGREEN与TÜV南德合作，推出企业出海绿色低碳服务，帮助出口企业满足海外市场对出口产品碳足迹披露的要求，企业构建绿色低碳的竞争力。

碳孪生的基础是数字孪生，而更好的数字化程度，往往在帮助企业算清碳数据的同时，也能找到降本增效的方向。

昆山大同齿轮是西门子南京工厂电机轴的供应商，供应了南京工厂约50%的电机轴，是南京工厂最大的机加工件供应商。电机轴是电机产品中碳排主要来源的零部件。因此，南京工厂要生产碳中和的电机，离不开一个碳中和的电机轴产品。2020年，西门子开始与大同齿轮合作建设智慧工厂，并进行碳排放信息统计、部署SiGREEN。

大同齿轮总经理许正忠介绍，通过碳排放统计，发现工厂耗电量最大的是空调和空压机，碳排放的数据透明了，可以看到用电量，哪些设备用了多少电，再着手改善就很快了。之前买空调更考虑性价比，现在第一考虑的是碳排放，用数字做决策是很明确的，考虑寿命、用电量、节能和便捷，碳排放的数据帮助工厂做了很多有效决策。

许正忠告诉我们，最初导入SiGREEN时，预想的是计算工厂重点管理设备的碳排放，但小型设备是否需要统计并不确定，但一些小型设备的能源使用数字统计出来也很惊人，比如一个风扇一天，哪怕只有一个工人也要用20度电，有了准确的数据佐证，才可以加快决策速度。作为管理者，看得到数据，是重要的决策依据，就会继续投入。

对于数字化技术的使用，周郁荣特别强调，许多企业存在误区，认为数字化能解决所有问题，但以他做工厂20多年的理念，始终要把精益放在数字化前面，企业需要先做自身的流程梳理、减少浪费，关注传统的经营理论在企业管理的实践，在这个基础上做数字化。

在南京工厂，周郁荣表示，数字模拟技术能够帮助工厂践行精益的“一开始就正确”的要求，实际上就对碳排放范围二带来很大贡献。

事实上，减碳和数字化转型的共通之处还体现在二者都离不开管理变革。数字化转型是“一把手”工程，减碳同样不仅仅是某个部门的专责。

赛迪研究院与西门子（中国）联合发布的《企业出海白皮书》中指出，将碳管理融入企业经营管理的各个环节是实现可持续发展和有效应对碳风险的重要策略之一。目前很多企业仍存在着部门没有明确划分职责、战略规划不明确，各业务部门合作不流畅等问题，例如，根据范围一、范围二、范围三排放的来源差异，涉及碳排放的生产经营活动数据多归于企业不同部门管理，如电费、外购能源电力使用情况多由财务、能源管理等多个部门负责，原材料、固定资产采购则多由采购、行政等部门负责。在碳信息采集和统计的过程中，企业需要协调各个业务部门相互配合和联动，将碳排放数据的收集和管理与企业碳管理目标相结合。建立有效的运作和部门协作机制需要自上而下的企业治理，从企业管理层或集团层面推动管理体系的落地，并以此为抓手协同推动具体目标和行动的落实。

从自身减碳到上下游减碳

西门子的减碳目标除了自身运营在2030年达到碳中和，还希望到2030供应链减碳20%，到2050年实现全范围碳中和。

对像前述大同齿轮这样的重点供应商，减碳的要求已经开始提上日程。西门子全球有16万家供应商，在中国近7000家供应商，减碳要求并不能一刀切。

2021年，西门子在中国启动零碳先锋计划，提出了帮助500家供应商减碳的目标。西门子供应链亚太区可持续发展经理吉海娇表示，这500家供应商的碳排放，占到了供应链碳排放的80%，是重中之重的核心供应商群体。

找到这500家排放量占大头的供应商，本身就不容易。

吉海娇介绍，要达到2030年供应链减碳20%的目标，首先要有碳排放透明度，否则难以给供应商设定具体目标。2019到2020年，西门子对全球1万多家供应商进行摸底调研，2021财年，西门子推出了碳排放在线评估数字化工具（CWA），到2022财年都是摸底透明度阶段。

西门子产品线非常丰富，也意味着供应商背景、行业构成极其相当复杂，很难让所有供应商共享同一个目标，所以一定是从自下而上的试点开始，摸清供应商的碳排放透明度，再制定适合不同行业供应商的细分目标。目前，中国地区有超过900家供应商完成了评估，意味着供应链有60%的碳排放透明度。

西门子中国供应链成本价值工程团队负责人兼供应链物料釆购经理王晓文解释道，原材料占成本10%的供应商和原材料占成本90%的供应商，二者减碳潜力显然是不一样的，因此需要通过摸底碳透明度来建立不同维度的目标。

与减碳相关的可持续指标，也开始纳入西门子的采购体系。王晓文介绍，西门子供应链体系过去一直是考核四大维度：技术、质量、物流、价格。从2022财年开始，正式将可持续纳入重点项目纳入采购决策中，其中就包括降碳的表现，这对供应商是很大的挑战。

许正忠的观点是，欧洲的客户几乎每一家都想供应商减碳，自己以前想做，但不知道怎么做。西门子提供了获取数据的方法，找到了碳排放的大头，而具体怎么解决，也要靠自己。比如发现厂房空调耗电量大，而且降温效果不佳，通过调整节能风扇的高度结合新风系统，不再在厂房使用空调，反而达到了更好的体感温度，这是整个工厂能耗改善很重要的一方面。

吉海娇认为，对于供应商西门子有三方面责任，一是提出明确期待和要求，二是传递可持续发展理念和专业知识，三是提高供应商碳减排透明度。而具体供应商采取什么措施减碳，是供应商的决定。

除了上游的供应商，下游西门子自动化和数字产品的客户，也在借助这些服务实现减碳。

西门子是太古可口可乐的数字化战略合作伙伴，从2021年3月开始达成数字化战略合作。太古可口可乐是可口可乐的瓶装商，在江苏、浙江、广东、上海、台湾、海南等中国南部省份特许销售可口可乐的各类产品。通过合作，西门子为太古可口可乐打造了制造信息系统，已经应用到包括其杭州工厂在内的18家工厂。

太谷可口可乐（中国）杭州工厂 来源：太谷可口可乐

太古可口可乐（中国）有限公司技术总监骆超表示，通过西门子的数字化工具，帮助产线发现绩效改善的空间。2022年相比2020年，39条生产线的效率提高了4.16%，意味着节约出1.6条生产线，1条产线价值1亿，需要6个人运作，一年需要500万到800万度电，这是直接创造的价值。过去两年，全系统能耗降低了8%，汽水饮料有19家工厂，一年用电3.5亿度，这意味着节约了将近3000万度电。

更具体的，高压机占工厂用电的15%，公司有4个全球品牌的高压机，有数百台，而通过数据洞察，发现不同品牌单位产汽量的能耗差距高达30%，通过横向对比，未来就直接选最优的机器。

“不去应用数字化是不会创造价值的。”骆超强调。