陳侑成 / 工研院產科國際所
前言
2011年，由德國於漢諾威展提出了智慧製造(或工業4.0)此一全新的生產概念與技術，目的在於減少人力需求，使設備與產線擁有自主學習、生產、修復與持續運轉之能力。目前智慧製造的技術領先群包含美國、德國、日本、瑞士等國家，這些國家也都是工具機強國，掌握高階機種關鍵技術與製程，也具備強而有力的製造應用市場，如汽車、能源、國防/航太等。
2021年11月，第26屆聯合國氣候變遷大會(COP26)決議，各國需檢討加強2030年前的減碳目標強度，並要求在COP27前提交2050年長期低碳發展策略。另外，歐盟也擬定2023年針對高耗能產業實施碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism; CBAM)，優先針對水泥、鋼鐵、鋁、肥料、電力等五大產業進行納管。美國、日本也紛紛響應，提出各式碳關稅管制辦法。
淨零碳排議題提升製造業加速導入數位轉型意願
過去，我國因為產業特性的關係，生產需求以定規定量為主，且通常服務固定少數客戶，不常變動產線與設備。在這樣的生產模式下，數位轉型對多數製造業者並沒有強烈的吸引力。加上過去IoT或AI技術還未發展出模組化、低成本、快速的導入方案，企業若要執行數位轉型需要投入大量資金與設備更新，除了既有成本之外，還需應付因設備產線升級造成的停機損失。通常企業經評估投資報酬率與資金回收時間後，最終仍採取較為保守的經營心態。
臺灣工具機與下游製造產業長期以外銷市場為主，有鑑於主要出口市場紛紛提出碳中和達成目標與期限，企業發現智慧製造的導入不再只是口號，而是通往淨零碳排的一條生路。例如，透過IoT與感測裝置才能得知工廠碳排放量；利用AI才能取得最佳低碳生產方案；建置自動化工具(AGV/AMR/機械手臂)才能提升能源使用效率；資料以智慧雲的方式儲存才能減少企業機房的碳排放量。
在淨零議題的衍生下，綠色工具機儼然成為新的市場商機。工具機為眾多加工應用的上游產業，在碳足跡的計算上扮演相當重要的角色與責任。工具機業者投入相當多資源開發符合低碳排機種，其中包含：①. 從零組件下手，提升馬達、齒輪、減速器或潤滑及冷卻系統效能，加強散熱及減少加工過程的摩擦與耗損。②. 開發可回收複合材料應用，例如工研院的熱固纖維複材回收技術，相較傳統電熱爐加熱回收法可減少兩至四成能耗，且回收過程中無有害氣體產生，同時，回收碳纖維成本較原生碳纖維可降低60%以上。③. 導入AIoT、數位分身等新興科技，建立虛實整合能力，強化加工精度、產品規劃整合、製程與能源監控，進而減少資源浪費。④. 建立廠區能耗管理，結合智慧電錶規劃最佳用電與損耗排程。⑤. 強化研發技術，藉由製程優化，減少研磨及拋光加工道次與時間。⑥. 自行建置綠色能源發電系統，大多以太陽能面板為主，國外則有投入生質能發電系統。在執行上述各式方法前，企業勢必要先了解自身的碳排放現況，此時導入數位科技便成為踏入綠色製造及綠色產品關鍵的一步。
各項數位科技應用於工具機設備
以下為工具機應用數位科技的主流技術，除大幅提升加工良率、維持機台性能、提供快速因應解決方案之外，更能進一步減少耗材及能源浪費。
1. AI+IoT
器學習，可在非資深專業人員的教學下，自行依照演算法推論各式生產規劃或是生產輔助，例如AI自動排程、自動製程生成、振動補償最佳化、溫度補償最佳化、耗損補償最佳化等。近期更是加入了邊緣運算裝置，加深AI運算的應用及效率，也能解決資料傳輸延遲、降低傳輸費用以及---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。