工业4.0时代给雾霾治理带来机遇

2017-04-26杨昆路文

中国经贸导刊 2017年8期

杨昆+路文

摘要：治理雾霾已经成为当今中国最火热的话题。在工业4.0时代，雾霾成为可控的污染物。本文阐述了工业4.0时代来临前人类要面临增长极限的窘境，工业4.0时代来临后，带来了计算机网络控制生产效率、控制污染排放、二氧化碳回收利用、在生产和污染排放间谋求平衡的可控技术。分析了工业4.0时代的三个技术重点：工业物联网、计量测试、大规模定制。预测了本土化生产、定制化生产、绿色生产会由工业4.0时代催生。

关键词：工业4.0工业物联网绿色生产雾霾

“工业4.0”是以智能制造为主导、以网络实体系统、物联网为技术支撑的第四次工业革命。工业4.0时代包括两大主题——智慧工厂、智能生产，如图1所示。其中，智慧工厂的含义是重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；智能生产的含义是整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等。2013年起世界已进入大数据时代，大数据作为一种重要的国家战略资源，其重要性被越来越多的人所认识。

一、国内学者的研究现状

田亚楠、龙波在分析网络治污减霾必要性的前提下，提出了构建大数据治霾系统的策略，分析了数据采集的途径和应用，探讨了一种数据公开、公众参与、政府创新的治污减霾新途径[1]；刘睿潇提出在开展治理雾霾的过程中，应积极应用信息技术，以提升问题防治的有效性[2]；康春婷、李卫东提出利用大数据监测，打击违法违规行为，利用大数据提供的交通信息、智能出行，减少环境压力，激活企业治理雾霾的积极性[3]；戴羊羊、李成范、周时强等以中分辨率成像光谱仪（MODIS）遥感数据为数据源，综合利用6S传输模型与NASAV5.2算法对2013年12月4日至8日上海地区雾霾污染进行了连续性监测，并对其形成原因进行分析[4]。

二、工业4.0时代来临前

如果地球上的人口、污染、工业化及资源消耗保持现在的增长方式，人类的经济增长一定会在一定时刻达到极限。增长的极限来源于有限的地球资源。有限制的粮食、资源和环境系统供养无限制的人口和经济系统，迟早要使资源枯竭、粮食短缺和环境污染等问题爆发，到那时，人口和工业生产能力就会骤然发生衰退或下降。而且雾霾这种污染物成指数状态增加，超过了人口增长速度。而且地球上的一些地方已经到了增长的极限，如1976年，意大利米兰市塞韦索的化工厂爆炸，剧毒化学品四氯二苯并-P-二恶英（TCDD）飘散到了厂区附近的人口密集区，使37000人处于危险的阴霾中，数千只野生动物死去。1984年，印度博帕尔美国联合碳化物的一家化工厂发生了甲基异氰酸脂气体泄露，使大约3000人丧生，许多人残疾了。

三、工业4.0时代来临后

工业4.0时代带来了计算机网络控制生产效率、控制污染排放、二氧化碳回收利用、在生产和污染排放间谋求平衡的可控技术。

（一）计算机控制生产技术——虚拟生产技术

虚拟生产是为了方便决策和控制，进行建模、分析和仿真，管理产品生命周期的技术。虚拟生产过程实质是计算机对实际生产过程的映射。为分析性能、规划工艺、设计产品、检验质量，在高速计算机网络的控制下，企业各级管理和生产机构协同群组工作。计算机通过虚拟生产环境评估产品性能优点，这使全方面预报替代了人们狭隘的经验，从而减少资源浪费和排放废气。虚拟生产技术集中了分析设备、仿真设备、应用设备、控制设备，使产品装配设计及仿真的改善。

（二）控制污染排放

信息数据对环境问题治理是有价值的，但由于缺乏共享利用率很低。但资源共享可通过计算机技术的应用来实现。构建三位一体的，实现全方面防控的监控体系，在雾霾排放监控中应用计算机技术，能加大监控强度，逐渐实现视频监控，计算机技术的应用实现了从监控排放到监控过程的进步，有效实时监控环境质量。为提高防控问题的有效性，以工业4.0技术为支撑进行远程监控，以在出现雾霾的第一时间做出反应。在这方面应用计算机技术，如借助视频监控.CO分析仪、火焰原子吸收分光光度计、气相色谱仪等检测设备，对改善空气质量很有帮助。

（三）二氧化碳回收利用

利用信息、通信和技术多方面包括物流规划、智能电网、节能建筑捕獲二氧化碳，转变二氧化碳为有用物质，或者绑定于其他物质上，合成新物质或材料。难题是要将捕获二氧化碳的成本降至69元/t（CO2）以下，相当于每度电增加约0.13元的生产成本。

（四）在生产和污染排放间谋求平衡

这是个工学与经济学交融的课题，目前还没有大数据技术能够做到。尽管如此，许多学者仍在尽力寻求环境污染与内生经济增长的交融，试图人工计算经济可持续增长的最优解。大数据计算这个最优解今后只能托付政府完成，进而达到改善环境乃至人均经济增长率的稳态增长。

四、工业4.0时代的三个技术重点

（一）工业物联网

雾霾污染治理已经以物联网为基础，实时监测解决。污染源及治理污染的关键环节可以通过环保设备和物联网的结合实现实时监控。排污异常还可以通过数据报警被及时发现，使突发污染环境的事故胎死腹中。可以通过布置传感器网络广泛应用于实时监测火电厂、化工、重工排污数据。

（二）计量测试

计量测试应具备三个基本要素：一是计量测试工具：计量测试仪表，如电能远程抄表、煤气远程抄表，用互联网将之相联通，大都可以直接与互联网相通。二是计量技术人才：第四次工业革命是一个生产与服务相联、物物相联、人机相联、制造与服务相联、多学科、宽领域的复杂革命，需要复合型计量人才。三是传感器：此传感器不可与传统的传感器同日而语，是可追根溯源的、自校自准的、可靠的、精确的传感器。

（三）大规模定制

产业的互联网化升级，工厂直连消费者，去掉中间的繁冗环节，节省物流中的碳足迹，让消费者买到物美价廉、绿色环保、可定制的产品。

五、结语

工业4.0时代催生了本土化生产、定制化生产、绿色生产，即大数据技术催生了三种生产方式。

第一，本土化生产。跨国公司研究了东道国的文化、风土人情、经济情况后，全方位、多层次地把生产、管理、营销、人事等切合到东道国经济中，此种生产防止了环境污染向别国的扩散。

第二，定制化生产。即采用ERP（企业资源计划系统）来达到对企业数字化管理的目的，按照细化的、多元化的需求和市场，实现灵活性和快速响应性的大规模定制生产，减少了资源浪费。

第三，最重要的绿色生产，即采用大数据技术构建科技含量高、资源消耗低、环境污染少的产业结构和生产方式，大幅提高经济绿色化程度，实现经济发展与资源环境的有机协调[5]。

其他研究只是将网络化或计算机技术与治理雾霾结合起来了，而没有将第四次工业革命与治理雾霾结合起来。本文将“工业4.0”应用到治理雾霾上，预测了未来必然走的一个治理雾霾的模式，具有前沿性和大局意义。

参考文献：

[1]田亚楠，龙波.大数据治污减霾策略研究[J].现代电子技术，2016（5）：114—116.

[2]刘睿潇.浅谈计算机技术在环境保护中的应用[J].低碳世界，2016（20）：251—252.

[3]康春婷，李卫东.大数据术在雾霾治理中的应用[J].中国经贸导刊，2016（11）：28—30.