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加速導入感測方案握數據
節能攸關產業競爭力
[作者 陳念舜]   2023年04月25日 星期二 瀏覽人次: [3545]

面對2050年淨零碳排目標逼近,台灣以出口導向為主的經濟型態,除了對外有歐盟將自今年10月試行課徵的碳邊境稅;對內還有政府要求上市公司須提出永續報告書、即將出爐的碳費機制等,加上今年四月已先漲一波的工業電價,都讓台灣製造業無論規模大小,勢必加速導入感測解決方案,以掌握節能關鍵數據。


當歐盟即將在2026年正式上路的碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism;CBAM)步步進逼,將在今(2023)年十月起試行。台灣則除了國發會已在2022年陸續提出2050淨零排放路徑藍圖與12項關鍵戰略行動計畫,包含金管會分階段推動實收資本額20億元以下的上市櫃公司,須從2025年起編製永續報告書,直到2027年完成全體上市櫃公司溫室氣體盤查,以營造永續發展(ESG)生態體系,落實「以大帶小」策略。


且依台灣綜合研究院2021年統計調查,汽機車、機械與電機等零組件為碳關稅貿易脆弱度前三高產業,相關金屬加工及製品、熱處理更屬高碳稅衝擊產業。工研院智慧感測與系統中心組長蘇中源指出,基於現今綠色智慧製造國際趨勢,供應鏈碳排佔跨國企業碳排73%,78%跨國企業考慮在2025年前淘汰無法配合減碳供應商。如Apple、Meta、Nike等國際大廠已紛紛要求供應鏈,須先達成2030年減碳里程碑,而迫使全球製造業與供應鏈加速轉型。


包括西門子即引進數位分身(Digital twins),進行碳足跡估測、減碳製造、綠色能源維運等;DMG MORI推出綠色工具機,既實現自身碳中和原料與低排放之外,也提供客戶所需高能效加工技術的新能源設備加工方案;ABB則利用Ability Smart Sensor,降低自家馬達停機時間70%、延長使用壽命30%,並節省能耗高達10%。台灣經濟因為以出口導向為主,淨零碳排不只是刻不容緩的環保議題,更攸關產業的國際競爭力。


另根據台灣今年公告施行的《氣候變遷因應法》,也授權環保署可自2024年開始,率先針對電力及製造業排碳大戶徵收碳費。以及在前述淨零碳排政策生效之前,受到俄烏戰火推升能源價格,台電自去年下半年開始調漲工業用電大戶電費15%、今年四月再漲14%,並針對科技業所使用的高壓及特高壓電價調漲至17%,都讓半導體晶圓代工及封測、面板、印刷電路板(PCB)等用電大戶繃緊神經。


雖然目前台灣科技業用電大戶為了符合上市櫃公司ESG規範,早已不斷透過內部製程設備升級、改善廠區照明、空調,甚至採購、布建再生能源等措施,深化落實節能減碳策略。但就連台積電財務長黃仁昭,也不得不在最新舉行的法說會中坦言,預估今年四月起高電價對台積電影響將延續至下半年,各別削弱今年Q2及全年毛利率約0.6%、0.5%。



圖1 : 在前述淨零碳排政策生效之前,台電從去年下半年至今陸續調漲工業用電大戶電費,讓台灣大小製造業,都勢必加速導入感測方案,以掌握節能關鍵數據。(source:台電)
圖1 : 在前述淨零碳排政策生效之前,台電從去年下半年至今陸續調漲工業用電大戶電費,讓台灣大小製造業,都勢必加速導入感測方案,以掌握節能關鍵數據。(source:台電)

工研院助感測監控與優化 踏出節能低碳製程第一步

此時看似危機,也可望迎來新一波能源管理商機。如依蘇中源分析現今所稱「綠色製造(Green Manufacturing)」,係以傳統製造技術為基礎,並綜合考慮環境影響和資源效益的現代化製造模式。分別透過綠色設計、運維、生產、回收利用與物流等五大範疇技術,使產品在全生命週期中對環境負面影響最小,包括能源消耗與排放最低、資源利用率最高等,使企業在經濟和社會環境效益間能相互優化協調。


目前在製造業能源消費市場中,又以工業部門占比56%居冠,約有超過9成用電分佈於設備、製程、廠務,而成為主要節能指標。蘇中源也為此,提出製造業優化能源使用率的關鍵,便在於針對高效節能設備、創新低碳製程及廠務減廢減排等,導入智慧感測技術及系統整合應用,協助於其產線設備導入碳盤查解決方案,分析排碳熱點。


在設備面讓使用者透過複合感測模組,監測金屬切削加工歷程與能耗關聯資訊模型即時比對,充份掌握使用設備及廠務狀態可視化,並以數位化輔助碳足跡追蹤。透過低碳自適性控制技術,以參數最佳化模型模擬與執行、修正金屬切削製程參數決策;即時精準估測碳排數據,從而成為後續兼具品質與減碳多目標控制的查驗標準,實現低碳製造轉型的第一步。


同時針對台灣塑膠射出成型產業多品牌、新舊機台的特性,亟需數位工具減碳轉型,降低全球碳關稅上路衝擊,發展通用型低碳製造方案。業者只要安裝於機側,即可結合設備與模內多元感測回饋資訊進行最佳化決策,在調機、量產及品檢過程中,以改善節能製程參數來降低運轉能耗。


避免過去開發新品時,老師傅為了確保射出成型成功,常會採用較高鎖模力保壓,如今則可將感測技術導入模內,即時感測反饋壓力與設計結合,以便於試模調機時,得到壓力、溫度等最佳製程參數以節能減碳。


且在利用再生料製程量產時,運用多元製程感測器進行再生料品質變異分析與監測,穩定生產品質;再經過整合即時感測與人工智慧(AI)技術,執行成型品質線上虛擬全檢、主動調控參數,避免產出大量廢品。


因應終端應用的高階產品不斷推陳出新,現今製造業為了達到硬化、顆粒、析出等材料特性,要求經過焠火、退火、回火等多道熱處理製程,約占產線流程能耗超過60%。業者雖以熱電偶單點量測及人眼判斷色溫觀察加熱狀況,卻無法獲得工件不同位置,表面與核心溫度的全域溫場分布圖。為了確保工件達材料特性目標值,業者只能調高設備加熱功率,以超過實際需求溫度操作,造成能源浪費超過10%。


由工研院推出的「熱處理設備功率最佳化節能解決方案」中,則包含「3D熱像形貌溫區校準感測模組」,係針對熱處理重點溫度區段,以3D形貌結合恆溫自校元件,開發3D溫區自我校正補償技術,克服單點與立體形貌距離,造成的溫度感測誤差瓶頸;並建立精準3D形貌溫場分布,空間溫域量測誤差≦5度、熱製程溫度±25度。


進而利用全域溫場分布資訊,結合熱處理環境條件,包含:加熱係數、有效厚度、裝設修正係數、轉化效率、熱損失率、環境性能曲線;以及製程參數,包含:加熱通量、輸送速度、氣氛、加熱時間等大數據,建立多維度熱場最佳化模型,用來推估工件內部核心溫度,即時調節熱處理設備功率最佳化,減少能耗10%。



圖2 : 針對台灣塑膠射出成型產業多品牌、新舊機台的特性,工研院協助發展通用型低碳製造方案,在調機、量產及品檢過程中,透過改善節能製程參數來降低運轉能耗。(攝影:陳念舜)
圖2 : 針對台灣塑膠射出成型產業多品牌、新舊機台的特性,工研院協助發展通用型低碳製造方案,在調機、量產及品檢過程中,透過改善節能製程參數來降低運轉能耗。(攝影:陳念舜)

多元能源管理方案林立 聚焦廠務及設備節能

此外,台灣兩大老牌機電大廠東元、大同集團,也在日前落幕的智慧、淨零城市兩大展區內,針對現今節能減碳的剛性需求,發表一系列最新解決方案。其中東元集團強調可協助不同產業類別的企業,依客製化需求提供商辦大樓建築物與製造業生產、工作等工廠場域最佳的智慧節能、能源監控等解決方案。包含運用AI整合軟硬體,提供主動式管理的「智慧空調節能控制系統」、高效省能的「冷卻水塔直驅系統解決方案」,同時達到「節電」與「舒適」的雙重目標。


進而搭配快速建立完整永續能力的「ESG-Ready平台」,以數據分析、溫室氣體盤查系統等,來滿足企業排碳預測,優化減排管理流程,符合ISO 14064的審查需求。目前這套最新一代研發的節能解決方案,已經導入東元自家工廠使用,節能效果顯著。


大同公司則整合集團在電力設備、系統整合、再生能源產業的服務與經驗,首度以創能、節能、儲能、用能四大面向秀出「一站式永續淨零能源解決方案」,提供淨零方案諮詢、能源應用規劃、節能設備替換、政府節能績效保證計畫補助諮詢等企業淨零轉型最佳解方。


針對變壓器、馬達、空調為工廠、商辦大樓、學校、醫院等場域必備的高耗能設備,大同高效節能非晶質變壓器於待機時可減少約75%耗能,適用於非24小時運轉的工廠、太陽能電廠及儲能廠等,排碳量也較傳統變壓器低30%~40%;大同高效IE4馬達搭配變頻器,節電效益可達20%~40%;大同一級能效商用空調節能效率則可提升32.7%。


能耗與碳排數據可視化,為淨零減排第一步。透過大同智慧電表計量,結合能源管理系統與ESG零碳管理系統,整合多個場域甚至跨國場域達到遠端管理,即時掌握碳排、能耗、發電、儲能、溫室氣體等狀況,有利找出耗能、碳排怪獸,擬定淨零策略。該ESG零碳管理系統榮獲ASOCIO亞太資通訊科技應用獎之ESG永續獎。



圖3 : 東元的智慧空調節能控制系統運用AI智慧軟硬體的整合,進化到主動式管理的最佳化節能管理模式。(source:東元)
圖3 : 東元的智慧空調節能控制系統運用AI智慧軟硬體的整合,進化到主動式管理的最佳化節能管理模式。(source:東元)

泓格挾物聯網優勢 深掘數據邁向永續

出身工研院技術背景的泓格科技公司,最早則從物聯網(IoT)領域起家,逐步邁向工業4.0目標,並在最近2~3年內持續投入智慧工廠及製造發展,專注在深掘數據,以迎合現今許多上市公司,如IC設計廠商雖非用電排碳大戶,仍須提出ESG永續報告書需求,而不必再教育、催促業者重視能源效率。



圖4 : 目前泓格主要提供包括電表和集中器等工業級通訊裝置、系統,分別應用於智慧製造、智慧交通、智慧工廠、自然資源管理、能源管理等多機工控領域。(攝影:陳念舜)
圖4 : 目前泓格主要提供包括電表和集中器等工業級通訊裝置、系統,分別應用於智慧製造、智慧交通、智慧工廠、自然資源管理、能源管理等多機工控領域。(攝影:陳念舜)

泓格科技副總經理鄭樹發表示,尤其針對傳統中小型製造業畢竟不比鋼鐵、水泥、電力等排碳大戶,前者多半只懂得按時繳電費。反觀節能減碳的首要第一步就是「碳盤查」策略,必須先瞭解電力用於何處?接下來才知道該如何依序節能,更換設備、改善製程或人員管理等。


泓格因為推出數位電表等相關系列產品已長達10年以上,既實現最基礎的能源可視化,並聚焦空調、燈光及生產設備的空壓機,得以協助提高客戶能源效率,符合ISO 14064系列規範。目前主要提供所需工業級通訊、可程式自動化控制器(uPAC/PAC)、PC介面卡、遠程I/O模組等產品,再整合電表和集中器等系統,分別應用於智慧製造、智慧交通、智慧工廠、自然資源管理、能源管理等多機工控領域,同時提供客戶ODM/OEM客製化服務。


鄭樹發再三強調,該公司並非採取單一系統、平台應對所有案場,而是針對不同企業及市場在各階段需求,量身配置相對應的設備和規劃整體系統,優勢在於具備最為廣泛應用和開放的通訊協定,讓傳輸資訊更為快速、可靠,藉以提供企業深度客製化的能源管理解決方案。方便終端使用者可從雲端戰情室調度或網頁監控能效,一旦用電量超過契約時卸載、示警。且唯有取得能源相關數據並加以深掘,未來才有可能進一步發展AI,知道該如何改善製程或預診設備,及早更新維運;進而提供客戶、合作夥伴創新加值功能及應用,讓能源使用更有效率且安全,妥適照顧員工。



圖5 : 泓格科技副總經理鄭樹發強調,該公司係針對不同企業及市場在各階段需求,量身配置相對應的設備和規劃整體系統,以提供企業深度客製化的能源管理解決方案。(攝影:陳念舜)
圖5 : 泓格科技副總經理鄭樹發強調,該公司係針對不同企業及市場在各階段需求,量身配置相對應的設備和規劃整體系統,以提供企業深度客製化的能源管理解決方案。(攝影:陳念舜)

這兩年來受惠於工廠自動化、ESG需求轉強,泓格還推出數位建築及智慧工廠兩大解決方案,更擴大推動IoT智慧照明應用,促使其工控系統通過PC、PAC、TouchPAD等主流控制器及閘道器,能更便捷存取、控制支援DALI數位化通訊協議的設備調光,以實現燈具的智能化開關、調光、色溫調節等功能,減少浪費電力能源,尤其適用於辦公室、會議廳、教室和家庭等小範圍靜態型照明控制。


值得一提的是,過去泓格因長期以來保持較高水位的存貨策略,因掌握零組件情況優於國內外品牌大廠,I/O相容產品線多且交期快速、品質可靠;公司也勇於創新,研發人員佔比超過3成,持續推出新產品。因此在這波產業缺料、交期不穩定的市況下突顯公司價值,除了既有客戶加大下單量,也收獲許多新客戶轉單,營收、獲利同步創高。


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