提高制造业可持续性与数字双胞胎 官方博客上的物联网

数字双胞胎在制造业可持续性提升中的应用

关键要点

在制造业中，可持续性已经成为一个重要的核心理念，数字双胞胎技术可以帮助公司实现这些目标。本文将探讨数字双胞胎如何通过以下方法促进可持续发展：

减少能源和水消耗降低废物管理成本提高整体效率

引言

可持续性已成为制造行业的基石。随着利益相关者越来越重视可持续性，制造业正在转向技术创新以满足这些需求。在这些技术进步中，数字双胞胎的概念尤为突出，能够显著提升制造行业的可持续性。

风驰加速器下载

尽管制造业涉及广泛的话题，本文将重点关注消费品CPG领域的制造。对于消费品公司来说，数字双胞胎可以作为制造过程、产品线、包装系统或整个供应链的动态虚拟复制品。通过整合来自物联网传感器、机器指标和历史表现记录的实时数据，这些模型能够精确监控、模拟和优化性能。通过将产品生命周期中的原型、测试及优化阶段转移到虚拟环境中，组织显著减少了多个原型迭代所需的材料，以及对未来产品和过程的材料需求和副产品产生的数量。想获取更多有关数字双胞胎分类和不同成熟度水平的信息，可以参考数字双胞胎在AWS上的商业价值和成果。

在本文中，我们将深入探讨制造组织优先考虑的关键可持续性KPI，并探索数字双胞胎如何显著改变其测量方式。我们还将聚焦于一个成功利用数字双胞胎技术来量化能源与水资源节约的全球消费品品牌案例。最重要的是，您将了解各种AWS服务如何在制造设置中实施数字双胞胎，从而支持您的可持续发展目标，减少总体碳足迹最高达20。

数字双胞胎推动可持续发展目标

数字双胞胎在可持续性努力中发挥着重要作用，帮助组织量化物理系统的表现，减少其环境影响。在虚拟领域的一个突出应用是模拟新产品设计、包装替代方案或制造配置，以减少能源消耗、水资源使用和废物。这样的预防性建模使得可持续性增强措施在实际实施之前就能被识别，从而确保这些措施能够被有效融入。以下是一些实例：

可持续性策略描述能源效率制造公司可以利用数字双胞胎微调能源消耗模式，从而显著降低温室气体排放。EY的一份报告指出，数字双胞胎能将现有建筑的温室气体排放和碳足迹减少高达50。废物管理数字双胞胎可以帮助公司超越现有的工业模式，转向几乎“零废物”生产的循环经济体系。可持续设计提供实时监测整个供应链的碳足迹，确保透明和可持续的设计与交付过程。物流排放减少助力优化物流和配送，降低与物流相关的碳排放，提高产品质量。水资源节约在需要大量用水的制造行业，数字双胞胎帮助确保最佳水资源节约策略的实施。战略规划利用数字双胞胎进行预测性见解，指导资源分配和投资策略，实现可持续增长。利益相关者参与通过提供可视化和量化的可持续性策略，简化与利益相关者的沟通。

架构概述

下方展示了一个旨在工厂实施以监测可持续性目标的参考架构。这一架构已在一家生产碳酸饮料、水和各种果汁的客户瓶装厂中部署。所使用的主要AWS服务包括AWS IoT SiteWise，这是一个易于收集、存储、组织和监控工业设备数据的托管服务，以及AWS IoT SiteWise Edge，这是一个安装在本地硬件或AWS设备上的服务，简化了本地数据的收集和组织。这些服务的组合为工厂操作员提供了设备数据的洞察，以增强正常运行时间、产品质量和效率，同时在间歇性的云连接中保持功能。

在该实施中，AWS IoT SiteWise Edge安装在现场，通过OPC/UA服务器例如KepserverEX收集来自PLC的数据。数据发送到云端后，根据业务规则和流程相关信息进一步丰富。用于指标计算和数据存储的服务包括AWS Lambda、Amazon DynamoDB、Amazon S3、AWS Glue，以及AWS Kinesis Data Firehose。为数据提供近实时可视化和进一步分析的另一个工具是Amazon Athena和Amazon Managed Grafana仪表盘。

在此基础架构上，通过整合其他AWS服务，如AWS IoT TwinMaker，我们可以实现更全面的指挥、控制和可视化能力。AWS IoT TwinMaker允许开发者创建实时系统的数字双胞胎，利用现有数据和3D模型来优化生产和改善设备性能，提供全面的操作视图。

如何计算可持续性KPI指标

通过利用上述数字双胞胎实施框架，工厂能够捕捉可能需要用于合规和报告目的的各种可持续性KPI，以获得可持续运营的认证。对于这家消费品客户，其初步概念验证集中在能源效率和节能上，并后续扩展到涵盖水资源节约和废物管理。

数字双胞胎解决方案的实施包括逐步计算当前能源使用和潜在节省的步骤。首先进行全面的能源审计，捕捉工厂的能源消耗情况。我们使用AWS IoT SiteWise Edge将这些数据传递给AWS IoT SiteWise。该审计数据有助于捕捉整体能源使用情况以及主要的能源消费设备。接着，根据部门或工艺和能源类型对能源消耗进行分类。随后，通常会计算能源效率指标，表示产出与能源输入的比率。这为识别需要改进的领域奠定了基础，从更新现有设备到解决操作中存在的低效问题。

如何量化能源和水资源节省

增强可持续性的关键策略包括向节水设备转型、促进水回收、减少和消除废物、提升员工的可持续实践培训，最后是部署预测性维护解决方案以预测设备故障并避免停机。在实施节约措施后，需要评估实现的KPI与目标KPI的对比，并通过现行水费和废物管理费用将这些收益转化为货币价值。这不仅量化了好处，还确保了对可持续措施的长期承诺。定期评估这些KPI，确保持续改进，同时外部验证和认证可以确认并放大工厂对环保作业的承诺。

一旦这些跟踪和监测措施到位，组织就可以通过比较实施后的水能消耗与基线数据来量化他们的节能和节水成果。这些能源、废物管理和水资源的节约可以根据当前市场价格转化为货币价值。成功实施这些工作的长期关键在于持续监控这些系统，并结合定期审计。

如何添加可持续性KPI指标

添加新的可持续性KPI指标相对简单，因为数字双胞胎为捕捉额外指标建立了基线。例如，当制造工厂想要增加水资源节约指标或废物减少指标时，可以重复上述已记录的过程。例如，初步审计记录水消耗和废物产生的基线指标，随后识别主要的高水耗和废物贡献过程，并识别潜在的改进领域。通过按照来源细分水使用量，例如特定部门或工艺，并根据类型和来源对废物进行分类，制造工厂能有效设定监测低效的可持续性KPI。

扩展数字双胞胎的功能

随着组织不断发展其基本的数字双胞胎实现，采用更多的功能和能力，它们可以利用多个AWS服务，例如Amazon Lookout for Equipment，这是一项利用传感器数据进行预测性维护和异常检测的AWS服务。这进一步增强了数字双胞胎的能力，创建所有制造资产、建筑、工厂和HVAC系统的3D复制品，并具备指挥控制能力。总的来说，这为您整个运营提供了一个单一的虚拟系统的整体视图。

结论

在本文中，我们探讨了一种可以在AWS上部署的数字双胞胎实施方案。同时，我们强调了追踪的关键性能指标KPI，确保您在实现可持续性目标的正确路径上。通过构建制造系统、生产线甚至产品的虚拟复制品，数字双胞胎能够促进对水消耗、能耗和废物管理等可持续性KPI的近实时监视和监测。凭借这些从数字双胞胎获得的洞察，组织可以进一步优化资源利用，降低碳足迹，将其策略与更可持续的生产与分配相对齐。在消费品领域中，拥抱数字双胞胎的能力使得您能够在建立可持续和韧性的生态系统方面取得可量化的进展，为未来的几代人做好准备。如果您希望进一步了解AWS如何支持其他客户实施数字双胞胎和可持续性目标，请查看以下资源：

在建筑行业构建高效数字双胞胎数字双胞胎与消费品制造转型如何使循环经济的数字技术为您的业务服务利用AWS上的HPC加速向可持续经济的转型

关于作者

Ajith Surendran

Ajith是AWS的客户解决方案经理。他在IT领域拥有超过20年的经验，主要专注于消费电子和物联网。在AWS，他的主要责任是为客户提供合适的解决方案，帮助他们过渡到云计算。他居住在英国，热衷于在菜园里种植蔬菜，并深入研究物联网和AI/ML技术，欣赏卡纳提克音乐，享受飞行。

Kavita Chhabria

Kavita是位于乔治亚州亚特兰大的高级客户解决方案经理。她在AWS工作了2年6个月，主要专注于消费品/零售、供应链和物流、专业服务及农业技术等领域。在加入AWS之前，Kavita曾在梅西技术公司担任数字化转型项目负责人，并在技术行业工作了超过28年。她是可持续发展团队的成员，热衷于推动与客户的可持续性努力。

David Bounds

David是AWS的企业解决方案架构师。在这个角色中，他与客户合作，加速他们在AWS上的工作负载。专注于机器学习和生成式AI，为各类客户提供技术支持。David居住在伦敦，喜爱天气，喜欢遛狗和收集故事。