1、化挑战为机遇释放电子信息制造业发展潜力（安全可靠）施耐德电气参考指南 AngLisa de Leon Alice Ducatillon Melissa HertelClaude Houbart Santini Sharon HuaTony Hunt Edward Jarvis Kishore Natarajan Bess NgDaniel Oh Ronald Payumo Morgane RamiChristophe Ronzano Geoffrey Scaringella Debbie SetoDallal Slimani Elliott Turek Jordan Vagnon胥颖李萌萌于方

2、鸣Hoffman Power Consulting Steve Hoffmaniii目录摘要i致谢ii目录iii简介1提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性6加强网络安全12关于施耐德电气17首字母缩略词含义19011简介简介编写本指南的目的本指南旨在：阐释电子厂房应当如何应对挑战并将其转化为商业机遇。通过具体场景示例，分析助力电子厂房在全球提升竞争力的领先实践。为施耐德电气现有客户及潜在客户提供一本实现可持续发展目标、提高生产可靠性、降低成本、缓解供应链问题和应对其他挑战的全面参考。场景示例在本指南中，挑战即为机遇。本指南介绍了半导体制造行业的重要“场景示例”。每一个示例均可视为企业当下面临

3、的艰巨挑战，其中许多是由于电子行业当前的快速增长导致的。然而，这些示例也可以转变为机遇，积极并高效应对这些挑战将助力行业领先公司进一步提升全球竞争力。以下即为场景示例（见图1）：实现可持续发展目标提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性加强网络安全加强供应链管理降低能源成本提升运营效率优化设备维护吸引/留住高素质人才本指南逐一分析了以上示例中的驱动因素/核心挑战、将挑战转化为机遇的关键实践及案例研究。2简介基于全生命周期管理提升竞争力通过全生命周期管理，可提升企业在半导体行业中的国际竞争力。其中，部分示例与能源的使用、成本、质量、可靠性、韧性及可持续方面的高效管理紧密相关。通过全生命周期管理，可

4、提升企业在半导体行业中的国际竞争力：在项目阶段（电子厂房的设计和建造），通过降低总拥有成本、优化成本效益等方式应对国际市场需求。在运营阶段（电子厂房的运营和维护），通过提高系统韧性以保障全天候运营、确保投资回报、保持产品的高质量和准时交付、延长设备寿命、保护品牌声誉，从而降低运营支出，提升竞争力。本指南全文（包括可持续性关键领域）主要围绕以下两个主题展开：顺应工业4.0和数字化转型的背景，设施管理智能化转型的重要性日益提升电子厂房从上至下对运营效率和能源效率的重视与日俱增图1 本指南深入剖析了电子厂房的八大示例可持续发展高素质人才运营效率供应链网络安全可靠性、质量和韧性设备维护能源成本电子厂房

5、示例3简介选择一个在能源管理、工业自动化、数字化转型及可持续发展等领域拥有专长的合作伙伴，能够为芯片厂的建设提供强有力的服务和方案支持。效率的定义本指南将“效率”定义为电子厂房通过可量化的关键绩效指标（KPI）或其他指标来衡量改进方向，并据此来提高盈利的能力。在本指南中，“效率”是由客户定义的，因此涵盖了电子厂房寻求改进和提高效率等方面内容，例如能源效率、运营效率、生产效率、设备维护效率、人员培训效率等。这些效率中的每一种形式都可以使用KPI或其他制造厂当前使用的指标（例如，每单位产品的能源消耗）来衡量，而非采用外部公司建议的指标。现有的指标可应用于部门独立推进的项目、也适用于跨业务部门间合作

6、的项目，或是与拥有良好业绩记录的合作伙伴的联合进行的创新业务。在部分案例中，制造厂需要和外部公司或其他实体企业合作，才能达成目标，进而这又提升了外部公司与制造厂共同创新的商业效益。以为客户驱动的过程包括问询和适用公司目标、方案需求、约束条件、KPI等，进而将其作为改进的起点。这种方法同样适用于制造厂的设施侧和制造侧。这种方法同时适用于电子厂房设备端和制造端的“效率”评估。迈向数字化转型探索电子厂房数字化转型的最佳方式是跳出传统运营思维，确定未来3-5年的愿景。数字化转型解决方案有助于电子制造厂实现这些愿景。这种策略能使制造厂决策者的思维暂时脱离当前物理世界（即厂房、资产和设备）的约束。数字化转

7、型需决策者统筹全局，着眼未来，而非仅专注于解决当下存在的各种问题和挑战。因为也许3-5年后，当前的问题已不复存在。上述顾问式的方法能够帮助决策者突破现实条件的牵制，厘清转型目标和愿景，而这一方法也同样适用于生产运营、计划、维护、培训等。愿景明确之后，需要进一步制定实现它的步骤路线图。这一路线图构筑了当前的制造厂与3-5年后的制造厂之间差距的桥梁，确定了如何沿着一条道路从“A”（今天）走到“B”（未来）。这一过程可以以设计思维工作坊的形式开展。在工作坊中，团队成员可以共建愿景，并以该愿景为背景，将数字化转型、联合共创、人才转型及其他优化提升路径融入其中。4简介顾问式策略数字化转型并非是一项技术性

8、的工作，而是通过技术和流程的结合来满足特定的业务需求。“多问为什么”的顾问式策略在为客户提供解决方案时，传统的方法是直接向电子厂房负责人推荐某些技术，或者询问其所需的技术，进而提供技术。然而，与其询问他们需要什么，不如去了解其背后的原因。通过询问诸如“为什么贵公司想要这种技术？”的问题，引导公司负责人思考并分享其需求、使用某种特定解决方案的原因，并解释该解决方案将为公司带来什么样的商业价值。以这样的方式与客户沟通，帮助客户进行深层的思考，引导他们深入分析自身的业务需求、限制和目标，可以避免他们在不了解自身诉求的情况下，选择了不够适配的产品和解决方案。首先应关注企业当前使用的解决方案“多问为什么

9、”的顾问式咨询过程应首先着眼于企业当前使用的解决方案，在当前解决方案的基础上改良优化，而不是推荐企业使用完全不同的方案。该策略适用于解决有关数据收集、网络安全、保密、隐私、云计算的使用、共同监测以及其他的潜在问题。在咨询过程中，需要询问企业想要使用什么技术，以及目前可以使用什么技术。这种策略也许能改变企业与外部公司的合作方式。在此过程中，解决方案供应商需要询问的关键问题包括：您是否需要此项服务？目前的业务痛点是什么？当前有哪些策略？为何会采用这些策略？如果我们可以提供便于您采取实际行动的解决方案，您是否感兴趣？对于上述问题，如果回答是肯定的，则推荐做法是向其说明此项服务将需要外部公司和制造厂一

10、起获得并查看某些信息。并继续确认企业内部由谁，或由哪个部门负责管理此访问权限，并与负责的授权人员展开讨论。解决方案提供商需要一同参与讨论并对该方案的应用做出解释，接下来应该了解的问题为：您目前使用的是什么方案？之后您想如何做改造？此时，实际上就已经开始在设计最佳的解决方案了。与外部公司向企业直接提供产品的常见方法不同，上述方法实际是在提供一项服务，其目标是通过明确业务目标，收集实现目标所需的信息，利用共同制定的流程收集数据并采取行动，并验证行动的结果。实际上，过往常用的直接替换方案（即简单地使用输出信息的产品）并不完美，因为那只是为了提供信息而提供信息。企业根本不理解信息的真正价值和作用，无法

11、理解这些信息能够如何帮助企业实现业务目标，也无法根据这些信息去采取针对性的行动。502提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性6提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性驱动因素由于电子厂房高度依赖当地电网的电力供应，这可能导致企业面临电力供应可靠性、电能质量和系统韧性的挑战。电力可靠性、电能质量和系统韧性不足可能降低运营效率和生产力、增加运维成本、损坏设备并导致成本高昂的意外停机。厂区内的配电网和电气系统愈加复杂。对于电子厂房而言，这些复杂性来自设备类型增加、数字化程度升高、信息技术（IT）和操作技术（OT）网络的融合、物联网（IoT）的使用，以及其他终端。但是，这些系统都需要可靠，有弹性的电力。

12、在此背景下，电能质量问题（如电压干扰和波动）变得越来越频繁：电能质量问题每年给欧洲经济造成的损失约为1,500亿欧元（1,630亿美元）。12每次电压骤降和停电事故会给电子厂房造成约10,000至50,000欧元（11,000至54,000美元）的损失。1330-40%的停机事件是由电能质量问题造成的。超过15%的设施在运行时存在电能质量问题。电子厂房对这些波动很敏感，需要抵御短时间电能质量波动，以及稍长时间的电力中断。领先实践为了降低电子厂房面临的风险，需减少其对当地配电网的依赖性。减少对电网的依赖施耐德电气建议主动采取措施，通过利用适当的电力系统设计、适当的电源调节设备、内部或第三方电源以

13、及内部电源管理系统，确保即使在电网停止供电的情况下，也能维持电力供应。电子厂房的基础构成要素之一是一套可应对风险的最佳电力系统。然而，只要在设计时增加了复杂性，就有可能增加风险。系统的过度设计以及过度复杂可能引入故障点和更多风险。因此，需要达到一种平衡，让可靠设计在不引入额外未知因素的情况下提供更多可靠性。12 J.Manson，R.Targosz，泛欧电能质量调查报告，莱昂纳多电能质量联盟（LPQI），2007年，https:/www.semanticscholar.org/paper/PAN-EUROPEAN-LPQI-POWER-QUALITY-SURVEY-Targosz-Manson

14、/9c8b59b90b1371f0b2fa703841d6d6663cda3ada.13 电力研究协会（EPRI），建筑师和工程师电能质量应用指南（TR-113874，Palo Alto，CA 1999），https:/ 纠正或“治理”厂房进线侧的电能质量。第二级 重要负荷带UPS，以确保在限电和停电期间能不间断供电。第三级 使用备用电源系统，以维持关键负载的持续供电（如几分钟、几小时或几天）。目前，电能质量治理和系统可靠性提升的使命分别由不同的设备来承担。未来，施耐德电气将采用一套电源调节设备提升韧性，全面抵御各种干扰（从不到一个周波的中断，到几秒钟，再到几分钟、几小时甚至几天的中断）。这一

15、领域的技术进步将为电子厂房提供持续稳定，清洁的电力，使其免受电网电压波动的影响。这些设计将即时减轻短期停电、长期停电，以及电能质量问题对制造厂带来的影响。配电数字化大多数情况下，功率缓解装置会自动运行。但是，电子厂房如何才能了解其在以下两个时间维度上面临的风险：1)实时风险，2)随着时间推移而产生的风险。因此，需要通过定期的数据采集，收集特定时间内的电能质量数据，并使用人工智能（AI）分析现场电气系统风险的潜在原因和根本原因。实时监控。根据数据监测关键指标实时趋势，确保厂房处于低风险状态。电力相关事件可能会发生得很突然，很迅速，且有可能造成灾难性的后果。通过实时监测收集与这些事件有关的信息，有

16、助于快速诊断、有效应急响应，以及快速地进行事件恢复。生产时间减少就意味着收入损失，加速恢复电力对于电子厂房而言至关重要。电气资产生命周期管理。电力相关设备和系统会随着时间的推移而老化，而电气资产生命周期管理对于这些设备的监控而言，至关重要。不断变化且缓慢发生的慢性变化可能引起与电力有关的问题，导致韧性降低。进行电气资产生命周期管理，制造厂可依据指标检查趋势，了解使用过程中发生的变化，以确保电力的可持续性和韧性。还可以采集相关信息，以支持运营维护和厂房改扩建等决策。电气系统数字孪生提高电能可靠性、质量和韧性，另一种有效的方法是开发和利用电气系统数字孪生。数字孪生是指模拟真实世界系统的形态和其运行

17、状态的任何软件或模型，旨在通过仿真分析，来提升决策效率和质量，优化组织的运营、规划、人员培训并实现其他功能。8提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性电子厂房应特别关注配电系统的数字孪生（“电气系统数字孪生”），因为数字孪生可解决电子厂房整个生命周期（设计、建造、运营、维护）内的电力供应可靠性、电能质量和系统韧性问题，并协助缓解其他业务挑战，包括：通过仿真改善人员培训的效果访问唯一可信数据源来辅助运维，并加速故障溯源模拟配电系统设计，加快厂房建设和产品上市让运维人员根据工厂真是负载状态进行“假设性”预警模拟，从而在故障事件真正发生时快速采取必要行动施耐德电气建议通过以下三步来开发并实施电子厂房的

18、电气系统数字孪生（请参见图12）。第1步：开发工厂电气系统的数字孪生：建立稳固的基础，确保合规安全。该步骤需要创建工厂配电系统图的数字化文档，可将纸质图纸或AutoCAD格式文档转化为完整电力系统的电气系统数字孪生。电气系统数字孪生将成为工厂全生命周期电气设计的唯一数据源。企业管理人员、设计工程师、操作人员、规划工程师、现场工程师、维护人员、自动化工程师、控制和审批人员以及分析工程师都可以访问该模型。图13展示了电气系统数字孪生可实现的功能。电力系统仿真电气研究和设计电气系统数字孪生第1步第2步第3步利用数字孪生来提高效率、弹性、可持续性和可靠性确立并稳固基础，确保合规安全实时优化和保障运维图

19、12开发并实施电子厂房配电系统数字孪生的推荐三步法9提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性第2步：进行电气研究和设计：利用数字孪生来提高效率、韧性、可持续性和可靠性。图14阐述了电气系统数字孪生可优化的数据分析。第3步：模拟电力系统：实时优化和保障运维。本步需将数字孪生连接至实时测量和拓扑结构，以评估实际系统对操作人员操作的响应，从而实现预测仿真(“假设”场景)、操作人员培训仿真和“操作前验证”功能。图15所示为电气数字孪生的其他使用方法。图14电气系统数字孪生可促进电子厂房配电系统进行的分析提升工厂可靠性强化安全性现代化计划确保现有设备的安全确保系统设计的安全性，具体措施为运行静态、保护和动

20、态分析；致力于践行工厂经营理念致力于新架构并确定现有资产所需的改造，具体措施为模拟新流程、可再生能源、存储和电动汽车移动电源集成检查设备的设计规范通过开展短路、负载流和谐波分析，根据国际规范（如IEC、ANSI、GOST、BS等）进行检查开展安全性研究，以符合电弧闪光的要求并界定个人防护装备图15将电气系统数字孪生连接到电子厂房配电系统实时数据的实时能力提升工厂可靠性缩短恢复时间优化运营支出延长设备寿命确保运维活动的安全，具体措施为根据实时工厂负荷情况进行“假设”分析优化工厂现代化，具体措施为基于实时工厂负荷，模拟新流程、可再生能源、存储和电动汽车移动电源集成通过根据实时现场数据进行模拟，从而

21、确保资产的当前使用情况落实电能质量管理系统，追踪和纠正谐波突发事件快速分析根本原因，具体措施为收集历史程序数据，开展事件回放和取证分析图13电气系统数字孪生可为电子厂房配电系统实现的功能安全可靠合规节约运营支出有机会加强连接解锁所有利益相关者共同的数字化单一数据源和数据连续性，保持技术文档真实可信，可供未来维护规划之用减少工程、数据收集、停机成本等方面的运营费用通过SCADA连接扩展监控和分析，解锁高级功能，提供数字化转型的基础通过施耐德电气的远程模型更新协助，完成SLD更新，助其遵守规范和标准10提高电力供应可靠性、电能质量和系统韧性客户案例研究一家大型半导体芯片制造商需要维持洁净厂房的24

22、/7连续运转，同时应用大量工艺机台设备实现生产。该公司力求确保电力系统的可用性和可靠性，并尽可能降低电网波动对生产的影响。为应对这些挑战，施耐德电气为客户定制了表计解决方案、使用UPS确保电力安全、使用边缘控制层的监测软件并提供各种咨询服务。这些工具可实现：提供详细的分析报告，以改善工厂电能质量；迅速发现异常并通过电子邮件通知指定人员；导出能源账单，并将其发送给会计或财务系统；协助确保电能质量合规；协助提高电力系统的安全性、可靠性和效率。1103加强网络安全12Internal加强网络安全在当今互联互通的工业世界里，网络安全是业务韧性的基础，也支撑着大多数电子厂房的经营活动。驱动因素针对电子厂

23、房行业制定全面、稳健的网络安全计划的主要驱动因素如下：避免运营中断。网络遭受攻击，会造成生产损失和收入损失。如果违反了OT环境的要求，则可能造成电力监控和控制系统中断，生产车间停止生产。减少网络攻击风险点。数字设备（包括工业物联网（IIoT）的连接和增长增加了网络攻击的风险。降低网络漏洞的影响。除此之外，网络漏洞还会有形和无形地造成收入、声誉、市场信心和知识产权的损失，这些影响不仅是短时的，通常会引发长尾效应。监管合规和ESG。世界经济论坛（WEF）已将网络安全列为一种环境、社会和治理（ESG）问题；并将网络风险描述为当今组织面临的最直接的，以及最有可能导致持续性财务问题的风险。14监管机构、

24、客户、股东、投资者、供应商和其他利益相关者越来越希望了解并验证强韧的框架，管理网络安全风险。领先实践整合人员、流程和技术。施耐德电气建议，应通过预判风险，制定网络安全协议来提升运营技术的可操作性，全面系统地提升网络安全性。该协议的执行需要整合人员、流程和技术（见图16）：人员。一个了解网络黑客技术并能及时做出防范的人员团队，可提升企业的网络安全保障。多数情况下，人员是第一道也是最后一道防线。这一领域的关键要素是在业务范围内培养网络安全文化，持续向员工和供应链从业者普及安全意识。流程。为了识别和管理网络风险，半导体公司需要建立和执行一套强大且便于操作的流程框架。公司可以先评估自身风险和威胁，再参

25、考行业领先标准和最佳实践方案制定流程框架，并结合实际情况应用框架。14 A.Sarnek，世界经济论坛（WEF），为什么网络安全是一个环境、社会和治理问题 2022年3月1日，https:/www.weforum.org/agenda/2022/03/three-reasons-why-cybersecurity-is-a-critical-component-of-esg/.图16整合了人员、流程和技术，并贯穿整个网络安全防御线的领先实践人员流程技术13Internal加强网络安全技术。利用专门的技术来保护数字和物理环境。组织可以利用有效管理的技术来保护电子厂房及其设备系统和数字知识产权，以

26、及与其供应商相关的技术和信息。使用全球网络安全标准。施耐德电气建议，应用ISA/IEC 62443标准和NIST网络安全框架等全球标准和行业最佳应用。ISA/IEC 62443标准是全球唯一达成共识基础、面向自动化和控制系统应用的网络安全标准。其功能如下：15解决和减轻当前和未来安全漏洞的灵活框架确定了实施安全系统的要求和程序利用了一种整体方法来弥合OT和IT之间，以及安全和网络安全之间的差距。NIST网络安全框架是基于现有标准、指导方针和实践之上的，可帮助企业更好地管理和降低网络安全风险，促进组织内部和外部利益相关者之间的风险和网络安全管理沟通。16运营生命周期的网络安全。施耐德电气建议在整

27、个电子厂房的运营生命周期中践行网络安全要素：初始评估。评估和审查系统，以识别系统漏洞与风险点，发现网络安全隐患，评估人员安全意识，提供紧急响应服务等。设计和执行。在充分了解公司的定制化需求和要求、熟悉行业标准和可参考的经验后，设计、开发和实施有效且可防御的网络安全体系，保护重要的基础设施。监控。对网络安全解决方案进行监控，及时检测威胁，应用补丁，并确保设备和整个系统的平稳运行。维护。持续检查和更新网络安全保护性能至关重要，确保技术信息实时更新，并定期对系统和技能进行测试，最大限度地提高安全性，实现无忧运营。培训。在持续有效的网络安全保护中，人是最重要的因素。因此，应针对组织中的不同职位设计和提

28、供有效的培训。公司还需通过一系列有关基本的网络安全意识和专家级技能的培训，营造网络安全文化。15 国际自动化学会，https:/www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-iec-62443-series-of-standards 16美国国家标准与技术研究院（NIST），网络安全框架，https:/www.nist.gov/cyberframework.14加强网络安全图17电子厂房运营生命周期的关键要素政策和程序资产库存差距分析风险和威胁合规性安全咨询设计和执行培训监控维护安全意识安全工程师安全管理员高级专家纵深防御安全

29、架构资产管理安全保障级别系统强化解决方案集成防火墙安全设备管理威胁管理设备安全运营技术、SIEM支持系统升级安全补丁事件响应15Internal加强网络安全数字化加速了IT与OT的融合，帮助公司及时做出更好的业务和运营决策，从而更好地应对不断变化的市场动态和竞争格局。公司需要从不同的角度思考网络安全问题，才能妥善利用IT与OT的融合。想要根据实时操作数据做出更好的供应链决策，就需要利用新的战术方法，转换思维方式。运营技术（OT）和生产系统不会再被独立的标准和硬接线阻碍。此外，传感器、智能设备和其他有风险的数字化终端的激增扩大了黑客的攻击面。公司需要制定健全的战略，采用全面的方法来应对这些潜在的

30、攻击。从董事会、最高管理层到车间的各个层面员工，都需要具备网络风险管理能力。在执行层面，可通过雇用有经验的员工来管理和落实举措，更好地发挥技术优势，并制定完善的管理和操作流程及政策来确保业务进展。单纯依靠技术无法发挥作用，人员、流程和技术整合良好才是关键。生产经营活动可以外包，但风险不能。16关于施耐德电气17关于施耐德电气施耐德的宗旨，是赋能所有人对能源和资源的最大化利用，推动人类进步与可持续的共同发展。我们称之为Life Is On。我们的使命是成为您实现高效和可持续发展的数字化伙伴。我们推动数字化转型，服务于家居、楼宇、数据中心、基础设施和工业市场。我们通过集成世界领先的工艺和能源管理技

31、术，从终端到云的互联互通产品、控制、软件和服务，贯穿业务全生命周期，实现整合的企业级管理。我们是一家拥有本土化优势的全球企业，致力于推动开放的技术及合作伙伴生态圈，积极践行有意义、包容和赋能的共同价值观。http:/ 电话：(010)8434 6699传真：(010)8450 1130Schneider Electric Building,No.6,East WangJing Rd.,Chaoyang District Beijing 100102 P.R.C.Tel:(010)8434 6699Fax:(010)8450 11302023年9月2023 施耐德电气保留所有权。文中出现的施耐德电气产品商标为施耐德电气及其子公司和附属公司财产。文中出现的其他企业或品牌商标为其所有者财产。未经施耐德电气书面授权，不得以 任何方式复制、抄袭、影印、翻译本文档的任何内容。凡转载或引用本文任何观点、数据等信息，请注明“来源：施耐德电气”。施耐德电气（中国）有限公司Schneider Electric(China)Co.,Ltd.