技術專題主編前言｜智慧工廠技術專輯主編前言

今年最熱門的議題就是全球逐步凝聚共識的零碳排，也就是節能減碳，近幾年的氣候變遷與災害，開始讓各國政府強烈感受到大自然反撲的威力，促使歐盟啟動跨境碳稅法規化的第一槍，於2021年7月公布「碳邊境調整機制」(CBAM)細則，要求海外業者比照歐盟境內實施的ETS碳交易制度來負擔碳稅，也就是跨境交易需要抽取碳稅的機制，與一般關稅不同的是，如果產品於出口國政府有抽取相對應的碳稅，則進口歐盟時可以扣除，因此促使各國開始建立相關的碳稅機制，臺灣的【溫室氣體減量及管理法】，預計最快2023年制訂，未來碳費課徵不僅只針對國內產製商品，也會包括國外進口的商品。
各國政府也紛紛響應2050淨零碳排或碳中和的國家政策，我國也由國發會於去年公布第一版的2050淨零路徑，其中市售的電動汽車與機車將於2040年達成100%的目標，製造產業則於2030年逐批汰換製程設備到2050年全面導入低碳製程，對製造業的升級將形成極大的壓力，卻也是強迫產業升級與轉型的重要轉折點。當然，除了政府以外，各品牌廠商或製造大廠，也都宣告將於2030年對供應鏈或產品實現碳中和，如Apple、台積電、三星等，這對處於全球供應鏈關鍵地位的臺灣製造業，其相對壓力比起政府將更為巨大，也更為迫切。特別是中小企業，除了面對出口的碳關稅，還要符合上下游大廠商的要求，投入製造的碳價值轉型將是刻不容緩的議題。
什麼是【製造的碳價值轉型】? 就是要拋開過去完全以金錢衡量生產製造的價值，輔以碳價值來衡量；例如，當我們要更換機油或皮帶，需要衡量的不只是購買金額與回收期限，還要評估新品的整體碳足跡，從原料到製造、到使用、到報廢的全生命週期，還有可能衍生的碳稅和客戶的要求。最近歐盟已開始針對設備維修度指數進行定義與法規化，特別是法國，在2021年上路的「維修度指數」政策，讓消費者可以藉由選購產品時標示的維修度指數，清楚知道除了現在購買的價格外，還可了解未來因維修可能產生的成本與困難度，讓使用過程中的維修，成為綠色產品的另一種指標。因此，廠商不應該再將碳價值侷限在某一段的過程，而是在整個產品生命週期中，哪一階段是碳的熱點，以手機為例，製造過程的碳含量就占整體的70-80%，而工具機的使用壽命長，能耗高，使用過程中的碳排超過90%以上，因此綠色手機的設計重點應該放在製造端，選擇低碳材料、減少工序、簡單組裝、提高良率、減少高耗能工序等，而綠色工具機的重點則要放在客戶使用過程時，可以更節能、耗材更低碳。
在低碳化的工廠轉型過程中，首先要盤點工廠自身的碳熱點，特別是能源管理，而一般企業能源的消耗又以電力為最，而電力又以馬達與空調為大宗，其次是製程設備，當然，依產業的不同也會有不同的比例。以PCB產業為例，今年臺灣的PCB產業發表低碳轉型策略，根據其2020年臺灣PCB的溫室氣體盤查調研資料，製程與廠務能源使用所產生的間接排放(含企業外購能源，如電、蒸氣或其他冷熱能等)約占整體溫室氣體排放的77%，其中整體設備耗電熱點又以空調系統占19%為最高，整體廠務約占45% (空調系統19%、空壓系統10.5%、冰水系統6.5%、照明與馬達等4.5%)，製程設備則以電鍍16%為第一，其次陸續為線路10.1%，壓合6.6%，雷鑽5.1%，因此，改善建議先以空調的優化與製程的電鍍為主，而這些改善都可以智慧化的自動調節達成一定的效益。當然，工廠中若能減少人力，多採用自動化，也相對可以減少碳排，據估計一台機器手臂平均使用一年的碳排約960公斤，而人工約1805公斤，兩者相差近一半。
本次的專題從智慧工廠的角度出發，提供大家可能的節能路徑與方法。首先，由智慧工廠節能減碳的論述，讓大家了解目前各國與臺灣的法規與政策，並可通過那些先進的技術與手段達成節能減碳的目標。其次，在關鍵技術文章中，從通訊標準的發展與導入、設備的餘命分析、機器的預兆診斷、AI的自動檢驗技術都是節省人力，提高設備運轉效能的重要方法。此外，在塑橡膠與金屬加工成型製造，是屬於臺灣製造領域的重點，因此在塑橡膠領域，我們選擇一個成功的案例來讓大家知道如何從複雜的製程參數中，透過AI的參數地圖技術，為射出成型製程找到最佳的參數值，省掉生產線不斷試誤所造成的浪費，與人工經驗為主的非科學調機方式；在金屬加工成型技術，我們則以沖壓成型為案例，從資料收集的可視化到智慧化，可有效的提高生產效率、降低成本和增強產品品質。在其他先進的應用方面，未來客製化的精準醫療將會改變整個醫院的醫療體系，將目前生病開刀吃藥的模式，轉換成以自身的基因與抗體來對抗難以克服的疾病，因此，自動化的基因培養就成為未來發展的重點，本專輯以自動化細胞凍管分裝技術來讓讀者了解，如何在這領域找到設備未來的另一個藍海商機。當然，工業元宇宙是智慧工廠下一步的重點，如何透過數位孿生技術建構工業元宇宙在工廠中的應用，特別是產品碳足跡涉及的是供應鏈的上下游，跨領域、跨公司、跨國家的資訊交換，將產品生命週期的數位化資訊，在整體供應鏈中的串聯與應用將更形重要。
以上文章都是工研院機械所最近研發與應用成果，希望拋磚引玉，讓更多資源可以投入，吸引更多人才加入智慧工廠的領域。當然，在淨零碳排的壓力驅動下，製造業需要拋開過往一昧地減少成本、提高產能的思維，改以採用對地球和善的製造方法與手段，如自動化與智慧化、環保材料與低碳製程，共同協助產業的數位化與低碳化的升級與轉型，為臺灣產業創造下一個競爭力。