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以綠色思維打造智慧工廠
 

【作者: 王明德】   2014年08月28日 星期四

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圖一
圖一

近年來,環境議題也成為製造業重視的議題,能源耗竭、氣候變遷、生態資源枯竭加上環境污染等問題,已讓全球重新面對一場艱辛的挑戰,紛紛採取各類對策,亦衍生出全球標準規範,包括京都議定書、ISO14064系列等標準,也同時也出現許多新興交易機制,像是碳權的規範與買賣、歐盟排放交易制度及碳中和、碳足跡等相關技術。


當然,以製造業起家的台灣企業,也多已開始透過綠化資訊工作環境等方式,以最具經濟效益的方式,部署所需之資訊系統架構,設法讓工廠從代工型態的營運模式,轉型為綠色工廠。


除了與上下游廠商間進行綠化環保,從資源、材料、設計、製造、廢棄物回收到再利用處理,以形成綠色產品生命週期管理的循環,更可透過綠色ICT的加值應用,延伸至綠色供應鏈的協同管理、綠色製程管理與智慧環境監控等,協助上下游廠商與客戶之間共同創造符合環保的綠色產品。


節能環保採購 製程、廠房缺一不可

強調「綠色生產」,產品從設計、清潔製程、廢水及廢棄物減量、包裝、運輸直到資源回收的全生命周期,都必須「對環境友善」,並尋求最少資源的最大效能;這個概念繼之以綠色採購、綠色製程、綠色貿易等一連串綿密並層層節制的「綠色新政」來落實。


過去幾年來,綠色製程實踐主要是在IT部門,包括整併主機數量、減少整體機房空間、主機虛擬化等,傳統針對IT部門進行綠色製程的開發,對製造業而言,其實並不切實際,因為在製造業,IT部門消耗的能源成本,佔機關總能耗的比例其實並不高。


因此,如何幫助其他部門,尤其是解決工廠能耗問題,企業IT部門主要做的,仍然是支援的角色。除了與設備管理團隊建立良好的合作關係,以便部署相關管理軟、硬體, IT部門更要對工廠的供水、照明設施和空調裝置等設備,進行遠程監測和控制,才能建立綠色智慧工廠,「甚至是原料及產品的運輸過程,通通必須透過系統監控,以達成「碳足跡」的管控。


如最耗水的地方,其實並非我們一般以為的浴室和廁所,而是用於空調冷卻系統的冷卻水。有些工廠採取更有效的方法來監控空調設備,或是將工廠設計成能將屋頂上的雨水收集起來,儲存在蓄水池裡,供冷卻系統使用,也是節省水資源的方式之一。


綠色製程 整體監控產品生命週期

如何用數字來精確量化綠色製造的影響,就是企業當前的重要任務之一,像是建立各單位電費分攤模式(chargeback),實際上就是一種強制性變革,事實上,目前已有許多廠商開發出,利用投資報酬率(ROI)的計算結果進行評估的軟體,協助分析綠色解決方案的投資報酬率,瞭解如何縮減能源消耗。


由於企業目標各不相同,因此,每一企業所選擇的綠色解決方案,以及所享受到的綠色效益,自然有所差異。一般而言,部署綠色解決方案未必能在第一時間為企業節省資訊投資成本,但是若將時間拉長2~5年,企業因「綠化」而獲得的效益將十分驚人。


如IBM在2009年於美國Raleigh建立的IBM卓越資料中心,多達95%的建築材料都是可回收材料,且應用許多晶片水冷、機櫃水冷、風力發電、自然冷卻等技術,讓資料中心的能源利用率(Power Usage Effectiveness;PUE)值僅為1.4,比其他資料中心多半需要2.5而言,要低很多。


IBM在綠色解決方案的投資,已經有明顯成效,從2007到2010年的3年裡,IBM的數據中心計算能力擴大了一倍,但卻沒有增加任何能耗或二氧化碳排放量,相當於節約超過50億度的電力消耗。


國內也有些成功的案例。像是友達光電,近年來在智慧廠房上持續投入能源最佳化方案的研擬設計,包括透過「數位電錶與水錶」等創新電子化管理平台,強化管理水電使用效率;此外依據機台不同需求,設計雙壓力的壓縮空氣系統,每年將可比單壓系統省下約4,000萬度電。


系統監測 性能預測 從機台到廠房

要達成這樣的目標,「可監測」也是一項重點。尤其在系統維護的監測上,更是一個重要的指標項目。


業界人士指出,系統維護雖然不是產品製造的主軸,但在綠色製程上,仍是重要的一環。由於故障設備的突然發生,不僅會增加企業的維護成本,更會影響企業的生產效率,加上料件的損失及破壞,不但造成企業成本的提升,更因此降低效能,也造成環境的負擔。


據調查,設備中60%的維護費用,多是由突然的故障停機所引起;即使自動化已發展多年的美國也無法避免,每年亦支付高達2,000億美金的費用維護設備。


設備的故障並非偶發事件,而是由許多隱藏性的因素,或長時間累積的問題間接造成的,系統維護應隨時監控機台的性能,當系統中某些參數顯示系統性能已經開始下降,就可以直接在故障前進行維修,這種被稱為「性能預測」的做法,成為智慧性系統維護的重要執行模式。


智慧維護系統,以商品化實際應用在工業界,工程師可藉由分析實際生產線上的問題,製作客製化的系統,隨時監控機台的「健康狀況」,並與遠端的維護系統進行連線,「如何在既有的生產設備底下,做出最大的產能,即時的維護就成為重要的發展方向。」


透過類似SCADA等系統利用「資料蒐集」、「分析」生產設備的生產效能,降低設備的當機情況,減少廢料、降低備料成本,讓設備應用更具有效率。


SCADA系統主要的功能在於「監視控制」及「資料蒐集分析」,整合了「即時」的監視控制與歷史資料的蒐集與分析,SCADA在系統維護上,的確可以扮演重要的角色。


在分析了過去歷史,瞭解設備損壞或當機的先期「訊號」,當設備再次發出類似的訊息時,監控系統就可以先期警示控制者與管理者,讓「人」的角色可以直接介入排除,除了及時排除問題,同時針對現況與歷史紀錄,針對機台的狀況進行分析比對,瞭解機台系統過去發生過甚麼樣的問題,未來可以進行如何的後續改善,分析的目的,就是要做未來的改善。


除了生產線及機台的監控,SCADA也可以應用在廠房的資料蒐集與控制上。包括企業大樓的節能控制,像是燈光及空調運作的規畫,也可以利用類似的方式來進行即時監控與資訊分析,「從生產線到廠房的完整監控,都是智慧工廠的發展趨勢。」


結語

「綠色就是王道」已然是救地球的全球共識,各國推動的腳步只會更快,要求也必然更嚴。我們要提醒,這個趨勢不僅攸關地球能否永續,也攸關產業能否存續,台灣必須趕緊跟上,「不跟上,就等著被淘汰。」


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