生产是商业发展的核心命脉,同时也是一把双刃剑,在为人类提供一切生活必需品和便利设施的同时,也在一步步耗尽地球生灵赖以生存的公共资源。“促进可持续生产”项目旨在利用制造业助力实现联合国的可持续发展目标(SDGs),并为企业注入源源不断的竞争活力。第四次工业革命带来的技术进步让我们有更多底气去实现这一目标⸺它所构建的技术生态体系涵盖海量的数字、物理和生物创新成果。随着创新 成果数量激增,高端技术的成本直线下降。

在技术进步与技术成本骤降的双重作用下,社会发展进程明显加快。但在实现可持续发展目标和提升企业竞争力方面,哪种因素的影响更甚?这正是本白皮书探讨的核心问题,也是当前世界经济论坛与埃森哲共同致力的事业。

第四次工业革命产业发展成果与联合国可持续发展目标

在世纪之交到来前的四十年里,人们曾一度认为全球商业将朝着以下方向发展:大宗商品价格随经济增长而下跌、大众生活水平日益提高、股东因公司发展而获益,经济发展一派欣欣向荣。

但随着城市人口和中产阶级消费上升,上述模式发生逆转:导致许多资源严重短缺,水和肥沃的土地等其他资源面临的压力日增。尽管企业在资源利用效率方面有所进步,但在资源保护方面却仍然较为落后。

如今,我们(至少大部分人)已经认识到:当前的全球制造业发展模式难以为继。“获取、制造和弃置”的线性经济发展模式导致严重的资源利用效率低下问题。

提倡绿色增长的创新型生产模式可以大大减轻对环境的破坏,彻底颠覆国内生产总值(GDP)依赖自然资 源消耗的传统增长路径。虽然没有任何一项技术成果能够以一敌百,全面解决上述问题,但我们可以通过构建一系列解决方案以维护全球公共资源并培育产业竞争力。本文着重探讨了在促进汽车、电子、食品与饮料、以及纺织、服装和鞋类4个产业可持续生产方面最具潜力的第四次工业革命发展成果。

汽车

虽然近年来,汽车行业销售势头强劲,业绩增长迅猛,但仍然受到了全球经济宏观发展趋势的冲击,包括所有权模式的演变、供需向新兴市场的转移、供应链动态变化以及电动和自动驾驶汽车的发展。相关创新挑战正在颠覆传统利润分配格局,打破原始设备制造商(OEM)和一、二级供应商之间的界限,让车企能够接触到更多新技术。我们考察了最有可能实现汽车行业可持续发展目标并创造更多价值的三大技术,分别是:

制造业短循环回收

短循环(即所有回收过程均保留在汽车行业中)旨在利用数字平台和就近原则建立多个合作伙伴关系来回收可以(再)制造的材料。当前建立这种短循环进行原材料回收的例子包括钢、铜、纺织品和塑料等,最大限度将回收处理流程保留在当地的汽车行业内部。

生物塑料和复合材料

将较重的金属和塑料部件替换为工程级生物聚合物和/或较轻的天然纤维增强的塑料(全部或部分采用植物原料生产)。例如,结构件可以采用由亚麻纤维和生物环氧树脂与碳纤维进行混合后生成的复合材料,比传统聚合物更轻、更便宜、也更环保。这些材料和部件适用于多种车辆系统,包括动力传送系统。

用于再制造环节的机器人拆卸技术

机器人现已广泛用于汽车制造,但在再制造领域,特别是在关键的拆卸阶段尚未普及。这一领域的进步意味着未来用于再制造的报废产品拆卸流程将变得更容易、更快速和更具成本效益,从而推动有效的资源利用并实现本行业的循环经济。

电子

电子行业拥有基于高价值产品的复杂全球价值链。但目前同时面临严峻的环境挑战,包括能源和物料密集度过高,以及化学品使用过量。近期研究显示,行业面临缺乏透明度、金属材料采购与追踪管理不善(导致假冒产品泛滥)以及物料循环利用程度过低等挑战。而最有望促进行业发展的三大技术分别是:

半导体Fab 4.0

应用先进制造技术进行硅晶圆制造以及半导体和微芯片等电子元件的生产,传统流程需要耗费大量能源和资源。优化运营有助于大幅提高可持续性,重点是在晶圆前端制造和后端制造环节中采用工业物联网、大数据、高级分析、机器学习和协作机器人等技术,在有望大幅提升能源和资源效率的新兴市场中更是如此。

电子产品自动拆卸

指拆卸电子产品以实现电子元件再利用和回收,从而降低对原材料的需求,实现材料闭环和循环经济业务模式。这一发展成果离不开适用于小型拆卸厂的模块化设计技术以及先进的机器人和自动化技术。这不仅能够降低供应链风险以及电子产品和冲突矿产的名誉风险,还能够确保原材料的持续再利用和增值。

绿色电子材料

由细菌和微生物等有机物制成的合成生物材料能够助力打造体积更小、功能更强大的设备。这些材料目前可用于制作电线、晶体管和电容器,减少人们对不可再生资源的依赖以及在电子元件中使用有毒物质,且极具成本效益。这些材料可用于制造生物兼容性传感器、计算设备和太阳能电池板组件。

食品与饮料行业

食品与饮料行业的特征之一是,只需少数跨国企业就能将世界各地的小型生产商与消费者联系起来。鉴于发展中经济体和新兴经济体都是本行业的关键参与者,可持续性问题显得愈发重要。该行业的技术含 量较低,但能在不给社会造成重大负面影响的情况下吸收创新科技。我们考察了食品与饮料行业最具可持续发展目标价值创造潜力的三项进展:

精准农业

精准农业将数据、分析技术与作物科学相结合,作出科学的农业决策。利用GPS、土壤传感器、天气数据和物联网等技术制定施肥、灌溉、收获时间、播种间距等相关决策,适用于整个农业生产系统,可在优化资源利用的同时大幅提高产量。

先进生物农业

先进生物农业将精准农业技术与利用先进的绿色化学(例如生物刺激剂和生物杀虫剂)开发的农业生物解决方案相结合。先进生物农业涵盖了源自天然微生物的各类产品,可在作物收获前后使用。这些解决方案减少了对土壤和水的化学污染,有助于防止生物多样性下降,减轻传统农业化学品给人类健康和福祉带来的风险。

基因组编辑

基因组编辑技术使得科学家能够修改基因组,精确切割并将所需的性状插入作物基因。相反,传统的基因改造技术会改造DNA以添加来自其他生物体的基因,从而生成所需性状。基因组编辑可以改进作物的耐旱性、提高作物产量和农业设备的工作效率。

纺织品、服装和鞋类行业

全球纺织品、服装和鞋类行业的整体趋势一直由市场力量决定,并由少数大型企业主导,服装品牌和精益 零售商正在推动产品价格下降。除了设计、产能和上市速度这三大领域,本行业鲜少出现技术革新,整个行业均面临可持续发展问题。我们考察了本行业最具可持续发展目标价值创造潜力的三项发展成果:

替代性天然纤维

即由不可食用或具有高纤维素的植物器官(例如菠萝叶、椰子壳、香蕉茎杆)制成的纺织纤维。纤维来源一般是不具备商业价值的农场残留物。其中还包括可用于替代棉花和石油基纺织品、纯纺织品或混合纺织品的天然纺织纤维,如亚麻、大麻、竹子和海藻。这些植物可以提供性能优良且可再生、可降解的纤维。

基因编辑纤维作物

利用CRISPR/Cas9基因组编辑来改良纤维作物,尤其是棉花。该技术有望解决因土壤侵蚀、降雨强度和农业化学品过度使用而导致的产量下降问题,同时还能为行业领导者和中国、印度和美国等主要棉花出口国提供创收机会。

生物制造皮革

指的是通过内部培育的胶原细胞在实验室培养生物制造组织以用于非动物皮革生产的活动。采用简化的鞣制工艺提纯并加工胶原蛋白,化学物质含量较低。根据设计规划尺寸和形状,因此不会造成浪费;纹理等物理特性均可定制。整个过程更迅速、更清洁,能够生产对环境影响不大的产品。

区域发展机遇

第四次工业革命在不同区域的发展速度和规模可能截然不同,例如,有的区域已拥有丰富的发展资源,而有的区域则需要从零开始。从农业社会过渡至工业社会再到后工业社会这一典型的发展轨迹已经过时。整合技术、轻资产流程和全新商业模式将助力工业直接进入最具可持续性和竞争力的发展阶段。

为了确保分析对象兼具特殊性和代表性,我们对以下区域进行了深入研究:欧洲(波兰)、非洲(肯尼亚、埃塞俄比亚)、亚太地区(印度、泰国、越南)和拉丁美洲(阿根廷、墨西哥)。虽然一两个国家的情况分析无法代表整个区域,但我们可以从中发掘一些明显趋势,从而由点到面,根据区域特殊情况采用相应的新技术。

能够促进可持续生产的区域发展机遇
各国未来制造业准备状况

促进可持续生产框架

相比空谈可持续生产,衡量项目进展需要大量投入。为确保各国政府和企业圆满完成可持续发展任务,我们构建了首个在线框架以评估第四次工业革命发展成果的商业和可持续发展潜力。

该框架采用了专为世界经济论坛数字化产业转型项目所开发的风险价值方法,并将范围扩展到了物理和生物技术,并对其进行适应性调整以解决制造业领域的特殊事项。 框架旨在:

  1. 衡量在生产系统中应用特定技术能够创造的所有价值;
  2. 确定可持续发展目标的影响及其相关目标和衡量指标。

从而在战略层面凸显可持续发展目标与行业价值创造之间的联系,并进一步扩大第四次工业革命创新成果为整个生产体系带来的诸多优势。

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