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「我不排碳,我助他人减碳」 绿色工具机成台厂翻身仗

「我不排碳,我助他人减碳」 绿色工具机成台厂翻身仗

净零碳排来势汹汹,而对出口市场占八成以上的台湾工具机业者来说,无疑站在第一线,深刻感受来自客户端的压力已然迫在眉睫。工具机业者表示,现在客户看的,不只是价格和效率,还要看节能减碳表现,而能够永续生产,并具备节能的绿色工具机,也将成为工具机业者下一个十年的竞争利器。

制造一台工具机的排碳量并不多,但工具机生命周期动辄十年以上,长期运作所累积的耗能将十分可观,因此在各行各业这场净零碳排的赛局中,自然不能缺席,更扮演非常关键的角色。工研院产科国际所副组长熊治民直言,工具机产业已经迈入成熟期,未来再成长空间有限,竞争只会愈来愈激烈。然过去,工具机产业拼的是价格和效率,但如今零碳排改写市场游戏规则,业界认为,台湾身为全球第五大工具机出口国,「零碳商机」是必须要把握的转型关键。

生产工具机不耗能 使用它才耗能

制造工具机的过程,事实上不怎麽排碳。大肚山黄金纵谷的上千家精密机械大厂与下游供应商所组成的工具机产业链,从结构件到整机组装,分工明确,其中占工具机整机比重相当高的铸件,则多半是委外加工,整机厂再负责最后的加工与组装。因此就整个工具机制造过程来说,除了铸造有加热过程,相对比较耗能外,后段的加工与组装并不是会大量排碳的制程。

以全球工具机龙头DMG MORI(森精机)来说,生产1台工具机的CO2直接排放量,只占整体的7%,但包含供应商的制造工程,在零件采购部分却占了整体70%。因此,只依赖自家活动是无法达到净零排放,目前许多整机厂像是台中精机,就积极将自家的「减碳方法学」分享给协力厂商与客户,共创零碳生态系。

不过相较制造过程,工具机在运作时却相当耗能,工具机是以使用时的温室气体排放量最多,约占9成以上,对此有工具机业者就笑称,在净零排碳的这场赛局中,工具机业者虽然不见得是直接受到影响的人,但却会间接影响终端客户的减碳表现,也就形成了「我不排碳,但我能助别人减碳」的发展态势,对客户而言,使用节能的生产设备,是落实减碳的手段之一,因此如何透过「绿色工具机」协助客户减碳,也就成了工具机业者下个十年的竞争关键。

而所谓绿色工具机,有哪些关键元素?智能机械科技中心组长麦朝创对此则提出几个看法:

一,从设计端着手最佳化结构设计

工具机的结构件大部分是使用铸铁,通常设备结构愈重,运作时所消耗的电力愈大,这个道理其实与电动车车体轻量化可以更省电、飞机机身使用复合材料可以更省油一样。

但毕竟工具机安置在地面上,一方面要支撑床身重量,另一方面则是要承受机台切削力与移动件移动时产生的倾覆力矩,防止机台位移,机床本身要考虑稳定性,因此麦朝创也指出,结构轻量化的趋势,未来主要会是以移动件为主。如同电动车追求轻量化,但仍必须考虑到使用材料的安全性、耐用性和刚性,工具机结构走向轻量化,同样得重视在机台的稳定性和安全性,必须能够同时维持高精度、高速的切削品质。

二,零组件与周边系统升级

一台数控机床,通常由控制系统、传动系统及其他辅助系统所组成,台湾工具机产业链分工明确,各司其职,是少数不需要倚靠进口的产业,除了整机厂,台湾的工具机零组件业者现在也都积极朝向节能设计,例如采用更高效率、更节能的冷却系统、润滑系统或排屑系统等,像是哈伯精密生产工业用冷却恒温系统,近年在冷却机舍弃传统AC(交流)马达,而采用更节能的DC(直流)变频马达。

其中,主轴系统是工具机中转速最高与耗能的零组件,工研院近年也研发出高端工具机主轴驱动器减碳技术,导入第三代半导体碳化矽(SiC)取代传统的矽功率元件,应用在马达驱动系统上,在高频率切换速度所造成的损耗及功率转换效率皆优于传统矽元件,据统计可降低至少70%的能量损失。麦朝创指出,特别对于像数控机床加工这类往往处于高速运转动态的工具机,碳化矽(SiC)元件更能够同时满足高刚性、高精度的加工需求。

三,结合智能制造、虚实整合

不只从结构设计、零件改良等硬件层面着手,软件也是绿色工具机很重要的一部分。麦朝创指出,在生产过程中,如能够透过数码模拟,可以降低不良品的产出、避免重工所造成的材料、资源与人事成本,并透过虚拟量测实时补偿校正,提高加工效率。

另外,未来生产排程还可进一步结合能源管理系统,在非尖峰时段以自动化执行耗能较大的制程,搭配时间电价,削峰填谷,亦能达到节能效果。

「碳中和先锋」 DMG MORI 推全球首个碳中和工具机

机械业往往被称之为工业之母,包括半导体、汽车、航太、医疗、绿能等各行各业,在生产过程中永远少不了工具机的存在,也因此绿色工具机也悄悄成为各产业争取减碳的利器。在全球工具机产业中,最早达成碳中和的是全球工具机龙头DMG MORI,甚至还推出了全球首批碳中和工具机,从2021年1月起,从零件采购到出货,其交付的机床在生产过程中全部达到碳中和。

除了产品生产达到碳中和先锋,DMG MORI也将环境问题转化成新商机,加强工具机的节能、智能设计,并结合软件服务强化客户服务体验,最显着的例子是其在2017就开始推出标准安装节能功能「GREEN mode」,与传统机型相比,具有GREEN mode的机床,可带来30%的节能效果。

工具机在运作时相当耗能,因此未来欧盟开徵碳关税后,工具机本身的碳足迹计算也变得非常关键。但麦朝创表示,目前针对工具机排碳量的计算方式,尚未有定论,不像汽车可透过里程数换算排放量,主因在于工具机种类多、机型多且终端应用也多,目前较难透过统一的标准去规范与界定,因此可以看到目前仍是先以各大厂带头推动,但可以肯定的是,这必定会是未来工具机的主流趋势。

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