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从厂房到产线 绿化已成未来工厂趋势
 

【作者: 王明德】2018年09月21日 星期五

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近年来,环境议题也成为制造业重视的议题。能源耗竭、气候变迁、生态资源枯竭,加上环境污染等问题,已让全球重新面对一场艰辛的挑战,纷纷采取各类对策,亦衍生出全球标准规范,包括京都议定书、ISO14064系列等标准,同时也出现许多新兴交易机制,像是碳权的规范与买卖、欧盟排放交易制度及碳中和、碳足迹等相关技术。


当然,以制造业起家的台湾企业,也多已开始透过绿化资讯工作环境等方式,以最具经济效益的方式,部署所需之资讯系统架构,设法让工厂从代工型态的营运模式,转型为绿色工厂。


除了与上下游厂商间进行绿化环保,从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理,以形成绿色产品生命周期管理的循环,更可透过绿色ICT的加值应用,延伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等,协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品,1992年里约人类环境会议召开,确认地球暖化愈发严重後,「对地球友善」即是欧盟等已开发国家积极推动的工作。


节能环保采购 制程、厂房缺一不可

强调「绿色生产」,产品从设计、清洁制程、废水及废弃物减量、包装、运输直到资源回收的全生命周期,都必须「对环境友善」,并寻求最少资源的最大效能;这个概念继之以绿色采购、绿色制程、绿色贸易等一连串绵密并层层节制的「绿色新政」来落实。


过去几年来,绿色制程实践主要是在IT部门,包括整并主机数量、减少整体机房空间、主机虚拟化等,企业IT部门主要做的,仍然是支援的角色。除了与设备管理团队建立良好的合作关系,传统针对IT部门进行绿色制程的开发,对制造业而言,并不切实际,主因在於制造业中,IT部门消耗的能源成本,占机关总能耗的比例其实并不高。



图1 : 如何用数字精确量化绿色制造的影响,是企业当前的重要任务之一。(Source:E3-Fabrik)
图1 : 如何用数字精确量化绿色制造的影响,是企业当前的重要任务之一。(Source:E3-Fabrik)

因此对於工厂能耗的问题解决,制造业IT部门仍以支援为主,除了与设备管理团队建立良好的合作关系,以便部署相关管理软、硬体,IT部门更要对工厂的供水、照明设施和空调装置等设备,进行远程监测和控制,才能建立绿色智慧工厂。


例如工厂水资源消耗最大之处,是用於空调冷却系统的冷却水,部分工厂采取更有效的方法来监控空调设备,或是将工厂设计成能将屋顶上的雨水收集起来,储存在蓄水池里,供冷却系统使用,也是节省水资源的方式之一。


除了建筑之外,也可透过制程绿色化达成环保的目的,这部分可从产品生命周期到原物料、制造、使用、运输及废弃等5大阶段进行碳足迹盘查,完整制程直接与间接所产生的二氧化碳排放量,但即便如此,绿色制程的推广之路,仍然还是充满了阻力,如许多企业虽然都将电脑电源管理保持为省电装置,内政部营建署资讯室就指出,约70%的员工会把这项设置关闭。


如何用数字精确量化绿色制造的影响,就是企业当前的重要任务之一,建立各单位电费分摊模式(chargeback),实际上就是一种强制性变革,目前已有许多厂商开发出,利用投资报酬率(ROI)的计算结果进行评估的软体,协助分析绿色解决方案的投资报酬率,了解如何缩减能源消耗。


由於企业目标各不相同,因此,每一企业所选择的绿色解决方案,以及所享受到的绿色效益,自然有所差异。一般而言,部署绿色解决方案未必能在第一时间为企业节省资讯投资成本,但是若将时间拉长2~5年,企业因「绿化」而获得的效益将十分惊人。


如IBM之前在美国Raleigh建立的IBM卓越资料中心,多达95%的建筑材料都是可回收材料,且应用许多晶片水冷、机柜水冷、风力发电、自然冷却等技术,让资料中心的能源利用率(Power Usage Effectiveness;PUE)值仅为1.4,比其他资料中心多半需要2.5而言,要低很多。


台湾也有些成功的案例,像是友达光电,近年来在智慧厂房上持续投入能源最隹化方案的研拟设计,包括透过「数位电表与水表」等创新电子化管理平台,强化管理水电使用效率;此外依据机台不同需求,设计双压力的压缩空气系统,每年将可比单压系统省下约4,000万度电。


全面可视化 精准掌握厂房数据

要达成这样的目标,「可视化」也是一项重点。尤其在系统维护的监测上,更是重要指标,系统维护虽然不是产品制造的主轴,但在绿色制程上,仍是重要的一环。由於故障设备的突然发生,不仅会增加企业的维护成本,更会影响企业的生产效率,加上料件的损失及破坏,不但造成企业成本的提升,更因此降低效能,也造成环境的负担。



图2 : 整合了「即时」的监视控制与历史资料的搜集与分析,SCADA在系统维护上,将扮演重要的角色。(Source:Engineer News Network)
图2 : 整合了「即时」的监视控制与历史资料的搜集与分析,SCADA在系统维护上,将扮演重要的角色。(Source:Engineer News Network)

据调查,设备中60%的维护费用,多是由突然的故障停机所引起;即使自动化已发展多年的美国也无法避免,每年亦支付高达2,000亿美金的费用维护设备。设备的故障并非偶发事件,而是由许多隐藏性的因素,或长时间累积的问题间接造成的,系统维护应随时监控机台的性能,当系统中某些叁数显示系统性能已经开始下降,就可以直接在故障前进行维修,这种预知诊断已成为智慧工厂系统的重要功能设计。


预知诊断目前已商品化实际应用在工厂制程,工程师可藉由分析实际生产线上的问题,制作客制化的系统,随时监控机台的「健康状况」,并与远端的维护系统进行连线,在既有的生产设备底下,让产能最大化。


透过类SCADA等系统利用「资料搜集」、「分析」生产设备的生产效能,降低设备的当机情况,减少废料、降低备料成本,让设备应用更具有效率。SCADA系统主要的功能在於「监视控制」及「资料搜集分析」,整合了「即时」的监视控制与历史资料的搜集与分析,SCADA在系统维护上将扮演重要的角色。


分析机台过去的历史,掌握设备损坏或当机的先期讯号,当设备再次发出类似的讯息时,监控系统就可以先期警示控制者与管理者,让人的角色可以直接介入排除。除了及时排除问题,同时针对现况与历史纪录,针对机台的状况进行分析比对,了解机台系统过去发生过什麽样的问题,未来可以如何改善。


除了生产线及机台的监控,SCADA也可以应用在厂房的资料搜集与控制上,包括企业大楼的节能控制,像是灯光及空调运作的规画,也可以利用类似的方式来进行即时监控与资讯分析,完整监控生产线与厂房,落实智慧工厂愿景。


**刊头图(Source: Halaman)


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