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從廠房到產線 綠化已成未來工廠趨勢
[作者 王明德]   2018年09月21日 星期五 瀏覽人次: [358]

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,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,1992年里約人類環境會議召開,確認地球暖化愈發嚴重後,「對地球友善」即是歐盟等已開發國家積極推動的工作。


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,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,傳統針對IT部門進行綠色製程的開發,對製造業而言,並不切實際,主因在於製造業中,IT部門消耗的能源成本,佔機關總能耗的比例其實並不高。



圖1 : 如何用數字精確量化綠色製造的影響,是企業當前的重要任務之一。(Source:E3-Fabrik)
圖1 : 如何用數字精確量化綠色製造的影響,是企業當前的重要任務之一。(Source:E3-Fabrik)

因此對於工廠能耗的問題解決,製造業IT部門仍以支援為主,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。


例如工廠水資源消耗最大之處,是用於空調冷卻系統的冷卻水,部分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。


除了建築之外,也可透過製程綠色化達成環保的目的,這部分可從產品生命週期到原物料、製造、使用、運輸及廢棄等5大階段進行碳足跡盤查,完整製程直接與間接所產生的二氧化碳排放量,但即便如此,綠色製程的推廣之路,仍然還是充滿了阻力,如許多企業雖然都將電腦電源管理保持為省電裝置,內政部營建署資訊室就指出,約70%的員工會把這項設置關閉。


如何用數字精確量化綠色製造的影響,就是企業當前的重要任務之一,建立各單位電費分攤模式(chargeback),實際上就是一種強制性變革,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之前在美國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。


台灣也有些成功的案例,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。


全面可視化 精準掌握廠房數據

要達成這樣的目標,「可視化」也是一項重點。尤其在系統維護的監測上,更是重要指標,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。



圖2 : 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,將扮演重要的角色。(Source:Engineer News Network)
圖2 : 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,將扮演重要的角色。(Source:Engineer News Network)

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,這種預知診斷已成為智慧工廠系統的重要功能設計。


預知診斷目前已商品化實際應用在工廠製程,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,在既有的生產設備底下,讓產能最大化。


透過類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在系統維護上將扮演重要的角色。


分析機台過去的歷史,掌握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什麼樣的問題,未來可以如何改善。


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,完整監控生產線與廠房,落實智慧工廠願景。


**刊頭圖(Source: Halaman)


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