領袖觀點|綠色智慧製造

作者:

周至宏

刊登日期:2022/08/30

節能減排已成為國際間最受關注的議題,全球各大品牌及各國紛紛宣示其達到零排放/負碳排/碳中和之時間與目標,綠色供應鏈、節能減耗、淨零碳排等全球趨勢,成為臺灣製造業未來10至15年必須重視的營運新課題!另外,歐洲議會在2022年6月22日正式通過的“碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM)”法案、美國參議院議員在2022年6月7日提出的“清潔競爭法案(Clean Competition Act, CCA)”草案等國際市場的遊戲規則,以及目前全球已有136個國家宣示淨零排放目標,已顯示淨零碳排不只是刻不容緩的環保議題,更攸關國際競爭力。臺灣經濟發展以出口為導向,臺灣企業對國際市場的遊戲規則,必須重視及跟進,以避免被全球市場排除在外、以避免失去國際競爭力[1];臺灣產官學研界應超前部署共同合作來協助企業(尤其是出口佔多數的產品),進行碳盤查,進而研發節能減耗技術,以助益臺灣企業的國際競爭力及永續發展。

企業有價值端、資產端、生產端等三個構面。[A]價值端的主軸係精實生產,其關注:生產什麼、如何滿足市場需求、如何創造市場需求、什麼時候生產、生產多少、如何規劃排程等,核心則是:用最少工作、降低浪費,提升與創造客戶價值。[B]資產端的主軸係優化資產效益,其關注:如何使用與維護、資源如何高效利用等,核心則是:經由物盡其用、設備預知保養、資源循環再利用,來創造資產價值最大化。[C]生產端的主軸係綠色智慧製造(Green Smart Manufacturing),其關注:如何智能優化品質、精度、效率,及節能減耗等,核心則是:將綠色製造(Green Manufacturing)與智能製造(Intelligent Manufacturing)成為企業永續發展之合二為一的戰略。

綠色製造(Green Manufacturing)係以傳統製造技術為基礎之綜合考慮環境影響和資源效益的現代化製造模式[2],其目標是基於Reduce、Reuse、Recycle、Recovery、Redesign、Remanufacturing等6R創新元素,使產品從設計、製造、包裝、運輸、使用、到報廢/回收處理的整個產品生命週期中,對環境的負面影響最小,資源利用率最高,以及使企業在經濟效益和社會環境效益之間能相互優化協調[3]。綠色製造的目標是充分利用各種新材料、新技術和新方法,在保證產品的性能、品質、成本的前提下,實現製造業的節材、節能,並減少各類不利於生態環境的排放,可從資源和能源消耗的源頭,解決生命週期之二氧化碳等溫室氣體的高排放問題。綠色製造係以工業生態學、永續製造、循環經濟、和潔淨生產等為理論與技術基礎,利用產品全生命週期中各階段的綠色技術實現資源利用率最高、能源消耗與排放最低。精實生產技術是以系統與永續的方法消除製造中的浪費為目的之生產方式,減少製造過程中的環境影響和資源消耗是綠色製造中的重要考量之一,精益生產技術可以看成是綠色製造工程的一個環節。從綠色製造工程的技術體系來看,可以將綠色製造分為綠色設計、綠色生產、綠色物流、綠色運維、回收處理再利用等五大部分,其中,綠色設計包含了高能效設計、輕量化設計、可回收性設計等;綠色生產包含了綠色產品技術、綠色工程技術、工場節能調度等;綠色運維包含了產品運作狀態的線上檢測、性能提升服務等;循環再利用則涉及到產品回收物流、共享利用及再資源化等[4][5][6]。
智能製造(Intelligent Manufacturing)是感測器技術、3C (Control, Computation, Communication)技術、人工智慧技術、自動化技術、和製造技術的深度融合,從設計、研發、生產、管理到服務之全產業鏈的優化,不斷提高生產效率和產品品質,創新製造業發展模式,其為實現製造業優質發展的必要之路。應用與整合Experimental Design、Inductive Artificial Intelligence、Deductive Artificial Intelligence、Theoretical Methods、Control Technology等技術,來提供企業之優化品質、精度、和效率的Total Solutions,並能在生產系統、品質保證、製程優化等面向具有優質成效,已成為多年來全球產業界在智能製造領域所關心的研發議題與方向;然後將應用數位與智慧科技協助製造業在智能製造領域之已展現優質研發成效的成果,可先從降低能耗及碳足跡可視化等兩個面向,來賦予智能製造再進一步發展綠色升級。[A]降低能耗(綠色升級的關鍵一環):(1)通過能源管理來合理利用能源,及通過對重點耗能設備的數據分析,合理規劃與利用能源,以降低單位產品的能源消耗。(2)通過智能優化能源調配、系統式優化製程的運作策略,從而促進節能減排。[B]碳足跡可視化(助益碳盤查)[7]:(1)在採購環節,基於物聯網體系,供應商可提供碳排放量資訊,生產企業能從原材料物聯網體系中獲取碳足跡資訊,實現了供應商數據共享。(2)在生產製造環節,基於物聯網體系,生產企業將原材料碳足跡與產品進行聯結,把原材料的碳足跡附加到產品中,同時利用物聯網對生產過程中使用的設備進行監測,即時採集加工時間、用電量、溫室氣體逸散等資訊,以進行碳足跡計算並與產品進行綁定。(3)在物流運輸環節,建立基於物聯網的物流追蹤體系,做到產品與運輸工具相互綁定,即時監控物流過程和記錄運輸距離以進行碳足跡計算,再將碳足跡資訊註冊到產品中。(4)在銷售使用環節,消費者通過掃描產品上的QR Code標識,就可查看整個供應鏈環節上產品的碳足跡資訊;消費者在使用產品時也可通過主動標識的方式,即時採集使用時間等資訊,觀察與記錄使用過程中產品的碳排放資訊。(5)碳足跡可視化所蒐集的數據資料,運用系統化、資訊化及AI技術,可協助業界建立即時估算碳足跡、甚至預測碳足跡的能力。

進而將綠色製造與智能製造融合為一,發展成整合智慧轉型及低碳轉型之雙轉型技術(Twin Transition)的“綠色智慧製造(Green Smart Manufacturing)”,將其價值鏈從原材料資源、設計與製造、供應分銷、使用和重複使用、回收和再利用等五大環節入手[8],使整個價值鏈連通,來深化與精進綠色智慧製造的發展及效益,及生產綠色產品致力於客戶低碳/去碳的產品與服務,助力實現碳中和:(1)原材料資源—減少對於原材料資源的使用、選擇綠色低碳原材料、以智能技術加速研發低碳新材料;減少對遠程物流的需求,考慮選擇區域化供應既可以減少供應鏈碳足跡之原材料的物流,又可以提高供應鏈對潛在衝擊的韌性抵禦能力。(2)設計和製造—改進生產製造流程並降低浪費,製造端使用再生能源、負碳技術、改善電源效能、提升能源使用效率;應用Digital Twin及AI技術,來優化產品的設計與製造、及設備之健康診斷與預知保養;應用智能化技術優化排程規劃、及優化加熱和冷卻系統;馬達系統的電能消耗量高達全球總量的50%以上,其中約30%被工業系統消耗,在馬達驅動系統,採用高效馬達/變頻馬達、及智能控制技術,來降低能耗;採用輕量化設計,及使用更環保的材料、提高可回收性、提高可修復性、將製造程序轉換為低碳製程,以綠色設計為根本來設計永續性的產品;在工廠之5G網路系統的發展上,納入節能設計;在生產流程,根據即時提供的產線數據來智能優化製程,減少資源損耗,並提升產品品質。

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