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掌握「过去」、「现在」、「未来」 绿色制造正当道

科技快速发展,工厂绿色智能化的议题也成显学,强调「绿建筑」与「清洁生产」也成自动化厂商重视的课题。图:ABB提供

近年环境议题当道,「绿色制造」成为显学。从厂房到产线,所谓的「绿色规划」已成为智能工厂发展的未来趋势,透过系统性解决减碳、节能到环境保护等相关议题之解决方案,已成重点,值得注意。

话题可以从Apple开始聊起。根据路透社报导,Apple于2018年4月宣布,已实现10年前定下的目标,让全球所有设施100%采用可再生能源供电。自2015年以来,Apple 开始推动其直接合作的企业将清洁能源用于Apple产品生产中;2019年中已有44家公司加入了该计画,其中包括富士康和台积电等重点合作企业。包括Google与 Apple等品牌均宣誓加入「绿色制造」行列,可见环境议题的确成为制造业高度重视的重要议题。

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要实现智能绿色工厂,「信息可视化」是重点,尤其是产线资源应用与机台生命周期监控上也是现时重点。DIGITIMES

能源耗竭、气候变迁、生态资源枯竭,再加上环境污染等问题,已让全球重新开始面对艰辛的挑战,2018年世界自然基金会(World Wildlife Fund;WWF)就表示,2018年8月1日人类已用掉2018年地球供人类一年份的树、水、土地、渔货等资源量,而释放的碳排放,也已超出海洋与森林所能负荷且吸收的量,这种「寅吃卯粮」状况,从1970年代开始急速加剧,2018年已在「进步」到半年吃光地球资源的新高,显示资源面临过度使用的极端浩劫。

为了因应这个极端状况,各国政府与国际组织纷纷采取各类对策,亦衍生出全球标准规范,从京都议定书、ISO14064系列等标准,到碳权的规范与买卖、欧盟排放交易制度及碳中和、碳足迹追踪等相关技术,不一而足。

「绿色制造」在此趋势下成为显学,当然,以制造业起家的台湾企业,也多已开始透过绿化的信息工作环境等方式,以最具经济效益的方式,部署所需之信息系统架构,设法让工厂从代工型态的营运模式,透过智能系统解决方案的加持,转型为绿色工厂。

台湾政府也透过政策支持产业推动节能减碳,逐步朝向产业绿化与建立绿色产业,经济部工业局依「行政院智能绿建筑推动方案」,在2012年就已建立绿色工厂标章制度,受理工厂标章申请。所谓的「绿色工厂标章」资格,需同时符合硬件及软件两层面之绿色规格—在硬件部份,厂房建筑物需取得内政部绿建筑标章,而在软件部份,生产营运管理必须以「清洁生产」为标的,进行系统优化设计。

建筑与产线  都是绿色化重点

所谓「清洁生产」,基本定义在于产品从设计、制程、废水及废弃物减量、包装、运输直到资源回收的全生命周期,都必须「对环境友善」,并寻求最少资源的最大效能,从此延伸这个概念到「绿色采购」、「绿色制程」以至于「绿色贸易」等一连串绵密并层层节制的整体系统来规划落实。

早期所谓的制程清洁化,主要的实践单位以IT部门为主。这个部分的规划主力在「节能」与「效率化」,其中包括整并主机、减少机房空间、主机虚拟化等,但事实上,传统针对IT部门进行绿色制程的开发,对制造业而言并不切实际,主因在于制造业中,IT部门消耗的能源成本,占机关总能耗的比例其实并不高,而过去对高科技的想象多在资料端,这样的思维其实有些设限。

对于工厂能耗的问题解决规划,以制造业IT部门的角度来看仍以「支持」为主,它存在主要目的应属于「监控」角色。IT团队除了与设备管理团队建立良好的合作关系,以便部署相关管理软、硬件,更要对工厂的供水、照明设施和空调装置等设备进行实时监测和控制,绿色智能工厂的形象,才能完全落实。

这个部分,其实是「清洁生产」与「绿建筑」合而为一的具体思维。以制造端的水资源监控为例,其最大消耗之处多是空调冷却系统的冷却水,利用更有效的方法(包括温度监控与通风设定)来规划空调设备之使用,甚至将工厂原始设计就带入绿建筑思维,象是收集屋顶雨水储存于蓄水池供冷却系统使用,也是节省水资源的方式之一。

除了建筑本身的调整之外,也可透过制程清洁化建构清洁生产以达成环保目标,这主要的原则是从产品生产周期观点出发,从原物料、制造、使用、运输及废弃等5大阶段进行碳足迹盘查,将制程中直接与间接所产生的二氧化碳排放量与资源耗损状况进行整体性的统计。

台湾的确在此有些成功案例,以友达光电为例,近年来在智能厂房上持续投入能源最佳化方案的研拟设计,包括「数码电表与水表」等创新电子化管理平台强化管理水电使用效率,或是依据机台不同需求,设计双压力的压缩空气系统,每年将可比单压系统省下约4,000万度电。

但即便如此,绿色制程的推广之路仍是充满阻力,象是许多企业虽然都将计算机电源管理保持为省电装置,但内政部营建署信息室就指出,约70%的员工会把这项设置关闭,显示另一层面的「教育」仍待加强。

产线生命周期监控  有其必要

另一方面,当然要达成「全面绿色化」的目标,「可视化」是最重要的因素之一,尤其在系统维护的监测上,更是重要指标。虽然一般的认知中认为,系统维护虽然不是产品制造的主轴,但在绿色制程上,可说是是重要的一环,因为设备故障的突然发生,系统的维护成本势必增加,更会影响企业的生产效率,加上料件的损失及破坏,不但造成成本提升,更因此降低效能,也造成环境的负担。

即使自动化已发展多年的美国也无法避免,每年有高达2,000亿美元的费用,用于临时维修设备的维护成本,显示设备的故障已经不能当成偶发事件看待,许多隐藏性的因素因长期累积问题,造成系统临时故障,所以必须透过随时监控机台的性能,当系统中某些参数显示系统性能已「不正常」时发出警示,透过这些信息在设备故障前进行维修的「预知诊断」,已成为智能工厂系统的重要功能设计之一。

预知诊断目前已实际应用在工厂制程,藉由分析实际生产在线设备的不正常数据,透过客制化的系统监控机台「健康状况」,并与远程的维护与零件控管系统联机,让生产设备减少「意外」使产能最大化。

包括类SCADA等系统的透过「资料搜集」及「分析」生产设备的「生命因子」,降低设备死机机率,并减少废料、降低备料成本,集成「实时」的监视控制与历史资料的搜集与分析,在系统维护上扮演了重要的角色。

所谓监控「生命因子」的设计规划,是透过分析机台过去生命周期,以掌握设备损坏或死机的先期讯号,当设备再次发出类似的讯息时,监控系统就可以先期警示控制者与管理者,让人的角色可以直接介入排除;当然,除了实时排除问题,系统亦可针对现况与历史纪录,来分析机台的状况以了解机台系统过去发生的问题,并规划改善计画。

以系统监控观点出发,从厂房、产线到机台与产品,绿色思维遍布整个产品制造与生命周期,透过智能系统可视化监控的层层把关,加上后端对于系统的「过去」、「现在」与「未来」充分掌握,绿色且智能的制造思为所建构出的工厂与企业,才是迈向未来的最精准保证。

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