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液氣壓系統導入數位輕量化
打造低碳永續供應鏈
[作者 陳念舜]   2023年10月29日 星期日 瀏覽人次: [18288]

迎接「碳有價」時代到來,目前台灣中小企業都亟待龍頭大廠「以大帶小(1+N)」,從供應鏈內部開始帶頭減碳,小至3C、半導體業常用的液/氣壓元件、系統等,從源頭輕量化設計開始,陸續在生產流程導入碳盤查、能源管理系統等工具,協同上下游產業加速脫碳。



在2050淨零排放目標下,2026~2030年成為淨零減碳的重要關鍵期,包括因應歐盟CBAM、美國CCA等碳稅政策,台灣政府也祭出碳交易、碳費處理等規範。雖然主管機關環境部猶抱琵琶半遮面,稱要等待費率審議委員會審議該如何徵收碳費。但頂頭上司行政院院副院長鄭文燦早以越俎代庖,在日前舉行的智慧能源週展會上揭露,環境部已研擬台灣每噸碳費將收取NT.320元(相當於USD.10元),預計將在2024年開徵、2025年實際收費,未來還將漸進調高,最快每兩年一次檢討費率。


除了前述的「棒子」之外,還有政府刻意針對供應鏈減碳提供補助的「胡蘿蔔」,簡稱「1+N主題式計畫」,橫跨電子業、鋼鐵業、紡織業、水泥業、造紙業、橡塑膠業、陶瓷業及運輸工具製造業等10大產業。短期將針對空調、空壓與製程設備3大碳排熱點改革,中長期則透過智慧化系統布局,加速啟動再生能源採購導入,並開發產業所需的創新減碳技術。


藉此促使台灣製造業以大帶小,引領上中下游協力廠商展開低碳轉型;再加入工業物聯網、人工智慧(AI)、雲端服務等數位科技,以協助企業理清碳盤查中最困難的範疇三,強調「正確的數據且透明,是碳管理的開始」,會更有效減少能源消耗,強化供應鏈韌性。



圖一 : 經濟部攜手4大公協會與戴爾、思科、惠普、資策會、IPC(後排左起)、華邦、欣興、仁寶、和碩、鴻海與微軟等大廠,共同見證供應鏈減碳成果。(source:經濟部)
圖一 : 經濟部攜手4大公協會與戴爾、思科、惠普、資策會、IPC(後排左起)、華邦、欣興、仁寶、和碩、鴻海與微軟等大廠,共同見證供應鏈減碳成果。(source:經濟部)

其中因為工業4.0、數位轉型等智慧製造趨勢持續發展,由液/氣壓等流體驅動的自動化控制元件、系統,廣被應用於各行各業的自動化設備傳動與直接作功,所以又被視為「機械設備的基礎」,也是工業物聯網的基層(Level 0~Level 1)。未來製造業要落實中下游節能政策,就應該先專注於提升及獎勵上游,尤其是流體傳動產業無論是在元件或系統上,都可導入節能或儲能的開發與應用,提供不同產業所需的淨零碳排解決方案。


氣壓動力元件大廠氣立公司董事長游平政指出,未來台灣要想達成淨零碳排目標,流體傳動業者須從建置成本、執行效率和營運的方向來思考。初期則可以優先考量,應該如何降低生產製程中的能源消耗、材料浪費,或擴大使用再生能源等方法,作為企業減碳路徑第一階段的方向與目標。


游平政進一步將此可行的工具細分為:


1.能源監控數據化,如今業界要執行碳足跡盤查,首先要蒐集相關量化數據,包含公務車、發電機或使用電力的所有相關機械設備,如冰水主機等空設備、照明、空壓機等。經統計各項活動及產品的整個生命週期中,直接或間接產生的溫室氣體排放量之後,再打造企業能源監控及管理系統,達成「能源預警」目標,可在合理使用能源及最佳化同時,有效降低浪費與排碳量。


2.企業流程數位化:利用大數據和流程數位化來提升企業營運效率,整合辦公室及現場狀況,提供各職能部門在同樣的分析基準上溝通,降低資訊不對稱帶來的浪費;並將日常作業流程全面無紙化,以達減碳之效。


3.生產製程優化:即利用導入自動化來改善生產製程,透過數據分析以提高設備使用率、降低待機時間等,將生產流程最佳化而減少排碳。


落實製造業脫碳目標 擴大流體機械應用

惟若要落實在流體動力領域的節能產品,則包含:節能空壓機,可依序概分為往復式>旋齒式>螺旋式>離心式空壓機等能效改善設計發展,並結合變頻(速)控制及其管理平台的軟硬體,達到節能目標;甚至可將空壓機排放熱氣回收,導入成為乾燥機應用。


且在節能真空泵開始加入AI自適應變頻器之後,將比起傳統真空泵更減少耗能;或將節能液壓單元的傳統馬達,改為變頻伺服馬達驅動之後,將更為節能約40~45%;還可利用閥控系統技術,來提升系統直接作功能效。游平政認為:「只有具備節能或儲能功能的零組件與系統,才會有節能的機械設備!」


近年來氣立也不斷推陳出新產品,可分別用於流體傳動控制與作功領域節能,包含:


1. 純氣式倍數增壓缸與儲能系統,係透過增壓迴路的最佳化,將消耗空氣量減少33%,補充不足的力量;


2. 液氣轉換增壓器/缸與系統,改用空壓啟動、液壓出力作功方法,來節約液/氣壓單元的耗能使用;


3. 液壓蓄能器與節能系統,因為在系統中使用時,首要解決儲能與節能等課題,所以允許蓄能器可使用更小型的泵儲能,安裝功率更低、散熱更快,將顯著減省能耗和營運成本。適用於短時間內需求大量油料或循環時間極短的系統中,得到足夠經濟效益的解決方案。


另為了減少排碳和生產製程數位化分析需求,氣立也陸續發表可減少安裝空間及人工成本的相關元件,包含二段式真空發生器及模組、差壓式流量計,以達到高效、低耗能目標。


拓展數位及半導體產業應用 強化氣電壓驅動控制

由於傳統產業長期面臨缺工及數位轉型的推/拉力需求,智慧及先進製造已成為目前製造業轉型的主流與趨勢。利用工業4.0可整合現有資源及製造流程,結合自動化機械、智慧感測、大數據分析與系統整合等網路科技實現智慧製造願景,有效建立彈性製程、改善流程;並根據機械維修歷程記錄與效能監控,進行設備預知維護保養,降低無預警停機風險,大幅提高生產效率,成為製造業強化營運韌性的重要關鍵。


促使業界紛紛提升設備及作業環境,支援高階技術或附加價值的各類自動化和製造生產設備中的氣動元件使用量,可望因此漸被增加採用;加上各國數位產業的發展力道加大,除將帶起伺服器、資料中心等相關產業的成長,進一步加快傳統產業轉型升級,為自動化設備產業迎來新一波的營運動能,而使氣立等氣動元件廠受惠,有助於後續接單動能。


另從未來整體市場趨勢來看,由於5G、AI、IoT發展越來越成熟,目前全球正處於傳統產品汰換成智慧產品的轉換期,在這段時間最需要的就是產線提升與大量生產設備的應用,這些都是未來推升氣立產品銷售的重要關鍵助力,可從智能工廠延伸至智慧城市、智慧家庭等帶來營運商機,未來將會逐步穩定成長。氣立在大陸平湖壓鑄廠投產之後,外銷占比6成,主要交貨給歐美及日本氣動元件、汽車、通用機械及工具機等產業客戶。


氣立除了「無桿缸」、「機械夾爪」與「真空元件」等既有優勢產品外,也推出「電動缸」、「多段式真空發生器」等電控新品,以期打造更多元的產品線,滿足客戶一站式購足的需求,搶攻智慧製造商機。


其中「電動缸」結合步進馬達設計,具備有高精度、自由定位及高載重等特點,使其他機構(如夾爪)精準進行加工動作,可運用在汽車、自動化產業的工業機器人、汽車產業等產業;「多段式真空發生器」,則是在氣立開發的高效能真空系統技術下,除了增加吸入流量200%、空氣消耗量減少90%,並整合真空調控技術,使節能效果達到50%,將更有助於氣立在光電、檢測及半導體等產業的市場開發。


圖二 : 「多段式真空發生器」,則是在氣立開發的高效能真空系統技術下,使節能效果達到50%,將更有助於開發光電、檢測及半導體等產業的市場。(攝影:陳念舜)
圖二 : 「多段式真空發生器」,則是在氣立開發的高效能真空系統技術下,使節能效果達到50%,將更有助於開發光電、檢測及半導體等產業的市場。(攝影:陳念舜)

此外,面對國外買主更強力要求增效節能、實現RE100目標的3C、半導體代工產業景氣看似蓬勃,各地新建晶圓廠陸續完工,市場普遍看好半導體設備支出能持續成長,卻也遭遇全球缺工的嚴重問題。


氣立也著眼於市場需求多元與多變,藉著實現創新與永續理想,針對不同產業應用布局產品,將經營及研發觸角從消費性電子、通用機械、機床設備及太陽能等產業,延伸至半導體設備、電動車等產業相關產品。


因此陸續推出可結合監控設備碳排數據,符合ESG潮流而開發的各式流量計、具高流量低耗能特性的三段式大流量真空發生器,以及具備電控旋轉、氣動夾持特性的電動旋轉機械夾爪等新品,搭配供應半導體業所需的機械式無桿缸,比起現有同類產品體積小、效率比高的優勢,全面建構可應用於半導體產業製程生產、檢測,以及光電產業中的自動化搬運設備的系列產品線。


圖三 : 氣立陸續推出可結合監控設備碳排數據,符合ESG潮流而開發的各式流量計、以及具備電控旋轉、氣動夾持特性的電動旋轉機械夾爪等新品。(攝影:陳念舜)
圖三 : 氣立陸續推出可結合監控設備碳排數據,符合ESG潮流而開發的各式流量計、以及具備電控旋轉、氣動夾持特性的電動旋轉機械夾爪等新品。(攝影:陳念舜)

目前該公司氣動元件已成功打入台灣半導體龍頭大廠供應鏈,應用在晶圓中後段設備、美系及韓系等智慧型手機大陸供應鏈,出貨已明顯成長而展現開發成效,有助於公司未來營運拓展,爭取全球千億美元市場的半導體設備商機。


台灣寶帝提供由下而上解決方案 加速實現數位減碳目標

至於台灣寶帝公司(Burkert)面對台灣客戶與日俱增的碳焦慮,近年來不僅發表一系列真正符合客戶ESG、數位轉型需求的產品,以件;同時善用於流體控制產業深耕70多年累積的豐富經驗生產優質閥體,無論是在測量、控制還是調節都居全球領先地位,經由嚴格管制各種流程,強調與客戶共同構成了一個學習型組織,滿足企業從營銷到應用服務等全方位跨領域需求。


其中基於數位化革命為生產過程帶來了在流程自動化領域的廣泛應用,Burkert將工業4.0視為數位化的第二階段,可將Level 0~1的基層機器、感測器和人員連網,並互相交換資訊,再經由上層數位化平台(EDIP)整合系統網路中,有關工藝裝置的操作、通訊和介面,提供複雜的自動化需要創新且量身訂製的解決方案,實現真正數位轉型。


藉以確保數據即時上傳不失真,減少配線作業及系統承載、縮短施工和試?時間,進而增進工作效率;並透過遠端監控,增加維護便利性,由於傳輸介面選擇性高、方便靈活運作,提升了系統未來性和擴充性。


台灣寶帝進一步指出,由於Burkert長年堅持密切貼近客戶為中心的原則,使之每天不斷自我優化,總是在為客戶找出痛點,解決特殊問題。透過各地分公司業務端蒐集客戶現場資訊,再尋求德國專家團隊支援各種涉及單項組件,或是個性化系統的最佳解決方案,得以輕鬆快速地實現不同製造廠商的各種製程閥的自動化,替代選擇也通過認證;並藉智慧型控制頭提高生產效率,確保各閥門可在正確的時機,執行快速、可靠地協同工作。即使在工業物聯網(IIoT)泛濫的年代裡,仍確保沒有任何感測器和壓損存在測量管中,從而達到高潔淨度的衛生設計。


舉其衛生級應用的基礎設備為例,FLOWave系列產品之一的8098型流量計,便是Burkert基於表面聲波(Surface Acoustic Waves;SAW)技術而研發,主要應用於須滿足極高衛生要求的場域,實現非侵入式測量流量。包括利用合適的不銹鋼材質,除了量管本身之外,不含任何與測量材料接觸的部件,以符合理想的外部衛生設計要求。即使在IIoT泛濫的年代裡,仍可確保沒有任何感測器和壓損存在測量管中。


FLOWave還提供了一系列整合功能,強調靈活性、可清潔性,以及重量輕、安裝和操作簡單等優勢,可透過數位通訊設定參數,確保高精度及可靠。適用於低或無導電度液體,讓使用者在均質、不含空氣和固體的液體中,獲得最佳測量結果;對於粘度更高的液體,使用整合式粘度補償,雖然無法測量氣體和蒸汽,惟其流量卻不會影響設備。之後還可以參考之前的方法,正確測量流回管道中的液體,包含密度係數、聲波傳播係數等其他過程的特殊功能,提供各種液體的附加資訊,特別適合CIP/SIP、飲料等衛生級應用場域。


其微流體控制包含5大特點,包含:高精密度、高度能被清潔、微小內部殘留空氣、耐化性強、低熱傳導而影響流體,導入於生命科學、臨床診斷、醫療儀器及與製藥相關的工業分析取樣單元,涉及精準的微量控制應用



圖四 : 近年來台灣寶帝也投入自主開發多種數位化控制單元,方便置入閥件。即有別於其他同業委外代工貼牌,或採取外掛配置方式,有利於計算每個閥件、零組件排碳量,更有助於客戶加速實現淨零碳排目標。(攝影:陳念舜)
圖四 : 近年來台灣寶帝也投入自主開發多種數位化控制單元,方便置入閥件。即有別於其他同業委外代工貼牌,或採取外掛配置方式,有利於計算每個閥件、零組件排碳量,更有助於客戶加速實現淨零碳排目標。(攝影:陳念舜)

近期更發表其領先同業,專注從製程控制自動化的Level 0基層架構元件由下而上,開發各種規格越來越齊全的完善數位轉型解決方案。


Burkert透過分散在各個閥件中安裝IO-Link通訊、I/O埠,以彈性配置連線廠內各種有無連網能力的新舊設備電磁閥,提升資訊可視化程度,經過內建通訊協定介面的閘道器Gateway,將各工作站或HMI數據上傳雲/地端伺服器,時時監測記錄操作動態、比例閥累計衝程和時數並設定上下限,藉以提前發覺誤操作可能造成的異常、故障,及時更新合格備品,甚至是遠距跨廠區監測;進而實現預防性保養,減少意外停?時間,且不必等到事後搶修而急就章。


如今IO-Link通訊已在食品、飲料加工及工具機產業漸成氣候,可透過PLC通訊下指令,讓電磁閥更快到位,取代過去須先經過管線排氣才能控制閥件開/關,增加不必要的排碳或耗能,甚至造成傳訊延遲。


近年來也投入自主開發多種數位化控制單元,如其微型電磁閥經對折後縮小體積,方便置入閥件,即有別於其他同業委外代工貼牌,或採取外掛配置方式,有利於計算每個閥件、零組件排碳量,將協助客戶加速實現淨零碳排目標。


**刊頭圖(攝影:陳念舜)


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