裝備制造業(yè)綠色低碳數(shù)字化管理平臺規(guī)劃與實施

當(dāng)前，應(yīng)對全球氣候變化，推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生已為世界

各國所廣泛關(guān)注。我國于2020年提出了2030年和2060年前分別實現(xiàn)碳達(dá)峰、

碳中和的目標(biāo)，并將綠色低碳循環(huán)發(fā)展作為國家戰(zhàn)略，將〃雙碳〃達(dá)標(biāo)納入生態(tài)

文明建設(shè)整體布局，連續(xù)出臺了多項政策措施積極推進(jìn)落實。裝備制造業(yè)是我國

國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性及戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品是否先進(jìn)、高效、節(jié)能和環(huán)保，直

接影響著裝備制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與能源消耗和污染物的排放，是各行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能

減排目標(biāo)的重要保障。本文基于云平臺資源、工期口業(yè)務(wù)架構(gòu)方法，設(shè)計開發(fā)了

集數(shù)據(jù)采集管理、資源對接服務(wù)、云集成應(yīng)用為一體的裝備制造業(yè)綠色低碳數(shù)字

化管理平臺，并進(jìn)行了典型實施和應(yīng)用，有效驗證數(shù)字化管理平臺的實用性和可

復(fù)制推廣性,為構(gòu)建裝備制造業(yè)數(shù)字化、智能化綠色制造服務(wù)領(lǐng)域的‘新基建〃設(shè)

施提供技術(shù)和工具化支撐。

1管理需求

1.1現(xiàn)狀與問題

針對冶金裝備、核電裝備、船舶、軍事裝備、礦采裝備、汽車、工程機(jī)械等

重點(diǎn)裝備制造行業(yè)，傳統(tǒng)的綠色低碳解決方案,通常是基于消耗和排放治理角度

進(jìn)行單元技術(shù)攻關(guān)，最終形成獨(dú)立的綠色設(shè)計、綠色制造和"三廢〃處理設(shè)備與系

統(tǒng)，從而進(jìn)行綠色化管理。目前，裝備制造業(yè)普遍存在以下制約綠色發(fā)展的共

性問題：

(1)綠色設(shè)計與制造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，資源分散無序，對行業(yè)綠色設(shè)計與制

造支撐能力弱，難與產(chǎn)品創(chuàng)新平臺集成；

(2)傳統(tǒng)"末端治理”的方法無法從根本上解決制造業(yè)及其產(chǎn)品產(chǎn)生的環(huán)境

污染，而且投資大、運(yùn)行成本高、消耗大量資源和能源；

(3)裝備制造與再制造性能評價技術(shù)水平落后，行業(yè)綠色設(shè)計服務(wù)能力亟

待完善；

(4)裝備缺少全生命周期管理與評價體系,產(chǎn)品數(shù)據(jù)可追溯性不強(qiáng)；

(5)綠色裝備設(shè)計、制造與服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)缺失。因此，要消除或減少裝備制

造業(yè)生產(chǎn)環(huán)境污染，根本出路在于實施綠色制造戰(zhàn)略，優(yōu)化節(jié)能環(huán)保以及提高人

材機(jī)效率，精細(xì)化原材料、能源、勞動力、綠色工藝及綠色生產(chǎn)過程、設(shè)備回收

再制造過程管理，開展綠色數(shù)字化管理勢在必行。

1.2數(shù)字化工具需求研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)前裝備制造業(yè)園區(qū)、企業(yè)、產(chǎn)品3個層面,

存在碳排放信息采集標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，質(zhì)量的可信性、實時性不足等問題，因此需要

統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)字化管理工具，支持園區(qū)、企業(yè)、產(chǎn)品層級碳排放核查、碳足跡核

算相關(guān)各類用能、排放等數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計的集成，主要有：

(1)指定時間段的碳排放核算報告生成，從而幫助企業(yè)動態(tài)的看清自身碳

排放量、各個排放源的比重以及碳排放強(qiáng)度在同行中的水平；

(2)節(jié)能減碳方案制定。面向企業(yè)生產(chǎn)工藝節(jié)能提升，對高耗能設(shè)備進(jìn)行

節(jié)能診斷改造等需求，為企業(yè)制定節(jié)能減碳的方案；

(3)針對基礎(chǔ)電力消耗，提供智能用電異常識別、分析與優(yōu)化功能，根

據(jù)歷史用能情況、場地條件等信息，面向多種能源場景提供的最優(yōu)化綜合能源

管理0員務(wù)；

(4)綜合分析服務(wù)，為企業(yè)碳綜合規(guī)劃，碳減排、碳消除、碳抵消等實

現(xiàn)碳中和的路徑方案制定等提供支撐。

1.3平臺化需求

傳統(tǒng)的單元技術(shù)和系統(tǒng)，存在信息孤島問題，缺乏統(tǒng)一的調(diào)度和管理，難以

形成最有效的綠色低碳效益，通過將所有綠色低碳技術(shù)、裝備與系統(tǒng)納入統(tǒng)一

的管理體系,形成平臺化優(yōu)勢：

(1)按需自助服務(wù)，多種減碳方案可配置；

(2)廣泛終端集成，通過統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)集中控制管理；

(3)資源池，支撐優(yōu)化決策；

(4)快速彈性，可實時動態(tài)調(diào)整管理；

(5)實例學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)積累實現(xiàn)方案優(yōu)化。因此，以碳排放數(shù)據(jù)管理、碳排

放核查、綠色低碳評價及認(rèn)證為核心，建成集綠色低碳知識資源、核心工具、企

業(yè)在線服務(wù)為一體，涵蓋低碳資源服務(wù)、低碳檢測認(rèn)證在線業(yè)務(wù)服務(wù)、碳排放在

線監(jiān)測服務(wù)、行業(yè)統(tǒng)計服務(wù)體系的碳中和全流程服務(wù)管理平臺，是裝備制造業(yè)綠

色低碳數(shù)字化管理的必然選擇。

2平臺設(shè)計

2.1平臺架構(gòu)

裝備制造業(yè)綠色低碳數(shù)字化管理核心平臺聚焦資源、工具和業(yè)務(wù)三方面，

如圖1所示。平臺基于微服務(wù)架構(gòu)，采用SPringCloud+Springboot主流技

術(shù)框架，形成支持靈活擴(kuò)展、開放的統(tǒng)一云服務(wù)平臺，總休架構(gòu)分為業(yè)務(wù)員層、

工具層、資源層。

業(yè)務(wù)層：平臺業(yè)務(wù)層采用前后端分離的方式構(gòu)建系列基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括在

線能效監(jiān)測、碳排放監(jiān)測服務(wù)，綠色設(shè)計知識資源服務(wù)(知識搜索、知識推送、

知識挖掘、數(shù)據(jù)采集及融合展示)，模塊化設(shè)計、輕量化設(shè)計、綠色工藝規(guī)劃、

如圖2所示，平臺以提供綠色低碳信息服務(wù)為切入點(diǎn)，以UGC（User

GeneratedContent用戶產(chǎn)生內(nèi)容耳口PGQProfessionaGeneratedContent

專業(yè)產(chǎn)生內(nèi)容）相結(jié)合的模式共享、共建行業(yè)綠色低碳基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源中心。

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圖2綠色低碳數(shù)據(jù)資源中心

數(shù)據(jù)資源中心包括以下幾方面內(nèi)容：

（1）碳核查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫存儲管理企業(yè)碳排放核算各類溫室氣體CO2排

放當(dāng)量數(shù)據(jù)、常用化石燃料相關(guān)參數(shù)推薦值（低位發(fā)熱量、單位熱值含碳量、

燃料碳氧化率、排放因子），以及各類工業(yè)企業(yè)碳排放核查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（2）企

業(yè)碳排放數(shù)據(jù)庫存儲管理工業(yè)企業(yè)碳排放核查過程所有相關(guān)數(shù)據(jù)：企業(yè)基本信

息、核查范圍信息、涉及的各類排放源數(shù)據(jù)（各類化石燃料燃燒排放、生產(chǎn)過程

排放、凈購入使用電力/熱力產(chǎn)生的排放數(shù)據(jù)等以及相關(guān)佐證資料）。

（3）產(chǎn)品碳排放數(shù)據(jù)庫圍繞裝備制造原材料、產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、包

裝、使用、維護(hù)、回收、再資源化、廢棄處理等全生命周期主要流程，涉及全生

命周期過程的能源、資源使用及排放等資源、環(huán)境屬性清單，存儲管理產(chǎn)品全生

命周期過程各階段碳排放相關(guān)流程以及流程數(shù)據(jù)。

(4)工藝(流程)碳排放數(shù)據(jù)庫面向工藝層面，存儲管理企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)加

工制造等各階段涉及的具體工藝(流程)碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)。

(5)行業(yè)碳排放基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫在企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品碳排放數(shù)據(jù)庫、工

藝碳排放數(shù)據(jù)庫建設(shè)基礎(chǔ)上，面向行業(yè)統(tǒng)計服務(wù)，從產(chǎn)品、區(qū)域、行業(yè)等維度

沉淀數(shù)據(jù)，構(gòu)建產(chǎn)品、工藝、企業(yè)3個行業(yè)基準(zhǔn)碳排放數(shù)據(jù)庫。

2.3綠色低碳工具集成

(1贖排放數(shù)據(jù)采集工具針對企業(yè)數(shù)字化程度以及碳排放信息質(zhì)量可信性、

實時性差異，設(shè)計開發(fā)碳排放監(jiān)測集成系統(tǒng)，支持手動錄入、業(yè)務(wù)系統(tǒng)直采以及

AIoT直采等多種數(shù)據(jù)采集方式，以及不同采集方式的組合。

(2)低碳檢測與診斷服務(wù)工具如圖3所示，在建立面向行業(yè)的綠色低碳資

源庫的基礎(chǔ)上，圍繞企業(yè)、園區(qū)、產(chǎn)品三個領(lǐng)域，基于碳排放核查數(shù)據(jù)及綠色低

碳評價方法,設(shè)計碳排放核查、碳排放自我申明、綠色低碳認(rèn)證系統(tǒng),提供碳排

放管理體系認(rèn)證、溫室氣體核查、碳足跡核查、綠色制造評價、能源審計等評價

認(rèn)證在線服務(wù)，開發(fā)行業(yè)面向全生命周期的綠色低碳檢測評價分析工具。

低碳檢測認(rèn)證在線業(yè)務(wù)服務(wù)

低碳企業(yè)認(rèn)iiE低碳產(chǎn)品認(rèn)油低碳㈤區(qū)認(rèn)證

企業(yè)碳排企業(yè)碳排產(chǎn)槁碳足產(chǎn)品碳足跡園區(qū)碳排放

放自我聲明放核杳跡核算自我聲明核查

圖3低碳檢測服務(wù)

(3)綠色低碳評價工具結(jié)合物耗、能耗和排放對環(huán)境的影響，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)

計、工藝、制造、使用、維護(hù)、回收、再資源化、廢棄處理全生命周期的主要流

程和全過程相關(guān)的能源、資源使用及廢棄物排放的清單，確定最佳的產(chǎn)品全生命

周期評估的目標(biāo)和邊界，基于產(chǎn)品全生命周期環(huán)境影響評價指標(biāo)體系和評價方法，

建立面向行業(yè)的LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析工具，并開展在線綠色低碳評價服務(wù)。

綠色評價服務(wù)包括申請、填報、自評價、生命周期評價、結(jié)論編寫和形成報告，

如圖4所示。

評價申請生命周期評價

°

基本信息填報評價結(jié)論編寫

°

對標(biāo)自評價生產(chǎn)報告

圖4綠色評價服務(wù)流程

3數(shù)字化管理平臺業(yè)務(wù)開發(fā)

本文基于PaaS.SaaS等云計算新型服務(wù)架構(gòu)以及Web2.0、UGC和PGC

等新思想，采用模型驅(qū)動方法、平臺支撐的架構(gòu)，構(gòu)造可配置、可擴(kuò)展的云服

務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)，建成支持創(chuàng)新服務(wù)理念、動態(tài)服務(wù)流程構(gòu)造與執(zhí)行的裝備制造

行業(yè)綠色低碳數(shù)字化管理平臺。

3.1資源基礎(chǔ)管理

平臺采用NodeJS、VUE、MaterialStyle等多種技術(shù)，進(jìn)行響應(yīng)式WEB

設(shè)計開發(fā)，提供從WEB應(yīng)用到APP的全方位支持。圍繞平臺建立的資源庫，

開發(fā)相應(yīng)的資源基礎(chǔ)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)主要功能如下。

(1)資源管理資源管理系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)更新、插入、修改、刪除、

信息檢索、查詢、多格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計報表等。

(2)智能檢索分析提供統(tǒng)一的平臺公共資源跨主題、跨庫綠色低碳資源檢

索、個人訂閱主題知識推送、知識挖掘、數(shù)據(jù)融合展示等功能。資源檢索在檢

索模式、檢索功能和分析功能的設(shè)計上，應(yīng)滿足不同使用層面的用戶需求，具體

技術(shù)要求如下：①簡單檢索，針對平臺各類資源提供知識資源信息中進(jìn)行與關(guān)

鍵詞匹配的簡單檢索。②高級檢索，以表格形式提供各類主題資源個性化檢索

字段,通過在相應(yīng)表格中輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行條件檢索。3.2資源服務(wù)系統(tǒng)

資源服務(wù)包括標(biāo)準(zhǔn)信息服務(wù)、減碳解決方案服務(wù)和行業(yè)信息服務(wù)等。

(1)低碳標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)提供行業(yè)綠色低碳用關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢索、查詢與下載,

并支持企業(yè)在線管理企業(yè)自有標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)協(xié)會等發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)信息。如圖5所示。

(2減碳解決方案服務(wù)平臺提供發(fā)布功能支持認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)、行業(yè)企業(yè)、

科研院所等發(fā)布減碳解決方案，實現(xiàn)需求對接。

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圖5綠色標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)

(3)行業(yè)信息服務(wù)面向汽車、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)、通用機(jī)械等典型行業(yè),

基于積累的資源數(shù)據(jù)，建設(shè)大數(shù)據(jù)綜合分析統(tǒng)計系統(tǒng)。在行業(yè)層面，提供行業(yè)企

業(yè)碳管理數(shù)據(jù)全覽，包含年度排放總量，分地區(qū)、分范圍排放統(tǒng)計,各維度排名。

在企業(yè)層面，支持企業(yè)管理者通過碳排查數(shù)據(jù)，與業(yè)務(wù)、財務(wù)數(shù)據(jù)交叉印證，

精準(zhǔn)管理企業(yè)能耗及排放，實時監(jiān)測行為數(shù)據(jù)。

3.3典型應(yīng)用業(yè)務(wù)開發(fā)

針對裝備制造行業(yè)綠色設(shè)計知識資源服務(wù)、模塊化設(shè)計、輕量化設(shè)計、綠色

工藝規(guī)劃、綠色設(shè)計評價服務(wù)等領(lǐng)域，綠色低碳數(shù)字化管理平臺開發(fā)了以下應(yīng)用

業(yè)務(wù)：

(1)綠色評價服務(wù)如圖6所示，按照評價流程開展在線綠色評價服務(wù)，幫

助企業(yè)統(tǒng)籌評估產(chǎn)品資源能源消耗、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)效率提高、社會經(jīng)濟(jì)

可持續(xù)發(fā)展等屬性，最終獲得產(chǎn)品綠色性評價結(jié)論。

產(chǎn)品緣色部扮申請

2

在評產(chǎn)品信UB

圖6綠色評價服務(wù)

(2)綠色APP服務(wù)如圖7所示，面向軟件服務(wù)商、平臺注冊企業(yè)等三方

用戶，提供各類綠色設(shè)計與制造軟件資源的發(fā)布、展示、以及軟件使用等服務(wù),

并提供按照軟件所屬專業(yè)領(lǐng)域(模型設(shè)計、仿真分析、生產(chǎn)管理、輔助)、行業(yè)、

名稱等的檢索查詢與下載鏈接。

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圖7綠色APP服務(wù)

(3)綠色知識服務(wù)如圖8所示，基于綠色低碳資源庫管理系統(tǒng)，匯聚裝備

行業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)材料、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、工藝等信息，裝備產(chǎn)品能效、維護(hù)、裝備、再

制造等信息，產(chǎn)品全生命周期評價、行業(yè)專家及社會資源信息，為裝備制造全行

業(yè)提供知識化信息服務(wù)，包括數(shù)據(jù)更新、插入、修改、刪除、信息檢索、查詢

等物居管理功能。

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圖8綠色知識服務(wù)

(4)綠色精益研發(fā)如圖9所示，以知識獲取、存儲與復(fù)用等知識管理過程

為組織核心，通過集成CAD、CAE、CAM、PLM、MES和ERP等系

統(tǒng)，基于企業(yè)數(shù)字化集成MDM系統(tǒng)，提供企業(yè)精益設(shè)計研發(fā)中臺服務(wù)。

0泰爾TAIER

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閏

圖9綠幼青益研發(fā)

3.4可擴(kuò)展集成

平臺設(shè)計開發(fā)了覆蓋現(xiàn)場設(shè)備層、數(shù)據(jù)控制層及車間管理和企業(yè)運(yùn)營層等多

層集成系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)碳足跡的信息流、控制流集成，通過與企業(yè)相關(guān)數(shù)字化、

信息化、智能化系統(tǒng)應(yīng)用集成一方面提供真實、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全生命周

期的節(jié)能降耗，另一方面通過的綠色化和智能化集成，動態(tài)優(yōu)化綠色減碳整體方

案，實現(xiàn)從企業(yè)低碳全過程管理。此外平臺開發(fā)了基于Restful風(fēng)格的可擴(kuò)展集

成接口，提供可擴(kuò)展集成服務(wù)。支持.NET、C++、Python、PHP以及仰可支持

Restful的第三方平臺集成。

(1)入庫合作。企業(yè)可根據(jù)實際需求，在線選擇。盤查數(shù)據(jù)加密直達(dá)認(rèn)

證機(jī)構(gòu)。

(2)碳交易接口?？赏ㄟ^碳交易，抵消主動減排后的碳排余值，最終實現(xiàn)

碳中和。企業(yè)擁有的清潔能源或林匯等資產(chǎn)，經(jīng)平臺合作機(jī)構(gòu)認(rèn)證，可進(jìn)入碳交

易市場交易。

(3)金融接口?？商峁┗趨^(qū)塊鏈的企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)，提高企業(yè)的綠色融

資效率J辦助企業(yè)更高效精準(zhǔn)的向金融機(jī)構(gòu)提供綠色金融所需的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4平臺研發(fā)與應(yīng)用

裝備制造業(yè)綠色低碳數(shù)字化管理平臺面向裝備產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)，采用

平臺化管理來完成綠色資源性數(shù)據(jù)檢索與處理需求，綠色評價專家資源等，通過

企業(yè)數(shù)字化集成MDM分布式微服務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建企業(yè)綠色低碳數(shù)字化中臺，形

成覆蓋企業(yè)過程、人員以及技術(shù)工具構(gòu)成的業(yè)務(wù)協(xié)同環(huán)境，建立可配置、可擴(kuò)展

的裝備制造業(yè)綠色低破數(shù)字化管理混合云平臺。平臺集聚了行業(yè)綠色設(shè)計制造知

識庫以及綠色設(shè)計評價、能效檢測等APP,針對某企業(yè)具體需求，設(shè)計開發(fā)了

企業(yè)數(shù)字化集成MDM系統(tǒng)整合云平臺以及企業(yè)內(nèi)部CAD、CAE、CAM、PLM、

MES和ERP等各個異構(gòu)系統(tǒng)間要共享的主數(shù)據(jù)，打破信息孤島，從而使得核心

主數(shù)據(jù)信息得以重用共享確保各個系統(tǒng)應(yīng)用間的核心主數(shù)據(jù)的