前 5 名清洁制造系统

随着 COVID-19 和锁定响应的控制似乎已经让位于，企业和社会的领导者正在谈论对新技术和基础设施的投资，以推动增长。当然，所有这些投资都需要原材料，而原材料本身就引发了有关新商品超级周期的讨论。

虽然大部分投资是由“绿色”经济和推动 ESG 合规的愿望驱动的，但具有讽刺意味的是，为了实现那些能源和商品密集度较低的流程，必须部署更多资源以设计和实施新的清洁制造系统。

然而，具有讽刺意味的是——也许让我们回到我们开始的地方——这些清洁制造系统最终减少了生产任何特定商品所需的能源和商品。通过减少碳排放、减少污染和消耗更少的资源，清洁制造系统不仅给制造商带来了好名声。他们提供的节省实际上可以提高生产力和竞争力，超出所需的投资，为宝贵的底线提供更多的填充。

考虑到这一点，您可以在配置未来投资和实现环境、社会和治理目标时考虑以下 5 种清洁制造系统。

“低能耗”加工

虽然我们经常将商品提取与最耗能的制造过程联系起来，但以某种方式监督这些系统的过程工程师实际上拥有“最清洁”的方法。

这怎么可能？嗯，大多数情况下，工艺工程师使用最可再生的资源——重力——通过加工点驱动和输送他们的资源并到达最终目的地。这种始终可用但始终未充分利用的能源方法本质上是降低制造过程的能源密集度并最终创建无限期（如果不是无限期）可持续制造生态系统的关键。

目前有多种低能耗工艺可供使用，这些工​​艺降低了加工基本商品和商品的总体温度和能源需求。这些过程中的大多数是由溶剂、高性能膜和催化剂驱动的，而不是高温加工、熔炼、浇铸或其他可以加速实现目标但实际上增加了比其他必要的总成本的方法。

与此同时，精炼核心制造商品（钢、铁、铝）的新用途和新方法可以减少许多系统中的隐含能源。与此同时，对许多能源密集型过程（因为它们与热量有关）进行非概括化，并增加金属或具有高隐含能量的物品（如钢和铝）的保护和使用寿命是必不可少的。在这里，新工艺也很重要，包括热喷涂等做法，这种做法依赖于喷涂熔化的保护涂层，然后在一件设备上干燥，而不是先涂上一层涂层，然后再加热整个零件。

这种方法还减少了材料限制并提高了效率。同时，能量回收 来自能源密集型流程的能源可用于降低任何给定流程的净能源密集度，包括热电联产等解决方案，可将不同流程产生的热量和废气通过紧凑的锅炉-涡轮方法转化为可用电力。

有进一步迹象表明，正确的税收激励措施实际上可以使更多的采掘业产生负碳，而规模更小、效率更高、重量更轻的可再生能源也有望增强远程初级产品加工商的能源回收能力和本地发电需求。总而言之，这些净能源密集度较低的加工机制有望大幅减少因生产我们所需的原材料而对环境造成的影响，但供应链的其余部分呢？

点对点容量

制造商使用的机械和设备通常经久耐用，减少了对环境的净影响。然而，未使用的机器可以等同于大量的隐含能量——创造它所需的能量和资源。当涉及到未使用容量的环境影响时，这会带来一个问题，这会在设备的整个生命周期内产生大量浪费。如果新的和更高效的机器上线，可能会使旧机器过时，这种浪费可能会更糟。

为了消除未使用的产能挑战——这会带来环境和经济成本——灵活的系统和具有适当可见度的工厂组织新模式可以让制造商确保他们正在优化他们的资源。这些方法还可以使实际“出租”未使用的容量变得容易，不仅可以收回资金，还可以“节省”少量机会成本。

这些系统能在多大程度上产生影响？ 2011 年的一项估计表明，未使用的产能对制造公司造成的直接成本为净销售额的 4.8%，即每年 1420 亿美元——相当于研发支出总额的 60% 以上 .这实际上可能更高，因为美联储的数据显示，总工业产能已降至平均 75% 以上，而在 1960 年代末该措施首次出台时，该利用率接近 90%。

虽然供应链中出现一些松弛从来都不是一件坏事，但相当于总产能的四分之一未使用是大量浪费的来源——以及不必要的环境成本。

作为回应，不同类型的企业已经参与了点对点交换系统，允许企业通过出租未使用的机器来赚钱，同时显然，使需要机器的企业能够使用它而无需重复资本投资。虽然这在经济上是合乎逻辑的，但它也具有显着的环境优势。

碰巧，这可能是“旧的又新”的情况。 机械加工 是一家致力于共享农林业设备的德国组织，自 1958 年以来，它已帮助数十万农民降低资本成本并提高利用率。虽然像 CNC 或喷漆房这样的固定机器可能不那么容易租用，但通过灵活的制造系统（例如容器化和缓冲存储）来照顾自己工厂运营的敏感性，也许可以为您提供客户在制造时所看重的保密性最大限度地发挥您在现场的能力。

污染物捕获和封存

洁净制造的顶点或许是“洁净室”。洁净室是高度受控的制造区域，旨在消除直径 0.5 微米或更大的空气颗粒的浪费、污染和环境暴露。

洁净室主要依靠高效的 HEPA 和 HVAC 系统来管理空气质量和过滤空气中的颗粒，其中包括油漆、涂层和化学敏感工艺，如半导体或太阳能电池板制造。由于人员进入洁净室也会产生污染物并增加设备和空气质量管理方面的成本，因此这些设施首选机器人和低维护系统。

我们稍后会谈到机器人，但是闭环制造环境的想法——例如一个允许回收和重复使用多余涂层的清洁粉末喷涂室——是可以扩大和适应的概念，以改进从气候和当地环境的角度来看，能源生产并减少更危险污染物的排放。

无论污染物是如何被捕获和管理的，它们最终都会通过三种选择过程进行隔离：燃烧、转化或收集（通常通过过滤器）。在初级过程中，为溶剂的分离或蒸馏提供动力的热泵系统也可用于通过机械或热蒸汽再压缩来回收能量。

除非可以完全控制制造过程，否则总会有某种环境影响。这些并不总是有害的，但当然有机会回收本来会被浪费的能量或材料，不应该错过！

集成数据系统

多年来，工业 4.0 一直是清洁制造领域值得关注的一个术语，这不仅是因为效率优势，还因为智能工业系统可以更充分地与环境需求共存。

正确的数据管理和可见性是改善制造过程对环境影响的首要手段之一，主要是通过它们提供的优化程度。优化的生产方法主要侧重于提高输出质量和减少生产步骤——使用物联网或其他传感机制的对象管理和数字孪生技术，以及适用的增强自动化和 3D 打印，可以减少“操纵”的总需求零件到成品的过程。

远程管理系统和过程单元可能是工业 4.0 实践可以降低环境成本的最合适的实例之一。为什么会这样？一项研究表明，制造业中只有 13% 的能源消耗用于生产过程和机器。与制造相关的大部分成本都来自于管理材料流、加热、冷却、润滑等辅助过程，以及加热和冷却环境，并确保人类工作的合理安全。

通过减少生产线上的直接人员足迹，对舒适和住宿的需求大大减少，并且可以在间歇（或远程）人工参与的情况下围绕机器需求进行设计。这可以显着减少对环境的影响，但也有助于降低健康和安全等方面的辅助劳动力成本，最终为员工提供更多的价值份额，同时通过自动化方面的明智选择可能实现大规模的生产力提高。

自主技能机器人

自主机器人不仅仅是在机器周围移动或照料机器——它们实际上可以使用专业知识、机器人可靠性和基于人工智能的连贯任务规划来执行熟练的任务，以实现比以往更高质量的输出。

基本前提是，如果机器人能够在其环境中感知和制定计划，它们就可以按照制造商定义的目标并利用其能力——无论是作为手臂、在笛卡尔平面上还是任何末端的组合。需要执行器和机器人系统——然后利用机器人众所周知的一致性和可靠性来最大限度地提高您的流程效率，无论您需要什么部件或流程行为。

由于 3D 视觉、传感器融合和基于人工智能的任务规划的各种进步，这些类型的智能系统终于成为可能。在这种技术环境中，最终有可能通过对相同的旧工作流程的不满以及在 COVID-19 之后出现的婴儿潮一代退休加速来缓解最熟练工人之间的短缺。

机器人的效率、适应性和环境效益可以快速增加。自主机器人的总体质量改进有时可以将返工减少到有效的零，而现有系统的速度和吞吐量可以在超过零件需要时匹配。与此同时，在总产量保持不变的情况下，材料、能源和消耗品的节省可以达到 30-40%——这对制造商来说是真正的游戏改变，当然对环境也是如此。

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