化挑戰為機遇釋放電子信息制造業發展潛力 /cn提高電力可靠性、加強網絡安全、加強供應鏈管理、降低能源成本、提升運營效率參考指南將通過具體案例展示半導體制造企業如何通過應用領先技術提升行業競爭本指南還將逐一分析不同示例中的驅動因素/核心挑戰、將挑戰轉化為機遇的關鍵在本指南的編寫中，施耐德電氣行業專家付出了寶貴的時間，提出了重要意見并對文稿進行校讀。項目團隊謹對下列專家致以感謝：HoffmanPowerConsultingSteveHoffman摘要02實現可持續發展目標04加強供應鏈管理05提高電力供應可靠性、電能質量和系統韌性06提升運營效率07優化設備維護08加強網絡安全09吸引/留住高素質人才10關于施耐德電氣首字母縮略詞含義1簡介編寫本指南的目的?闡釋電子廠房應當如何應對挑戰并將其轉化為商業機遇。?通過具體場景示例，分析助力電子廠房在全球提升競爭力的領先實踐。?為施耐德電氣現有客戶及潛在客戶提供一本實現可持續發展目標、提高生產可靠性、降低成本、緩解供應鏈問題和應對其他挑戰的全面參考。本指南介紹了半導體制造行業的重要“場景示例”。每一個示例均可視為企的艱巨挑戰，其中許多是由于電子行業當前的快速增長導致的。然而，這些轉變為機遇，積極并高效應對這些挑戰將助力行業領先公司進一步提升全球?實現可持續發展目標?提高電力供應可靠性、電能質量和系統韌性?加強網絡安全?加強供應鏈管理?降低能源成本?提升運營效率?優化設備維護?吸引/留住高素質人才本指南逐一分析了以上示例中的驅動因素/核心挑戰、將挑戰轉化為機遇的關鍵實踐及案例研究。簡介基于全生命周期管理提升競爭力其中，部分示例與能源的使用、成本、質量、可靠性、韌性及可持續方面的?在項目階段（電子廠房的設計和建造），通過降低總擁有成本、優化成本效益等方式應對國際?在運營階段（電子廠房的運營和維護），通過提高系統韌性以保障全天候運營、確保投資回報、保持產品的高質量和準時交付、延長設備壽命、保護品牌聲譽，從而降低運營支出，提升競爭力。本指南全文（包括可持續性關鍵領域）主要圍繞以下兩個主題展開：?順應工業4.0和數字化轉型的背景，設施管理智能化轉型的重要性日益提升?電子廠房從上至下對運營效率和能源效率的重視與日俱增3簡介選擇一個在能源管理、工業自動化、數字化轉型及可持續發展等領域擁有專長的合作伙效率的定義本指南將“效率”定義為電子廠房通過可量化的關鍵績效指標（KPI）或其他指標來衡在本指南中，“效率”是由客戶定義的，因此涵蓋了電子廠房尋求改進和提高效率等方這些效率中的每一種形式都可以使用KPI或其他制造廠當前使用的指標（例如，每單位產品的能源消耗）來衡量，而非采用外部公司建議的指標。現有的指標可應用于部門獨立推進的項目、也適用于跨業務部門間合作的項目，或是與擁有良好業績記錄的合作伙伴的聯合進行的創新業務。在部分案例中，制造廠需要和外部公司或其他實體企業合作，才能達成目標，進而這又提升了外部公司與制造廠共同創新的商業效益。以為客戶驅動的過程包括問詢和適用公司目標、方案需求、約束條件、KPI等，進而將其作為改進的起點。這種方法同樣適用于制造廠的設施側和制造側。這種方法同時適用于電子廠房設備端和制造端的“效率”評估。探索電子廠房數字化轉型的最佳方式是跳出傳統運營思維，確定未來3-5年的愿景。數這種策略能使制造廠決策者的思維暫時脫離當前物理世界（即廠房、資產和設備）的約和挑戰。因為也許3-5年后，當前的問題已不復存在。上述顧問式的方法能夠幫助決策愿景明確之后，需要進一步制定實現它的步驟路線圖。這一路線圖構筑了當前的制造廠與3-5年后的制造廠之間差距的橋梁，確定了如何沿著一條道路從“A”（今天）走到“B”（未來）。這一過程可以以設計思維工作坊的形式開展。在工作坊中，團隊成員可以共建愿景，并以該愿景為背景，將數字化轉型、聯合共創、人才轉型及其他優化提升路徑融入其中。簡介數字化轉型并非是一項技術性的工作，而是通過技術和流程的結合來滿足特定的業務在為客戶提供解決方案時，傳統的方法是直接向電子廠房負責人推薦某些技術，或者詢問其所需的技術，進而提供技術。然而，與其詢問他們需要什么，不如去了解其背后的原因。通過詢問諸如“為什么貴公司想要這種技術？”的問題，引導公司負責人思考并分享其需求、使用某種特定解決方案的原因，并解釋該解決方案將為公司帶來什么樣的商業價值。以這樣的方式與客戶溝通，幫助客戶進行深層的思考，引導他們深入分析自身的業務需求、限制和目標，可以避免他們在不了解自身訴求的情況下，選擇了不夠適配的產品和解決方案。“多問為什么”的顧問式咨詢過程應首先著眼于企業當前使用的解決方案，在當前解決方案的基礎上改良優化，而不是推薦企業使用完全不同的方案。該策略適用于解決有關數據收集、網絡安全、保密、隱私、云計算的使用、共同監測以及其他的潛在問題。在咨詢過程中，需要詢問企業想要使用什么技術，以及目前可以使用什么技術。這種策略也許能改變企業與外部公司的合作方式。在此過程中，解決方案供應商需要詢問的關鍵問題包括：?您是否需要此項服務？?目前的業務痛點是什么？?當前有哪些策略？?為何會采用這些策略？?如果我們可以提供便于您采取實際行動的解決方案，您是否感興趣？對于上述問題，如果回答是肯定的，則推薦做法是向其說明此項服務將需要外部公司和制造廠一起獲得并查看某些信息。并繼續確認企業內部由誰，或由哪個部門負責管理此訪問權限，并與負責的授權人員展開討論。解決方案提供商需要一同參與討論并對該方案的應用做出解釋，接下來應該了解的問題為：您目前使用的是什么方案？之后您想如何做改造？此時，實際上就已經開始在設計最佳的解決方案了。與外部公司向企業直接提供產品的常見方法不同，上述方法實際是在提供一項服務，其目標是通過明確業務目標，收集實現目標所需的信息，利用共同制定的流程收集數據并采取行動，并驗證行動的結果。實際上，過往常用的直接替換方案（即簡單地使用輸出信息的產品）并不完美，因為那只是為了提供信息而提供信息。企業根本不理解信息的真正價值和作用，無法理解這些信息能夠如何幫助企業實現業務目標，也無法根據這些信息去采取針對性的行動。6實現可持續發展目標可持續發展涉及企業運營的方方面面，其實現也面臨著諸多挑戰。我們需要認真以此來應對競爭對手的挑戰。因此，我們可以將與可持續性發展相關的挑戰視為企業實對半導體制造業而言，應對可持續發展相關的挑戰迫在眉睫，其主要原因如下：?行業的快速發展。全球芯片短缺和市場需求激增推動著半導體制造業的快速發展。然而，行業的快速發展卻也導致了溫室氣體排放、能源消耗（可能影響碳排放）以及水資源的消耗成比例增長（甚至更快）。因此，我們必須采取相應的措施來遏制對環境的破壞。半導體制造業的碳排放量正在逐步逼近傳統意義上被視為碳排放最高1的汽車行業。此外，半導體制造業在生產過程還會排放具有高全球變暖潛能值（GWP）的含氟氣體。對此，本指南將在后文進行詳細闡述。?監管力度不斷加大。全球低碳轉型的腳步持續加速，電子制造業的企業面臨越來越多的碳足跡披露和減碳要求。此外，公司的客戶、員工、當地監管機構和金融投資者等利益相關者也在關注著企業碳足跡。隨著公眾對環境、社會責任及公司治理（ESG）的日益關注，國內外政府以及相關監管機構都在不斷加強對半導體制造業可持續性發展的監管力度。?行業本質。從本質上看，與其他行業相比，24/7連續運營的半導體制造業屬于能源密集型和水資源密集型行業。-隨著先進技術（例如，極紫外光刻技術）的普及，行業對能源的依賴性不斷攀升，并且對能源的消耗預計會進一步加強。-過去幾年，半導體制造業實現飛速發展，最終導致工業用水量不斷上升（20-30%）。與此同時，日漸嚴苛的排放法規、零廢水排放以及水資源回收率等與可持續發展目標的聯系也愈發緊密。為應對上述驅動因素，半導體產業鏈中的65家企業，共同創建了SEMI全球半導體氣候聯盟。2Hotcars，PeterEls《那些不為人知的有關新車碳足跡的真相》，2021年11月9日，網址/the-truth-about-the-carbon-footprint-of-a-new-car-that-no-ones-talking-about/.國際半導體產業協會（SEMI全球半導體氣候聯盟，網址/en/industry-groups/semiconductor-climate-consortium實現可持續發展目標對生產設施的關注度不斷上升?制造環節依賴于高度自動化的半導體制造設備（SME）。?廠務部分包括了配電、水、冷卻水、天然氣和化學品等輔助系統和基礎設施，以及數據管理系統（例如數據中心）。這些設施對生產非常重要，會直接或間接影響SME的功能和性能。半導體公司對廠務設施數字化管理的高度關注將貫穿本指南，尤其是在可持續發展的章節。許多因素共同促進了這個結果，包括但不限于：?隨著生產技術的發展，制造廠的能源消耗也在不斷增加（占比高達電子廠房運營支出的30%，并且預計還會進一步上漲能源成本也隨之上升。?由于制造過程愈發復雜，水資源消耗量不斷上升。大型電子廠房每天的用水量可達1000萬加侖，相當于約30萬戶家庭的用水量。3目前，半導體制造業一年的用水量約為2640億加侖，其中主要為工業用水。4?停電30分鐘可能會造成高達4000萬美元的損失。因此，優化能源選擇、采取彈性配電的趨勢日益顯著。5目前，電子廠房設施部分存在著明顯的審查力度不足和設施優化程度較低的問題。換言之，這兩個業務領域仍有較大的改善空間，制造廠可以與合適的合作伙伴一起改進優化，共同實現可持續發展目標。如果想要制定有效的氣候戰略，就必須將脫碳相關的措施同時納入業務戰略之中。脫碳即通過減少溫室氣體的排放源，同時擴大累積和儲存溫室氣體的庫(即“碳匯”)來降低大氣中溫室氣體的水平。脫碳目標可以通過以下方式實現：?明確愿景：將脫碳目標融入公司愿景和戰略；?制定目標：以明確的目標來規劃行動的優先級順序；?執行計劃：實施脫碳計劃并提高績效；?持續創新：推進創新、結果評估和技術迭代，維持成果并實現發展目標。Gradiant，《水資源短缺問題推動半導體行業采用新技術》《IEEE綜覽》，2022年1月26日，網址WaterScarcityConcernsDriveSemiconductorIndustrytoAdoptNewTechnologies|IEEESpectrum-GradiantC.Jones，《半導體文摘》《半導體行業的供水挑戰》，2022年10月24日，網址WaterSupplyChallengesfortheSemiconductorIndustry-SemiconductorDigest()TechPowerUp，《停電一分鐘導致三星DRAM和NAND工廠停運，損失恐達數百萬美元》，2020年1月1日，網址Minute-longPowerOutageatSamsungPlantDamagesMillionsWorthDRAMandNAND|TechPowerUp實現可持續發展目標這些措施可將因氣候變化的負面影響，以及由其所導致的環境脆弱性降至最低，并充分利用其中的有利機會。有時，我們會將其稱為“韌性”。氣候適應可以通過以下方式實現：?以前瞻性的視角，識別風險、發掘機遇；?評估相關風險的暴露程度、脆弱性和潛在影響；?探尋、調整并適應新的執行流程和商業模式，平穩地過渡到低碳模式，以更好地應對氣候問題；?定期進行場景映射和壓力測試，加強氣候適應力規劃；?呼吁更多元體系（例如：當地社區）中的利益相關者積極參與，并與其建立伙伴關系；維持并推動現有的發展勢頭和系統變革。在尋找可持續發展合作伙伴時，需要調查他們在可持續發展方面的表現是否真實。施耐德電氣建議企業采取綜合的脫碳策略，以減少以下三類范圍的碳排放：?范圍1排放是指來自公司控制或其擁有設備的直接GHG排放（例如與鍋爐、熔爐等設施的燃料在工廠現場燃燒相關的氣體，和公司自有車輛的尾氣排放）。此外，在化學氣相沉積（CVD）機臺腔體中蝕刻和等離子清洗的復雜迭代和過程中，工廠設施還會排放出各種會提高全球變暖潛能值（GWP）的含氟氣體，包括全氟化碳（比如CF4、C2F6、C3F8和c-C4F8）、氫氟碳化物（比如CHF3）、三氟化氮（NF3以及六氟化硫（SF6）等。這些氣體是電子廠房范圍1排放的重要來源，并且這些氣體的GWP是二氧化碳的數千甚至數萬倍。6?范圍2排放是指與購買電力、蒸汽、供暖或制冷相關的間接GHG排放。企業使用本地電力排放因子計算本地電網的排放量，并通過基于售電公司的排放因子與售電公司簽訂合同。前者可反映企業的實際排放量，而后者可反映企業因其采購決策產生的排放量。?范圍3排放是指企業既不擁有也不控制，但是由企業間接影響的價值鏈的資產活動所產生的排放。半導體制造業不僅可以減少“需求”側排放，還可以通過提高電器與可再生能源發電之間的轉換效率，以及電力輸送應用的優化，來減少“供給”側的排放。聯合國氣候技術中心和網絡（CTCN），《半導體制造業的PFC、HFC和SF6排放》，2000年1月1日，網址/resources/pfc-hfc-and-sf6-emissions-semiconductor-manufacturing實現可持續發展目標根據上述三個排放范圍，施耐德電氣建議采用下述三步法在整個工廠生命周期內實現脫碳目標（見圖2）：?步驟1：戰略階段，側重于加速可持續發展進程。具體包括設立衡量企業碳排放基線的目標（例如，與1.5°C科學碳目標相一致的凈零排放，通過碳抵消完成碳中和，實現“氣候正效益”）7、制定脫碳路線圖、構建脫碳計劃和治理體系，以及在企業和外部利益相關者之間傳播脫碳計劃承諾。?步驟2：數字化階段，以數字化手段實現可視化，并指導行動。這一階段包括監測資源的使用和排放、尋找節約資源的可能性，以及報告和檢測進展。?步驟3：脫碳階段，旨在實現凈零排放和使用100%可再生能源，減少能源消耗，并優化水資源利用。這一階段包括以下四個脫碳杠桿：電氣化運營、減少能源使用、能源替代和參與企業價值鏈管理。以上三個階段都必須高度重視網絡安全問題。三步法持續發展目標主要步驟?衡量企業的碳排放基線?尋找節約資源的可能性?電氣化運營包括?制定脫碳路線圖?構建脫碳計劃和治理體系?傳達對脫碳計劃的承諾?明確減少資源使用的機遇?報告并評估進展?減少能源使用?能源替換?參與價值鏈管理7科學碳目標倡議（SBTi）是一個全球性機構，協助企業根據氣候科學設定減排目標（例如，與工業化前的溫度相比，將全球氣溫升幅控制在1.5°C或2.0°C以下）。氣候正效益和負碳排互為同義詞，均意為實現碳中和目標之外的進一步減排。“正碳排”是一個極易被混淆的術語，因此不推薦使用。碳中和和凈零排放意義類似，但凈零排放不僅是指碳，而是通常涵蓋更大的范圍（例如，凈零排放是指所有溫室氣體，而不僅僅是二氧化碳）排放桿，采取行動落實脫碳戰略實現可持續發展目標排放桿，采取行動落實脫碳戰略通過對脫碳階段相關概念的仔細研究，我們可以找出一些易于采取行動的方式（見圖3幫助當下以及未來的電子廠房更好地管理能源消耗及生產消耗，提高廠房績效：?“減少能源使用”，利用數字化轉型優化冷水機組、壓縮機、空氣處理單元、風機盤管和排氣扇等主要的能源消耗（SEU）設施的能源使用。?“清潔能源替代”，通過實施戰略性綜合采購，在考慮綠色溢價8的前提下，從碳密集型能源轉向使用低碳能源，也可采取簽訂可再生能源電力購買協議，以及參與市場購買和銷售碳信用（以解決無法通過其他方式減少碳排放的問題）等方式。?“參與價值鏈管理”，包括供應鏈脫碳、讓供應商參與脫碳計劃、解決循環問題9，以及設計和創建可持續性發展計劃等。?“電氣化業務運營”，采取優化出行（例如電動汽車）解決方案、工業和建筑流程以及微電網解決方案等。請注意，圖3的上半部分主要針對范圍1和范圍2排放，而下半部分主要針對范圍3排放。鏈移動出行工業和建筑流程微電網數字化效率綜合采購可再生能源碳信用供應鏈脫碳循環性設計和創建可持續性發展計劃范圍1和范圍2排放范圍3排放啟用參與減碳承諾綠色溢價是指因選擇清潔技術（而非會排放更多溫室氣體的技術）而產生的額外成本。在循環經濟中，產品通常會采用容易拆卸的制造方式，因此，其中的材料可以被自然分解或用于二次生產。從本質上講，產品的設計會考慮到產品生命周期結束后的處理方法；產品應被重新投入供應鏈而不是當做垃圾填埋。實現可持續發展目標對于電子廠房而言，水資源管理（供水和廢水處理）是生產過程中不可或缺的重要組成部分（見圖4）。?供水包括超純水/去離子水（UPW/DIW）的生產和再循環，這部分占到電子廠房用水量的70%（主要用于前端制造）。?廢水處理包括基本水處理、含氮/堿性水處理和酸性水處理。 不符合規格有效利用水資源和廢水處理是電子廠房實現可持續發展和減少環境影響的重要發力點。電子廠房可以利用人工智能和機器學習更好地管理水循環。正如施耐德電氣在其《價值驅動的電網數據管理指南》10中所述，數據管理是當今大多數電網中復雜、多面且至關重要的一部分。就可持續發展而言，數據管理的一個重要維度是“數據共享”。由于半導體企業生態圈內外存在廣泛的利益相關者，因此，對可持續發展的挑戰、風險、機遇、解決方案和收益進行有效溝通是份十分艱巨的任務。數據會以各種形式從大量且不同的端口收集而來，需要整個企業內部對數據進行綜合處理、共享及評估。這需要在考慮各相關方需求的前提下，建立一套具備數據開放性、可見性和協作性的合作機制。還要保障各方的分析、行動都是公開可見的，并且共同擁有所有權。因此，各級管理人員、分析師、工程師和其他人員都有權參與變革過程。這會超出企業內部管理的范疇，將進一步涉及到供應商、承包商、當地電網公司和第三方能源服務提供商。數據共享的另一個方面是制定可持續發展和脫碳關鍵績效指標（KPI）并嚴格實施，企業中的不同利益相關者需要理解并使用這些指標來改進決策。施耐德電氣，《價值驅動的電網數據管理指南》，網址/ww/en/work/campaign/grid-digital-twins-guide/實現可持續發展目標前文提到的通過全生命周期管理將電子廠房的提升效率的重點從簡單的“產品性能指標”轉換至“全生命周期評估指標”。從最高管理層到中層管理人員，再到行動執行者，每個人都需要完全理解該指標。企業應審慎地制定“全生命周期”評估指標，不僅需要考量當下面臨的挑戰，還需要制定可以對進展進行持續監測、評估以及反饋的配套方案，以確保行動可以不斷優化。如果從本地微電網購買能源，則可以通過整合微電網（現有或將來的）中的分布式能源資源（例如太陽能、風能、儲能和燃料電池）來支持電子廠房的可持續發展踐行。廠房可根據微電網的電力供應可靠性和電能質量，評估這種購電方式是否符合其可持續發展目標。當微電網處于“孤島”模式時，電能質量可能會下降，廠房應將這種潛在的限制納入考量范疇。通常，微電網的系統容量很少會超過10MW，而制造廠的峰值需求可能會是10MW的幾倍，甚至更高。因此，微電網僅能作為本地電源和現場電源的補充電源，只是制造廠能源選擇組合中的一個附加選擇。在采用微電網前，最好由具有豐富使用經驗的人員，綜合考慮能源成本、可靠性和電能質量后，再評估是否使用微電網。可持續發展與電子廠房面臨的絕大部分其他業務挑戰有關。積極應對?供應鏈。從本質上講，供應鏈挑戰與范圍3的排放密切相關。因此，范圍3排放作為可持續發展的一部分，制造廠需要重新評估其與供應商的關系和實踐，以及長期的采購戰略，并將其納入氣候風險情景規劃。?能耗成本。通過提高運營能效來削減能源成本，有助于實現可持續發展目標。能源使用量降低就意味著排放減少。?電能質量和可靠性。確保可靠、優質的電能質量，有助于為整個制造流程提供保障，避免由于良品率低下不必要的碳排放。?設備維護。電子廠房應延長設備壽命，利用可持續性更高且具備避免意外停機功能的組件來替換陳舊設備。實現可持續發展目標業務挑戰客戶案例研究?在多個國家的多個辦事處進行能源審計?確定執行和管理規劃?共享可再生能源和碳抵消市場信息，并為公司車輛制定了綠色出行策略?共同繪制高效務實的碳路線圖，并為路線圖落地做好準備隨后，施耐德電氣項目團隊持續數年支持、管理該項目，團隊采用了明確愿景、制定目標、制定行動計劃和維持結果的方法；并繪制了強大的碳中和路線圖，可在能源效率、現場光伏（PV）、購電協議、能源屬性證書和碳抵消領域進行部署。降低能源成本電子廠房最大的成本變量即為能源成本。降低能源成本意味著提高能效，這有助于企業?能源是電子廠房最大的成本變量之一（在總成本中的占比高達30%）。?大多數電子廠房能夠通過提升能效，設定合理的目標，將能源成本降低10-15%。?能耗的降低通常意味著碳排放的減少，因此減少能源的使用是脫碳的主要手段。任何化石燃料能源（除核能和可再生能源之外的能源）都會導致碳排放。電子廠房可以通過提升能源使用效率來降低能源消耗和能源成本。為了節省能源支出，施耐德電氣建議電子廠房部署能源管理系統。該系統可以減少直接和間接碳排放，提升同時，施耐德電氣建議采用相關技術，幫助能源管理、廠務管理和運營團隊了解整個電子廠房的能源使用情況，并追溯能源績效，從而共同實現節能目標。以上建議有四種實施方法。開展能源使用量審計和分析。持續收集電表和其他設備的能源使用數據，并利用軟件達成下列目標：?透視所有工藝流程和各種設備的能源使用情況（參見圖6）?識別會對能源使用產生影響的變量?檢測異常的能源消耗?識別最佳的節能機會進行能源績效分析。測量生產過程中的能源使用情況，并建立能源KPI的標準值（例如，千瓦時/片晶圓?將能源視為實時運營變量進行管理?追蹤真實的能耗情況?精確地量化評估節能減排?根據能源管理最佳實踐和ISO5000111進行運營國際標準化組織（ISOISO50001能源管理系統認證/iso-50001-energy-management.html降低能源成本用數據，以揭示各流程和設備類型的能源使用模式核實電費賬單。使用軟件確認每月供電局的電費賬單無誤，以便：?主動識別計費錯誤?避免多支付能源費用進行功率因數校正。安裝無功補償設備，維持功率因數，以便：?降低每月電費?電力系統擴容?提高電力效率和設備性能安裝高效設備。安裝不間斷電源、變頻器等高效設備。加強供應鏈管理加強供應鏈管理供應鏈管理直接與產品上市周期息息相關。對于高增長領域而言，沒有什么比上市時間期要求高等原因，與配電元件相關的供應鏈問題凸顯。電子廠房的所有者/運營商仍在面臨供應鏈挑戰。隨著企業的快速發展，這些挑戰的影響愈加凸顯。供應鏈問題與上市時間密切相關——關鍵電氣設備延遲交付會對生產計劃產生級一種行之有效的方式是將電力系統或電氣元件的最優設計或可參考架構進行標準化。并基于可持續性、運營效率、能效、可靠性/韌性（包括網絡安全）、電能質量和可維護性進行優化設計。通過標準化設計，可減少每個項目所需的工程量，從而減少部署時間，并提前訂購關鍵電氣元件。為進一步降低風險，還可從多貨源處訂購關鍵電氣元件。該方法尤其適用于與新客戶的初次合作。此外，標準化設計還具備其他優勢。例如，在多個廠房中實施標準化設計，使得運營維護階段的技術支持可以更加集中、更加一致。可由一支全球性的運營維護團隊來按需支持各個工廠，無需為每個廠房打造特定的支持團隊。過去，半導體廠房的設計為確保24/7連續運行，通常保留一定的冗余和容錯性。如今，利用數字化工具能更精確地設計新工廠的參考架構，并升級和增強現有工廠，避免過度設計，降低前期成本。也可進行仿真模擬，可減少投運后的維護成本。對于一家在多國設有廠房的半導體公司而言，工廠設計標準化的優勢更加明顯。一家兼具全球視野和經驗，以及強大的本地資源能力的外部公司，更有可能在標準化方面提供有效的助力。加強供應鏈管理一家擁有全球視野和本地資源的公司，最有能力為電子廠房提供標準化工廠設計建議并在一系列供應鏈緩解措施之中，第一步是進行準確的項目預測。為此，公司和供應商討論限制條件和風險情況，并針對已確定的設備清單訂立制造和交付協議以限制風險。供應商需足夠靈活，在適當的時間制造所需設備，以便將供應鏈中斷的風險降到最小。標準化設備設計以及預先確定的信息和財務流程，有助于按計劃進行采購。對于已與供應商（施耐德電氣）建立信任伙伴關系的現有客戶而言，另一個前沿實踐是，大量元件下采購訂單之前，先采購關鍵組件。當已實施標準化設計和/或項目的第一期或后期階段與項目的第一期相似時，同步采購法尤其有用。在這過程中，客戶和供應商從買賣關系演變為合作伙伴關系。利用同步采購法，客戶和供應商可合作確定關鍵組件，提前訂購，做好儲備，或者預訂制造能力并確保交貨前置時間。以下為針對提升供應鏈管理能力的建議：?充分溝通：限制條件、延誤等情況以降低對供應鏈的影響。?按照區域劃分，為每位客戶確定一位第一聯系人。?確定有效的上報流程。制定一套可在內部快速有效地上報供應鏈問題和績效的有效流程，其中涉及確定一套內部流程，讓相關人員能在適當的時間加快處理每項查詢。無論發生什么情況，都應執行已確定的流程。該流程以敏捷為特點，讓客戶了解每個區域最有效的上報方式并且指定相關人士在適當的時間處理問題，并不斷對流程進行優化。?選擇以“客戶第一”作為企業指導原則的供應商，供應商應在此原則的指導下制定正式的服務和支持計劃，包括全天候解決問題，有問必答等。客戶案例研究面對全球供應鏈限制，一家大型半導體公司試圖在緊迫的時間內建造一棟新樓。公司需要全面的系統設計和支持（例如布局規劃和系統研究，包括保護方案和未來的66-kV轉為此，施耐德電氣通過預先訂貨，替換核心元件以加快交付速度，并得到產品管理團隊支持，在項目規定時間之前交付了一些關鍵元件。施耐德與該公司還通過高層接觸，設計和技術支持，以及商業談判，建立了關系。提高電力供應可靠性、電能質量和系統韌性電力可靠性、電能質量和系統韌性不足可能降低運營效率和生產力、增加運維成本、損壞設備并導致成本高昂的意外停機。廠區內的配電網和電氣系統愈加復雜。對于電子廠房而言，這些復雜性來自設備類型增加、數字化程度升高、信息技術（IT）和操作技術（OT）網絡的融合、物聯網（IoT）的使用，以及其他終端。但是，這些系統都需要可靠，有彈性的電力。在此背景下，電能質量問題（如電壓干擾和波動）變得越來越頻繁：?電能質量問題每年給歐洲經濟造成的損失約為1,500億歐元（1,630億美元）。12?每次電壓驟降和停電事故會給電子廠房造成約10,000至50,000歐元（11,000至54,000美元）的損失。13?30-40%的停機事件是由電能質量問題造成的。?超過15%的設施在運行時存在電能質量問題。電子廠房對這些波動很敏感，需要抵御短時間電能質量波動，以及稍長時間的電力中斷。施耐德電氣建議主動采取措施，通過利用適當的電力系統設計、適當的電源調節設備、內部或第三方電源以及內部電源管理系統，確保即使在電網停止供電的情況下，也能維持電力供應。電子廠房的基礎構成要素之一是一套可應對風險的最佳電力系統。然而，只要在設計時增加了復雜性，就有可能增加風險。系統的過度設計以及過度復雜可能引入故障點和更多風險。因此，需要達到一種平衡，讓可靠設計在不引入額外未知因素的情況下提供更多可靠性。J.Manson，R.Targosz，《泛歐電能質量調查報告》，萊昂納多電能質量聯盟（LPQI2007年，https://www.semanticscholar.org/paper/PAN-EUROPEAN-LPQI-POWER-QUALITY-SURVEY-Targosz-Manson/9c8b59b90b1371f0b2fa703841d6d6663cda3ada.電力研究協會（EPRI《建筑師和工程師電能質量應用指南》（TR-113874，PaloAlto，CA1999/research/products/TR-113874提高電力供應可靠性、電能質量和系統韌性目前，配電架構包括配有無功補償設備、UPS、電池儲能系統等的備用電源設計。電能質量治理方面使用這些電子器件已經相當成熟。這些電力電子設備可主動、精確、可靠地實時抵消波動。目前的方法分為三個層級：?第一級糾正或“治理”廠房進線側的電能質量。?第二級重要負荷帶UPS，以確保在限電和停電期間能不間斷供電。?第三級使用備用電源系統，以維持關鍵負載的持續供電（如幾分鐘、幾小時或幾天）。目前，電能質量治理和系統可靠性提升的使命分別由不同的設備來承擔。未來，施耐德電氣將采用一套電源調節設備提升韌性，全面抵御各種干擾（從不到一個周波的中斷，到幾秒鐘，再到幾分鐘、幾小時甚至幾天的中斷）。這一領域的技術進步將為電子廠房提供持續穩定，清潔的電力，使其免受電網電壓波動的影響。這些設計將即時減輕短期停電、長期停電，以及電能質量問題對制造廠帶來的影響。大多數情況下，功率緩解裝置會自動運行。但是，電子廠房如何才能了解其在以下兩個時間維度上面臨的風險：1)實時風險，2)隨著時間推移而產生的風險。因此，需要通過定期的數據采集，收集特定時間內的電能質量數據，并使用人工智能（AI）分析現場電氣系統風險的潛在原因和根本原因。?實時監控。根據數據監測關鍵指標實時趨勢，確保廠房處于低風險狀態。電力相關事件可能會發生得很突然，很迅速，且有可能造成災難性的后果。通過實時監測收集與這些事件有關的信息，有助于快速診斷、有效應急響應，以及快速地進行事件恢復。生產時間減少就意味著收入損失，加速恢復電力對于電子廠房而言至關重要。?電氣資產生命周期管理。電力相關設備和系統會隨著時間的推移而老化，而電氣資產生命周期管理對于這些設備的監控而言，至關重要。不斷變化且緩慢發生的慢性變化可能引起與電力有關的問題，導致韌性降低。進行電氣資產生命周期管理，制造廠可依據指標檢查趨勢，了解使用過程中發生的變化，以確保電力的可持續性和韌性。還可以采集相關信息，以支持運營維護和廠房改擴建等決策。提高電能可靠性、質量和韌性，另一種有效的方法是開發和利用電氣系統數字孿生。數字孿生是指模擬真實世界系統的形態和其運行狀態的任何軟件或模型，旨在通過仿真分析，來提升決策效率和質量，優化組織的運營、規劃、人員培訓并實現其他功能。第3步第2步第第3步第2步第1步電子廠房應特別關注配電系統的數字孿生（“電氣系統數字孿生”因為數字孿生可解決電子廠房整個生命周期（設計、建造、運營、維護）內的電力供應可靠性、電能質量和系統韌性問題，并協助緩解其他業務挑戰，包括：?通過仿真改善人員培訓的效果?訪問唯一可信數據源來輔助運維，并加速故障溯源?模擬配電系統設計，加快廠房建設和產品上市?讓運維人員根據工廠真是負載狀態進行“假設性”預警模擬，從而在故障事件真正發生時快速采取必要行動施耐德電氣建議通過以下三步來開發并實施電子廠房的電氣系統數字孿生（請參見圖12）。配電系統數字孿生的推薦利用數字孿生來提高效率、彈性、可持續性確立并穩固基礎，確保合規安全第1步：開發工廠電氣系統的數字孿生：建立穩固的基礎，確保合規安全。?該步驟需要創建工廠配電系統圖的數字化文檔，可將紙質圖紙或AutoCAD格式文檔轉化為完整電力系統的電氣系統數字孿生。?電氣系統數字孿生將成為工廠全生命周期電氣設計的唯一數據源。企業管理人員、設計工程師、操作人員、規劃工程師、現場工程師、維護人員、自動化工程師、控制和審批人員以及分析工程師都可以訪問該模型。圖13展示了電氣系統數字孿生可實現的功能。電子廠房配電系統實現的功電子廠房配電系統實現的功能促進電子廠房配電系統進行的分析接到電子廠房配電系統實時數據的實時能力解鎖所有利益相關者共同的數字未來維護規劃之用減少工程、數據收集、停機成本等方面的運營費用安全可靠安全可靠節約運營支出合規有機會加強連接通過施耐德電氣的遠程模型更新協第2步：進行電氣研究和設計：利用數字孿生來提高效率、韌性、可持續性和可靠性。圖14闡述了電氣系統數字孿生可優化的數據分析。確保系統設計的安全性，具體措施為運行靜態、保護和動態分析；致力于踐行工廠經營理念致力于新架構并確定現有資產所需的改造，具體措施為模擬新流程、可再生能源、存儲和電動汽車移動電源 開展安全性研究，以符合電弧閃光的要求并界定個人防護裝備檢查設備的設計規范根據國際規范（如IEC、ANSI、GOST、BS等）進行檢查第3步：模擬電力系統：實時優化和保障運維。本步需將數字孿生連接至實時測量和拓撲結構，以評估實際系統對操作人員操作的響應，從而實現預測仿真(“假設”場景)、操作人員培訓仿真和“操作前驗證”功能。圖15所示為電氣數字孿生的其他使用方法。具體措施為根據實時工廠負荷情況進行“假設”分析優化工廠現代化，具體措施為基源集成備壽命快速分析根本原因，具體措施為收集歷史程序數據，開展事件回放和取證分析從而確保資產的當前使用情況正諧波突發事件提高電力供應可靠性、電能質量和系統韌性客戶案例研究一家大型半導體芯片制造商需要維持潔凈廠房的24/7連續運轉，同時應用大量工藝機臺設備實現生產。該公司力求確保電力系統的可用性和可靠性，并盡可能降低電為應對這些挑戰，施耐德電氣為客戶定制了表計解決方案、使用UPS確保電力安全、使用邊緣控制層的監測軟件并提供各種咨詢服務。這些工具可實現：?提供詳細的分析報告，以改善工廠電能質量；?迅速發現異常并通過電子郵件通知指定人員；?導出能源賬單，并將其發送給會計或財務系統；?協助確保電能質量合規；?協助提高電力系統的安全性、可靠性和效率。提升運營效率電子廠房提升運營效率的需求源自三個驅動因素，?供應鏈。為應對電子產業來自供應鏈的挑戰，電子廠房期望隨著廠房的新建及現有廠房的擴建，不斷提升自身應對市場的靈活性。?區域化。電子廠房中出現了一個新趨勢——扎根各個區域，實現制造本地化，該舉措不僅可以減輕地緣政治影響，還可享受本地政府的激勵政策。?人才轉型。從全球范圍來看，半導體行業缺乏經驗豐富的人才，行業存在較大的人才缺口。因此，需要利用新方法來吸引、留住和培訓具有多種技能的人才。人才轉型與運營效率密切相關。對于半導體制造商而言，“數字化轉型”意味著什么？數字化轉型的一個表現是智能芯片的崛起，其處理能力跟隨消費終端和工業終端不斷升級，與此同時，電子廠房的復雜性也隨之增加。面對這些挑戰，電子廠房需全面考慮進行數字化轉型。這種演變還意味著，僅優化電子廠房的單個元件是不夠的。除了進行點狀的元件優化，還需要一套的數字化管理流程，將所有單獨的優化點串聯起來。施耐德電氣建議，電子廠房應實施一體化互聯運營方案。這種一體化運營實踐將在未來為電子廠房帶來競爭優勢。為此，電子廠房設施團隊、施工團隊和運營團隊應該積極協作。電子廠房運營所需的廠務設施包括配電系統、冷卻水系統、供暖和制冷系統、供水系統、天然氣系統、化學品系統等。電子廠房的廠務管理團隊通常由電氣團隊和儀表和控制（I&C）團隊組成。這些系統的日常運維、管理和協調需要具備跨領域技術和經驗的資深員工來進行。如果能通過軟件助力整個團隊的管理，團隊的凝聚力更強，配合也會更加緊密。遠程專家支持可以幫助運營團隊處理實時報警。特別是在工廠完成調試，投入運營的初期，運營團隊將需要處理很多報警（包括許多假報警）。但是，由于運營團隊才開始接觸工廠運營，很難準確地識別出警報的真偽。同時，由于工程階段存在變更，初始模型可能會與實際運營存在偏差。通過總包商與機臺設備商協作是一個很復雜的過程。另外，有些企業可能沒有直接讓總包商把施工中的設計偏差反饋給設備制造商、運營團隊或支持人員，這會進一步增加協作難度。提升運營效率聘請遠程專家支持團隊是一種領先的實踐，可在新站點投入使用的最初90天，為操作人員提供支持。遠程專家支持團隊可通過共同管理報警，共享事件處理經驗來協助工廠運營團隊。如果沒有遠程專家支持團隊，公司在工廠投入使用時，可能需要更多的操作人員。而遠程專家支持團隊可以降低這種需求和對應的支出。此外，及時存檔和促進內部分享交流對于加速該階段也非常重要。遠程專家支持對于已建成的廠房也非常重要。當出現意外或緊急問題時，通過場外支持就可遠程快速處理。當然，這需要專家具有極高的專業水平。此外，遠程專家支持還適用于新員工缺乏經驗背景的情況。遠程支持專家可通過實時對話和其他形式的溝通，在線指導這些新員工邊做邊練，順利完成工作。客戶案例研究一家領先的半導體公司希望找到協助其現場操作人員完成日常工作。該公司擁有多家電月后擴大了應用范圍。該平臺包括特定電力設備和其他資產（如泵和現場設備）的三維?可讓現場操作人員輕松訪問最新的全流程數據（包括實時流程數據、設備文檔和已確定的特定興趣點從而更快地做出適當的決策?消除與設備的直接接觸，有助于提高工作環境的安全性?加強數字化運維程序管理，有助于避免人為錯誤?可為使用該平臺的遠程專家支持奠定基礎，有可能縮短響應時間優化設備維護遠程專家支持、預測性分析和運維數據分析可減少維護成本、延長設備壽命、最大限度?設備穩定、可靠，保障工廠運轉?在電氣設備發生故障之前進行預測，最大限度減少停機時間?避免大規模、長時間的電氣設備（如電力變壓器）故障?最大限度減少電氣設備的火災風險，最大限度地提高人員安全，保護整個工廠半導體行業競爭激烈，降低運維成本可提升企業的市場競爭力。傳統定期維護的效率不高，被動的維護方法又存在很大的風險。當前，依托數字化、大數據、云計算技術的電氣維護方式已經有了很大改變。采用現代化的、主動的、基于實際條件的維護方法，企業可大幅降低維護成本，減少因設備維護造成的中斷次數。具體實現方法有下列兩種：電氣資產性能監測施耐德電氣建議部署智能配電系統，將內置在線診斷功能的傳感器和智能設備連接到電能管理系統，并開展數字化的服務，以實現：?對于變壓器、斷路器、發電機組、自動轉換開關、UPS和電容器組等關鍵資產，從被動維護策略轉向更有針對性的維護策略?實時監測資產健康狀況，出現任何異常或潛在故障，及時發出通知?通過數字化服務，以專業知識提升維護能力，只在必要時進行精確維護電氣資產全生命周期管理施耐德電氣建議，將電氣資產數據接入兼具下列功能的專業軟件：?輕松訪問資產信息以及設定維護計劃?可接收定期維護通知，以便更好地進行計劃并避免意外故障?根據指示獲取任務，并指派給對應的工程師優化設備維護?自動生成事件日志和資產維護報告?更新數字孿生，確保以最新的狀態持續進行資產管理在供應鏈問題長期存在的背景下，電子廠房需具備檢測并預警電氣設備潛在故障的能力，以搶占市場先機。通過提前預警，可以妥善計劃維護工作。計劃維護工作包括預估需求及匹配合適的工作人員、備件和專業知識，以及遠程支持。許多電子企業普遍認為，將數據（包括電氣設備的運維數據）存儲在共享云或公共云中存在網絡安全隱患。即使這種存儲方式的優勢非常明顯，但組織通常會放大決策結果的不確定性和錯誤決策后果的嚴重性。因此，有必要加強公眾對于云計算的優勢，以及各類云中網絡安全措施穩健性的認識。在這一領域中，阻礙其發展的原因之一是云端信息管理（IT）的所有權與設施和運營（OT）管理的所有權分離。因此，這兩個部門（IT和OT）需要進行緊密合作。基于在該領域的長期實踐，施耐德電氣洞察到，跨部門數據孤島是當今半導體公司高管人員在戰略層面所面臨的最緊迫的挑戰。此外，電子廠房還期望盡可能消除技術維護對工廠關鍵電氣設備運行的干擾，減少外部人員進入現場的次數。由于設施的高安全性，這種訪問會帶來復雜性，從而導致難以為外部人員安排時間，以及存在人員安全問題（例如，暴露于高壓或中壓設備，以及可能出現弧閃事件）。因此，電子廠房亟需一套解決方案，在不干預設備運轉的情況下了解其內部情況，并進行組件檢查。遠程技術專家能夠很好地滿足半導體廠房的此類需求。在這樣的部署下，外部公司和電子廠房人員都可以共享電氣設備的運維數據，實現遙信不遙控。優化設備維護客戶案例研究施耐德電氣為一家大型半導體公司的兩座廠房提供了電力系統監測解決方案。該公司曾加強網絡安全加強網絡安全在當今互聯互通的工業世界里，網絡安全是業務韌性的基礎?避免運營中斷。網絡安全攻擊造成的生產損失意味著收入損失。如果OT系統沒有良好的針對攻擊的網絡安全防御部署，則可能造成電力監控系統和工業控制系統中斷，生產車間停止生產。?減少信息安全漏洞。數字設備（包括工業物聯網（IIoT的互聯互通增加了網絡攻擊的風險。?降低網絡漏洞的影響。除此之外，網絡漏洞還會有形和無形地造成收入、聲譽、市場信心和知識產權的損失，這些影響不僅是短時的，通常會引發長尾效應。?監管合規和ESG。世界經濟論壇（WEF）已將網絡安全列為一種環境、社會和治理（ESG）問題；并將網絡風險描述為當今組織面臨的最直接的，以及最有可能導致持續性財務問題的風險。14監管機構、客戶、股東、投資者、供應商和其他利益相關者越來越希望能通過一套經過驗證且可行的、強健的網絡安全框架，來有效管理網絡安全風險。?人員。多數情況下，人員是第一道也是最后一道防線。這一領域的關鍵要素是在業務范圍內培養網絡安全文化，持續向員工和供應鏈從業者普及安全意識。?流程。為了識別和管理網絡風險，半導體公司需要建立和執行一套強大且便于操作的流程框架。公司可以先評估自身風險和威脅，再參考行業領先標準和最佳實踐方案制定流程框架，并結合實際情況應用框架。流程技術流程術，并貫穿整個網絡安全防御線的領先實踐A.Sarnek，世界經濟論壇（WEF《為什么網絡安全是一個環境、社會和治理問題》2022年3月1日，/agenda/2022/03/three-reasons-why-cybersecurity-is-a-critical-component-of-esg/.加強網絡安全?技術。利用專門的技術來保護數字和物理環境。組織可以利用有效管理的技術來保護電子廠房及其設備系統和數字知識產權，以及與其供應商相關的技術和信息。使用全球網絡安全標準。施耐德電氣建議，應用ISA/IEC62443系列標準和NIST網絡安全框架等全球標準和行業最佳實踐。ISA/IEC62443系列標準是全球最廣為接受并應用的、面向自動化和控制系統應用的網絡安全標準。其特?解決和緩解當前和未來安全漏洞的靈活框架?確定了實施安全系統的要求和程序?利用了一種整體方法來彌合OT和IT之間，以及安全和網絡安全之間的差距。NIST網絡安全框架是基于現有標準、指導方針和實踐之上的，可幫助企業更好地管理和降低網絡安全風險，促進組織內部和外部利益相關者之間的風險和網絡安全管理溝通。16全生命周期的網絡安全。施耐德電氣建議在整個電子廠房的運營生命周期中踐行網絡安全要素：?評估：針對工業控制系統進行差距分析和信息安全風險評估，找到現狀與企業信息安全目標之間的差?設計：根據評估的結果，以縱深防御為理念，對工業控制系統的信息安全系統架構進行設計，對工控系統的關鍵資產、運營可用性、以及業務連續性進行防護和保障。?實施：根據設計的結果，對工業控制系統的信息安全防護進行相應的軟硬件部署，從而達到企業信息?監視：針對外部威脅情報和內部工業控制系統安全運營進行監視，對信息安全事件或風險預警和預判，通過預防性維護降低企業信息安全風險。?維