可持续制造的定义是：无污染、节约能源和其他自然资源，并满足员工、社区和消费者的经济和安全需求的工艺。

图1 数字化工厂概念图

可持续制造并不是一个新的概念，但它在塑造工业运营方面正发挥着更大的作用。这种压力在很大程度上来自于用户，他们将可持续发展纳入他们的采购决策。越来越多的投资者青睐那些致力于环境实践的负责任的公司。因此，对可持续制造的合法承诺已成为保持竞争力的关键。现在，工业公司被迫在现有的盈利业务与 “绿色 ”实践的潜在市场价值之间进行平衡。

为什么可持续制造很重要？

企业的成功和经济利润越来越依赖于采用以下可持续制造的做法：

向市场推出更具吸引力、可持续和更高价值的产品；

提高运营绩效——特别注重减少能源消耗和质量缺陷；

减少间接成本，如员工差旅、供应链、库存管理和机器的低效率。

这些实践是由制造商可以影响的环境影响所驱动的：

通过减少温室气体和颗粒物的直接排放，实现生产的去碳化；

减少能源消耗；

减少与员工差旅、原材料、投入、供应商、经销商等直接相关的间接温室气体排放。

经济和环境效益的明显相关性使可持续制造具有吸引力。这种方法要求工程师从其产品和生产设施的完整生命周期管理的角度来考虑。经济和环境效益可以在产品生命周期的每个阶段实现——设计、制造、营销、产品使用和处置或回收。

制造商对环境的影响必须减少到一个中性水平。为了促进这一承诺，工业公司可以使用强大的工具，如计算机辅助设计（CAD）、增强现实（AR）软件、工业物联网（IIoT）解决方案，以及产品生命周期管理（PLM）软件。使用这些工具可以缩短产品开发时间，最终减少产品的间接碳足迹。

数字化转型是实现可持续制造的途径

在不知不觉中，已经实现数字化转型的工业企业已经拥有了成功塑造生态变革的必要IT工具。

计算机辅助设计（CAD） 

一些CAD工具中固有的生成设计能力使工程师能够使用算法，为满足特定的要求提出设计方案，如减少产品的最终质量。出于这个原因，生成设计有助于减少材料的使用，无论是增材制造还是减材制造。与机械加工等过程相比，增材制造能够节省材料，因为在这些过程中，材料被移除并不会产生废物。

此外，仿真能力使工程师能够确定如何减少设计周期和开发过程中与原型构建相关的浪费。工艺仿真还有助于组织设计灵活的生产线，可以制造或组装不同系列的产品。从专门的场地过渡到灵活的工厂和分散的生产是实现经济和环境可持续性的关键一步。

图2 可持续制造概念图

产品生命周期管理（PLM）

PLM软件也有助于实现可持续性。有了PLM，所有与零件相关的数据都在一个单一的事实来源中得到支持和管理。通过更广泛地利用这些产品数据，制造商对产品在整个生命周期中的碳足迹有了相当准确的可见性和可追溯性。就像用户可以建立一个产品的质量一样，可以把它的总碳足迹加起来，以帮助工程师创建更可持续的解决方案。PLM软件还包括一些功能，确保符合关于使用对健康和环境有潜在危害的化学物质的REACH法规。但是，选择更少的污染部件和材料不仅仅是为了履行法律义务，它也完成了可持续产品的设计和再利用的良性循环。

增强现实（AR）和数字孪生

可能包含AR的设计方法正变得越来越实惠和容易获得，使设计师能够连接到产品的全尺寸模型，也就是所谓的数字双胞胎。远程访问这类模型消除了旅行的需要，从而节省了能源、资源和时间。

工业物联网（IIoT）

实现可持续制造的另一条途径是通过IIoT软件将机器连接。这使制造商能够测量机器的生产力和预测故障，比较和优化区域性能，并尽量减少质量缺陷。联网的机器还可以向工程师和设计师发送关于制造过程性能的真实数据（能源消耗、质量缺陷等），使他们可以做出必要的修正。

质量缺陷的最小化甚至消除，避免了特别昂贵的机器意外停机，并减少了昂贵的材料损失。通过实施预测性维护，也可以避免机器停机。 这就延长了产品的使用寿命，从而避免了更换产品所需的材料和能源的过度消耗。

此外，开发与AR辅助维修技术兼容的产品（利用AR技术提供拆卸/组装甚至维修指导），可以简化维修工作，减少对专用现场维修设施和人员的需求。这个概念还可以提升到另一个层次：专家使用AR技术远程培训没有经验的人员。

可持续生产的基本原则：正确的衡量 

环境兼容产品的一个重要规则是，它们必须尽可能精确地满足规定的要求——不多不少。一个设计不良的产品有较高的故障风险和额外的维护。然而，一个超出规定要求的产品，会消耗更多的材料，使用更多的部件，并在其生命周期内需要更多的维护。

数字技术正在为更清洁的制造工艺和更安全、更环保的产品开启新的可能性。

有人曾经说过：“如果你不拥抱变化，它就会抓住你的喉咙”。高管们在推动成功的战略转型中发挥着关键作用——防止市场将他们抛在后面。一个多世纪以来，制造业塑造了技术进步和经济发展，但它也是环境污染的主要贡献者。

得益于数字化转型解决方案，企业终于可以解决这一悖论。在创新技术的帮助下，可以实现环境友好和可持续的工业生产。制造业的领导者已经证明，拥抱可持续的制造业可以直接推动增长和经济表现。