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气压系统导入数位轻量化
打造低碳永续供应链

【作者: 陳念舜】2023年10月29日 星期日

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迎接「碳有价」时代到来,目前台湾中小企业都亟待龙头大厂「以大带小(1+N)」,从供应链内部开始带头减碳,小至3C、半导体业常用的液/气压元件、系统等,从源头轻量化设计开始,陆续在生产流程导入碳盘查、能源管理系统等工具,协同上下游产业加速脱碳。



在2050净零排放目标下,2026~2030年成为净零减碳的重要关键期,包括因应欧盟CBAM、美国CCA等碳税政策,台湾政府也祭出碳交易、碳费处理等规范。虽然主管机关环境部犹抱琵琶半遮面,称要等待费率审议委员会审议该如何徵收碳费。但顶头上司行政院院??院长郑文灿早以越俎代庖,在日前举行的智慧能源周展会上揭露,环境部已研拟台湾每吨碳费将收取NT.320元(相当於USD.10元),预计将在2024年开徵、2025年实际收费,未来还将渐进调高,最快每两年一次检讨费率。


除了前述的「棒子」之外,还有政府刻意针对供应链减碳提供补助的「胡萝卜」,简称「1+N主题式计画」,横跨电子业、钢铁业、纺织业、水泥业、造纸业、橡塑胶业、陶瓷业及运输工具制造业等10大产业。短期将针对空调、空压与制程设备3大碳排热点改革,中长期则透过智慧化系统布局,加速启动再生能源采购导入,并开发产业所需的创新减碳技术。


藉此促使台湾制造业以大带小,引领上中下游协力厂商展开低碳转型;再加入工业物联网、人工智慧(AI)、云端服务等数位科技,以协助企业理清碳盘查中最困难的范畴三,强调「正确的数据且透明,是碳管理的开始」,会更有效减少能源消耗,强化供应链韧性。



图一 : 经济部携手4大公协会与戴尔、思科、惠普、资策会、IPC(後排左起)、华邦、欣兴、仁宝、和硕、鸿海与微软等大厂,共同见证供应链减碳成果。(source:经济部)
图一 : 经济部携手4大公协会与戴尔、思科、惠普、资策会、IPC(後排左起)、华邦、欣兴、仁宝、和硕、鸿海与微软等大厂,共同见证供应链减碳成果。(source:经济部)

其中因为工业4.0、数位转型等智慧制造趋势持续发展,由液/气压等流体驱动的自动化控制元件、系统,广被应用於各行各业的自动化设备传动与直接作功,所以又被视为「机械设备的基础」,也是工业物联网的基层(Level 0~Level 1)。未来制造业要落实中下游节能政策,就应该先专注於提升及奖励上游,尤其是流体传动产业无论是在元件或系统上,都可导入节能或储能的开发与应用,提供不同产业所需的净零碳排解决方案。


气压动力元件大厂气立公司董事长游平政指出,未来台湾要想达成净零碳排目标,流体传动业者须从建置成本、执行效率和营运的方向来思考。初期则可以优先考量,应该如何降低生产制程中的能源消耗、材料浪费,或扩大使用再生能源等方法,作为企业减碳路径第一阶段的方向与目标。


游平政进一步将此可行的工具细分为:


1. 能源监控数据化,如今业界要执行碳足迹盘查,首先要搜集相关量化数据,包含公务车、发电机或使用电力的所有相关机械设备,如冰水主机等空设备、照明、空压机等。经统计各项活动及产品的整个生命周期中,直接或间接产生的温室气体排放量之後,再打造企业能源监控及管理系统,达成「能源预警」目标,可在合理使用能源及最隹化同时,有效降低浪费与排碳量。


2. 企业流程数位化:利用大数据和流程数位化来提升企业营运效率,整合办公室及现场状况,提供各职能部门在同样的分析基准上沟通,降低资讯不对称带来的浪费;并将日常作业流程全面无纸化,以达减碳之效。


3. 生产制程优化:即利用导入自动化来改善生产制程,透过数据分析以提高设备使用率、降低待机时间等,将生产流程最隹化而减少排碳。


落实制造业脱碳目标 扩大流体机械应用

惟若要落实在流体动力领域的节能产品,则包含:节能空压机,可依序概分为往复式>旋齿式>螺旋式>离心式空压机等能效改善设计发展,并结合变频(速)控制及其管理平台的软硬体,达到节能目标;甚至可将空压机排放热气回收,导入成为乾燥机应用。


且在节能真空泵开始加入AI自适应变频器之後,将比起传统真空泵更减少耗能;或将节能液压单元的传统马达,改为变频伺服马达驱动之後,将更为节能约40~45%;还可利用阀控系统技术,来提升系统直接作功能效。游平政认为:「只有具备节能或储能功能的零组件与系统,才会有节能的机械设备!」


近年来气立也不断推陈出新产品,可分别用於流体传动控制与作功领域节能,包含:


1. 纯气式倍数增压缸与储能系统,系透过增压??路的最隹化,将消耗空气量减少33%,补充不足的力量;


2. 液气转换增压器/缸与系统,改用空压启动、液压出力作功方法,来节约液/气压单元的耗能使用;


3. 液压蓄能器与节能系统,因为在系统中使用时,首要解决储能与节能等课题,所以允许蓄能器可使用更小型的泵储能,安装功率更低、散热更快,将显着减省能耗和营运成本。适用於短时间内需求大量油料或循环时间极短的系统中,得到足够经济效益的解决方案。


另为了减少排碳和生产制程数位化分析需求,气立也陆续发表可减少安装空间及人工成本的相关元件,包含二段式真空发生器及模组、差压式流量计,以达到高效、低耗能目标。


拓展数位及半导体产业应用 强化气电压驱动控制

由於传统产业长期面临缺工及数位转型的推/拉力需求,智慧及先进制造已成为目前制造业转型的主流与趋势。利用工业4.0可整合现有资源及制造流程,结合自动化机械、智慧感测、大数据分析与系统整合等网路科技实现智慧制造愿景,有效建立弹性制程、改善流程;并根据机械维修历程记录与效能监控,进行设备预知维护保养,降低无预警停机风险,大幅提高生产效率,成为制造业强化营运韧性的重要关键。


促使业界纷纷提升设备及作业环境,支援高阶技术或附加价值的各类自动化和制造生产设备中的气动元件使用量,可??因此渐被增加采用;加上各国数位产业的发展力道加大,除将带起伺服器、资料中心等相关产业的成长,进一步加快传统产业转型升级,为自动化设备产业迎来新一波的营运动能,而使气立等气动元件厂受惠,有助於後续接单动能。


另从未来整体市场趋势来看,由於5G、AI、IoT发展越来越成熟,目前全球正处於传统产品汰换成智慧产品的转换期,在这段时间最需要的就是产线提升与大量生产设备的应用,这些都是未来推升气立产品销售的重要关键助力,可从智能工厂延伸至智慧城市、智慧家庭等带来营运商机,未来将会逐步稳定成长。气立在大陆平湖压铸厂投产之後,外销占比6成,主要交货给欧美及日本气动元件、汽车、通用机械及工具机等产业客户。


气立除了「无杆缸」、「机械夹爪」与「真空元件」等既有优势产品外,也推出「电动缸」、「多段式真空发生器」等电控新品,以期打造更多元的产品线,满足客户一站式购足的需求,抢攻智慧制造商机。


其中「电动缸」结合步进马达设计,具备有高精度、自由定位及高载重等特点,使其他机构(如夹爪)精准进行加工动作,可运用在汽车、自动化产业的工业机器人、汽车产业等产业;「多段式真空发生器」,则是在气立开发的高效能真空系统技术下,除了增加吸入流量200%、空气消耗量减少90%,并整合真空调控技术,使节能效果达到50%,将更有助於气立在光电、检测及半导体等产业的市场开发。


图二 : 「多段式真空发生器」,则是在气立开发的高效能真空系统技术下,使节能效果达到50%,将更有助於开发光电、检测及半导体等产业的市场。(摄影:陈念舜)
图二 : 「多段式真空发生器」,则是在气立开发的高效能真空系统技术下,使节能效果达到50%,将更有助於开发光电、检测及半导体等产业的市场。(摄影:陈念舜)

此外,面对国外买主更强力要求增效节能、实现RE100目标的3C、半导体代工产业景气看似蓬勃,各地新建晶圆厂陆续完工,市场普遍看好半导体设备支出能持续成长,却也遭遇全球缺工的严重问题。


气立也着眼於市场需求多元与多变,藉着实现创新与永续理想,针对不同产业应用布局产品,将经营及研发触角从消费性电子、通用机械、机床设备及太阳能等产业,延伸至半导体设备、电动车等产业相关产品。


因此陆续推出可结合监控设备碳排数据,符合ESG潮流而开发的各式流量计、具高流量低耗能特性的三段式大流量真空发生器,以及具备电控旋转、气动夹持特性的电动旋转机械夹爪等新品,搭配供应半导体业所需的机械式无杆缸,比起现有同类产品体积小、效率比高的优势,全面建构可应用於半导体产业制程生产、检测,以及光电产业中的自动化搬运设备的系列产品线。


图三 : 气立陆续推出可结合监控设备碳排数据,符合ESG潮流而开发的各式流量计、以及具备电控旋转、气动夹持特性的电动旋转机械夹爪等新品。(摄影:陈念舜)
图三 : 气立陆续推出可结合监控设备碳排数据,符合ESG潮流而开发的各式流量计、以及具备电控旋转、气动夹持特性的电动旋转机械夹爪等新品。(摄影:陈念舜)

目前该公司气动元件已成功打入台湾半导体龙头大厂供应链,应用在晶圆中後段设备、美系及韩系等智慧型手机大陆供应链,出货已明显成长而展现开发成效,有助於公司未来营运拓展,争取全球千亿美元市场的半导体设备商机。


台湾宝帝提供由下而上解决方案 加速实现数位减碳目标

至於台湾宝帝公司(Burkert)面对台湾客户与日俱增的碳焦虑,近年来不仅发表一系列真正符合客户ESG、数位转型需求的产品,以件;同时善用於流体控制产业深耕70多年累积的丰富经验生产优质阀体,无论是在测量、控制还是调节都居全球领先地位,经由严格管制各种流程,强调与客户共同构成了一个学习型组织,满足企业从营销到应用服务等全方位跨领域需求。


其中基於数位化革命为生产过程带来了在流程自动化领域的广泛应用,Bürkert将工业4.0视为数位化的第二阶段,可将Level 0~1的基层机器、感测器和人员连网,并互相交换资讯,再经由上层数位化平台(EDIP)整合系统网路中,有关工艺装置的操作、通讯和介面,提供复杂的自动化需要创新且量身订制的解决方案,实现真正数位转型。


藉以确保数据即时上传不失真,减少配线作业及系统承载、缩短施工和试?时间,进而增进工作效率;并透过远端监控,增加维护便利性,由於传输介面选择性高、方便灵活运作,提升了系统未来性和扩充性。


台湾宝帝进一步指出,由於Bürkert长年坚持密切贴近客户为中心的原则,使之每天不断自我优化,总是在为客户找出痛点,解决特殊问题。透过各地分公司业务端搜集客户现场资讯,再寻求德国专家团队支援各种涉及单项组件,或是个性化系统的最隹解决方案,得以轻松快速地实现不同制造厂商的各种制程阀的自动化,替代选择也通过认证;并藉智慧型控制头提高生产效率,确保各阀门可在正确的时机,执行快速、可靠地协同工作。即使在工业物联网(IIoT)泛滥的年代里,仍确保没有任何感测器和压损存在测量管中,从而达到高洁净度的卫生设计。


举其卫生级应用的基础设备为例,FLOWave系列产品之一的8098型流量计,便是Bürkert基於表面声波(Surface Acoustic Waves;SAW)技术而研发,主要应用於须满足极高卫生要求的场域,实现非侵入式测量流量。包括利用合适的不??钢材质,除了量管本身之外,不含任何与测量材料接触的部件,以符合理想的外部卫生设计要求。即使在IIoT泛滥的年代里,仍可确保没有任何感测器和压损存在测量管中。


FLOWave还提供了一系列整合功能,强调灵活性、可清洁性,以及重量轻、安装和操作简单等优势,可透过数位通讯设定叁数,确保高精度及可靠。适用於低或无导电度液体,让使用者在均质、不含空气和固体的液体中,获得最隹测量结果;对於旒度更高的液体,使用整合式旒度补偿,虽然无法测量气体和蒸汽,惟其流量却不会影响设备。之後还可以叁考之前的方法,正确测量流回管道中的液体,包含密度系数、声波传播系数等其他过程的特殊功能,提供各种液体的附加资讯,特别适合CIP/SIP、饮料等卫生级应用场域。


其微流体控制包含5大特点,包含:高精密度、高度能被清洁、微小内部残留空气、耐化性强、低热传导而影响流体,导入於生命科学、临床诊断、医疗仪器及与制药相关的工业分析取样单元,涉及精准的微量控制应用



图四 : 近年来台湾宝帝也投入自主开发多种数位化控制单元,方便置入阀件。即有别於其他同业委外代工贴牌,或采取外挂配置方式,有利於计算每个阀件、零组件排碳量,更有助於客户加速实现净零碳排目标。(摄影:陈念舜)
图四 : 近年来台湾宝帝也投入自主开发多种数位化控制单元,方便置入阀件。即有别於其他同业委外代工贴牌,或采取外挂配置方式,有利於计算每个阀件、零组件排碳量,更有助於客户加速实现净零碳排目标。(摄影:陈念舜)

近期更发表其领先同业,专注从制程控制自动化的Level 0基层架构元件由下而上,开发各种规格越来越齐全的完善数位转型解决方案。


Bürkert透过分散在各个阀件中安装IO-Link通讯、I/O埠,以弹性配置连线厂内各种有无连网能力的新旧设备电磁阀,提升资讯可视化程度,经过内建通讯协定介面的闸道器Gateway,将各工作站或HMI数据上传云/地端伺服器,时时监测记录操作动态、比例阀累计冲程和时数并设定上下限,藉以提前发觉误操作可能造成的异常、故障,及时更新合格备品,甚至是远距跨厂区监测;进而实现预防性保养,减少意外停?时间,且不必等到事後抢修而急就章。


如今IO-Link通讯已在食品、饮料加工及工具机产业渐成气候,可透过PLC通讯下指令,让电磁阀更快到位,取代过去须先经过管线排气才能控制阀件开/关,增加不必要的排碳或耗能,甚至造成传讯延迟。


近年来也投入自主开发多种数位化控制单元,如其微型电磁阀经对折後缩小体积,方便置入阀件,即有别於其他同业委外代工贴牌,或采取外挂配置方式,有利於计算每个阀件、零组件排碳量,将协助客户加速实现净零碳排目标。


**刊头图(摄影:陈念舜)


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