達(dá)成凈零排放的關(guān)鍵除了能源轉(zhuǎn)型，還包含減少產(chǎn)品「制造」，透過(guò)產(chǎn)品、零組件及材料循環(huán)運(yùn)用，可以有效降低碳排，或者透過(guò)「提供服務(wù)」的方式創(chuàng)造產(chǎn)品價(jià)值。
聯(lián)合國(guó)政府間氣候變遷專門(mén)委員會(huì)（IPCC）公布的氣候變遷報(bào)告（AR6）指出，全球約有33-36億人生活在極易受氣候變遷影響的環(huán)境中。溫度上升攝氏2度，全球約30億人將經(jīng)歷「長(zhǎng)期缺水」，18%的陸地物種將面臨滅絕風(fēng)險(xiǎn)；升溫?cái)z氏4度，約50%的物種生命將受威脅。第26屆聯(lián)合國(guó)氣候變遷大會(huì)(COP26)強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)《巴黎氣候協(xié)定》，守住升溫臨界值攝氏1.5度，有助減緩碳排量，不過(guò)，減緩碳排只能延緩氣候變遷帶來(lái)傷害，零碳排才是根本之道。
智慧制造再升級(jí)，產(chǎn)線、營(yíng)運(yùn)都變綠了！
全球碳排量約55%來(lái)自能源生產(chǎn)及使用，45%來(lái)自工業(yè)、農(nóng)業(yè)等制造加工過(guò)程。為響應(yīng)《巴黎氣候協(xié)定》，全球產(chǎn)業(yè)積極推動(dòng)2030年及2025年凈零碳排，如蘋(píng)果(Apple)宣布，2030年起蘋(píng)果供應(yīng)鏈凈零碳排到位，并已協(xié)助逾200家供應(yīng)鏈業(yè)者改以再生能源運(yùn)作，包含臺(tái)灣的臺(tái)積電、和碩、日月光、仁寶等業(yè)者；Google早在2007年已達(dá)成碳中和，2017年100%使用再生能源，2020年已抵銷所有碳足跡，并承諾2030年全天候使用零排放能源（carbon-free energy）；半導(dǎo)體業(yè)者愛(ài)德華先進(jìn)科技在2021年便積極設(shè)立SBTi目標(biāo)，透過(guò)環(huán)境減排技術(shù)協(xié)助企業(yè)及客戶減少碳排；亞馬遜（Amazon）制定新計(jì)畫(huà)，計(jì)畫(huà)於2040年達(dá)成碳中和。
| 圖1 : 康寧(Corning)運(yùn)用Conetoe的太陽(yáng)能裝置產(chǎn)出清潔能源；右為奧勒岡州的Montague風(fēng)電廠，是Apple迄今最大的再生能源專案之一。(Source：Apple官網(wǎng)) |
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除了電，制造業(yè)是溫室氣體產(chǎn)生的大宗，特別是鋼材、混凝土及塑膠等材料，約占總體的1/3。對(duì)於制造業(yè)來(lái)說(shuō)，達(dá)成凈零排放的關(guān)鍵除了能源轉(zhuǎn)型，還包含減少產(chǎn)品「制造」，透過(guò)產(chǎn)品、零組件及材料循環(huán)運(yùn)用，可以有效降低碳排，或者透過(guò)「提供服務(wù)」的方式創(chuàng)造產(chǎn)品價(jià)值，這兩種方式對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)都是從工業(yè)3.5到工業(yè)4.0的「綠色轉(zhuǎn)型」。循環(huán)臺(tái)灣基金會(huì)呼吁，「減少制造、提高資源循環(huán)運(yùn)用」才是制造業(yè)因應(yīng) 2050凈零排放的關(guān)鍵策略，建議企業(yè)積極投入循環(huán)經(jīng)濟(jì)，發(fā)展低碳商業(yè)模式。
零碳排需要生產(chǎn)與供應(yīng)鏈全面改造，不只蘋(píng)果、Google，微軟、Amazon、Meta等科技巨擘都陸續(xù)宣布加入碳中和與凈零碳排行列，臺(tái)灣業(yè)者也積極響應(yīng)綠色轉(zhuǎn)型，如臺(tái)灣第四大碳排大戶臺(tái)積電宣布2050年內(nèi)達(dá)成凈零碳排，未來(lái)30年，每年減少1000萬(wàn)噸碳排；日月光、鴻海宣布2050年實(shí)現(xiàn)100%碳中和；臺(tái)達(dá)電承諾100%使用再生能源，2030年推動(dòng)碳中和；宏??、華碩將在2035年達(dá)成碳中和。
全球產(chǎn)業(yè)加入碳中和、零碳排等「綠色轉(zhuǎn)型」行列，「智慧制造」與「智慧工廠」蔚為風(fēng)潮，「燈塔工廠」應(yīng)運(yùn)而生，臺(tái)灣政府也將智慧機(jī)械列入五加二重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)智慧制造轉(zhuǎn)型。
綠色浪潮席卷制造業(yè) 燈塔工廠成標(biāo)竿
「智慧工廠」是第四次工業(yè)革命(4IR)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的新產(chǎn)物，不少工業(yè)先進(jìn)國(guó)家加速推動(dòng)綠色制造，英國(guó)就將凈零轉(zhuǎn)型視為「綠色工業(yè)革命」。技術(shù)世界經(jīng)濟(jì)論壇與麥肯錫自2018年起評(píng)比全球智慧工廠，將表現(xiàn)最出色的智慧工廠評(píng)選為「全球燈塔工廠（Global Lighthouse Network）」，評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)包含自動(dòng)化、數(shù)位化、大數(shù)據(jù)分析、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G等數(shù)位科技建置以及運(yùn)用成熟度，這些數(shù)位科技是工廠中廣泛使用的工業(yè)4.0領(lǐng)先技術(shù)。
截至2021年，已有90家企業(yè)入選全球燈塔工廠，如2021年入選全球燈塔工廠的友達(dá)臺(tái)中Fab 3廠、群創(chuàng)高雄8.5+8.6代廠，鴻海集團(tuán)鄭州廠區(qū)及武漢廠區(qū)也雙雙入選，是繼深圳、成都廠區(qū)後入選的鴻海新廠區(qū)。值得一提的是，入選燈塔工廠的企業(yè)并非完全以機(jī)器取代人工，而是透過(guò)數(shù)位化技術(shù)帶來(lái)創(chuàng)新，提高產(chǎn)能與效能，多數(shù)工廠不僅產(chǎn)量提升，也成功創(chuàng)造產(chǎn)品價(jià)值，找到新的營(yíng)收來(lái)源。
以友達(dá)光電來(lái)說(shuō)，自2015年啟動(dòng)智慧制造2.0後，即針對(duì)智慧制造、綠色制造和人才培育進(jìn)行轉(zhuǎn)型，并深化4IR技術(shù)，如運(yùn)輸自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)與電腦視覺(jué)自動(dòng)檢查及維修產(chǎn)品、IoT架構(gòu)結(jié)合自動(dòng)清潔、AI應(yīng)用程式整合系統(tǒng)等。為因應(yīng)智慧工廠綠色轉(zhuǎn)型，各廠區(qū)的管理模式也隨之調(diào)整，結(jié)合場(chǎng)域知識(shí)與資料科學(xué)技術(shù)，從過(guò)去的反應(yīng)式管理改變成預(yù)測(cè)式管理。2018至2020年三年內(nèi)，燈塔工廠整體產(chǎn)能上升32%、先進(jìn)制造良率提升60%。
| 圖2 : 友達(dá)臺(tái)中廠獲選全球燈塔工廠;自行開(kāi)發(fā)水電氣即時(shí)監(jiān)測(cè)模組。(Source：友達(dá)) |
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除了4IR技術(shù)，友達(dá)也透過(guò)AIoT企業(yè)策略結(jié)盟方式，與關(guān)企友達(dá)數(shù)位、友達(dá)智匯、友達(dá)宇沛等合作，提供專業(yè)顧問(wèn)諮詢服務(wù)，內(nèi)容包含永續(xù)生產(chǎn)制造專業(yè)知識(shí)、軟硬體解決方案、AI系統(tǒng)與場(chǎng)域應(yīng)用相互結(jié)合的一體化解決方案等。
群創(chuàng)光電總經(jīng)理?xiàng)钪橹赋?，智慧制造與智慧營(yíng)運(yùn)勢(shì)必同時(shí)并進(jìn)，才能創(chuàng)造最有韌性的經(jīng)營(yíng)體質(zhì)與核心競(jìng)爭(zhēng)力，智能管理不僅可以強(qiáng)化精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、智?生產(chǎn)及智慧檢測(cè)，智能引擎還可以取代人工檢核，改善工作環(huán)境與效率。
群創(chuàng)高雄廠區(qū)透過(guò)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化及智能化，實(shí)現(xiàn)群創(chuàng)XYZ數(shù)位轉(zhuǎn)型策略，該廠也投資自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)和分析技術(shù)以提升制程、品質(zhì)和問(wèn)題解決能力，產(chǎn)品最終不良率因此降低33%，利基產(chǎn)品比重則增加22%，品質(zhì)偵查時(shí)間減少90%，總體產(chǎn)能增加10%，成功建立完整生態(tài)系，同時(shí)提升整體競(jìng)爭(zhēng)力。
鴻海董事長(zhǎng)劉揚(yáng)偉則表示，數(shù)位轉(zhuǎn)型是集團(tuán)自「勞力密集」轉(zhuǎn)型為「腦力密集」的重要階段。截至2021年，鴻海集團(tuán)約有20馀座廠房符合燈塔工廠標(biāo)準(zhǔn)，其中有11座獲選為「燈塔工廠」。在生產(chǎn)線流程優(yōu)化方面，鴻海武漢廠區(qū)利用先進(jìn)分析技術(shù)、柔性自動(dòng)化技術(shù)重新設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)，提高86%勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少38%品質(zhì)缺陷，訂單交貨周期縮短29%(降至48小時(shí))。
鄭州廠區(qū)則提高102%勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少38%品質(zhì)缺陷，整體設(shè)備效率提高27%。面對(duì)快速的業(yè)務(wù)需求但技術(shù)熟練工人不足等問(wèn)題，鴻海采用混合實(shí)境、人工智慧和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提高200%勞動(dòng)效率，整體設(shè)備效率則提高17%。
| 圖3 : 鴻海集團(tuán)鄭州廠區(qū)獲選燈塔工廠。(Source：鴻海） |
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此外，鴻海「燈塔工廠」還積極對(duì)外賦能，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)位化及數(shù)位產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，如鴻海鄭州廠區(qū)建立跨職能轉(zhuǎn)型辦公室，與德州、清華等10所大學(xué)合作研發(fā)、招募復(fù)合型人才，建立全球技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。鴻海集團(tuán)規(guī)劃2022年再打造20座「燈塔工廠」，改造模具生產(chǎn)、CNC加工、表面貼裝、系統(tǒng)組裝等場(chǎng)域，同時(shí)在廠房?jī)?nèi)導(dǎo)入自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化等技術(shù)，同步提高產(chǎn)品力及管理品質(zhì)。
支撐燈塔工廠的4IR關(guān)鍵技術(shù)
麥肯錫合夥人及制造工作(McKinsey & Company and Global Lead of its manufacturing work )全球負(fù)責(zé)人Enno de Boer表示，「燈塔」實(shí)現(xiàn)永續(xù)發(fā)展，并非完全以機(jī)器取代人工，而是透過(guò)數(shù)位化技術(shù)帶來(lái)工作變革，提高效能。
4IR技術(shù)包含人工智能、機(jī)器人及物聯(lián)網(wǎng)，這些技術(shù)有助加速永續(xù)發(fā)展，同時(shí)強(qiáng)化企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。燈塔工廠結(jié)合5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、云端與邊緣運(yùn)算等資通訊技術(shù)，搭配人工智慧(AI)、大數(shù)據(jù)(Big Data)、預(yù)測(cè)、數(shù)位雙生(Digital Twin)、AR與混合實(shí)境(MR)等新興智慧科技，運(yùn)用在感測(cè)、機(jī)器人、無(wú)人載具、積層制造等先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展出提升工廠與供應(yīng)鏈營(yíng)運(yùn)績(jī)效的數(shù)位化、智慧化應(yīng)用方案，創(chuàng)造價(jià)值成效。全球燈塔工廠的主要應(yīng)用方案包含數(shù)位化組裝與機(jī)械設(shè)備、數(shù)位化設(shè)備維護(hù)、數(shù)位化績(jī)效管理、數(shù)位化品質(zhì)管理，以及數(shù)位化永續(xù)發(fā)展。
TrendForce指出，2022年全球智慧制造市場(chǎng)規(guī)模近3700億美元，2019-2022年年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)10.7%。智慧制造的核心在於數(shù)據(jù)與設(shè)備虛實(shí)整合後的即時(shí)反應(yīng)，關(guān)鍵在於延遲性、安全性與運(yùn)算能力，未來(lái)發(fā)展將以邊緣運(yùn)算及5G為主，如AR/VR、機(jī)器視覺(jué)、數(shù)位雙生、預(yù)測(cè)性維護(hù)等技術(shù)支持及應(yīng)用升級(jí)。
工研院產(chǎn)科國(guó)際所??組長(zhǎng)熊治民表示，近年來(lái)，發(fā)展快速的智慧制造相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用包含感測(cè)、智慧機(jī)器人(特別是協(xié)作機(jī)器人與自主移動(dòng)機(jī)器人AMR)、積層制造(3D列印)、人工智慧(AI)、5G通訊、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與云端平臺(tái)、數(shù)位模擬與分析，以及擴(kuò)增實(shí)境(AR)等。在智慧工廠的技術(shù)應(yīng)用上，2022年已經(jīng)出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合5G、邊緣運(yùn)算、AI等工具打造的虛實(shí)整合系統(tǒng)（Cyber-Physical System；CPS），數(shù)位雙生（Digital Twin）技術(shù)則被廣泛運(yùn)用於智慧制造、智慧城市等垂直領(lǐng)域。
隨著環(huán)境、場(chǎng)域與設(shè)備間的交互影響愈來(lái)愈復(fù)雜，數(shù)位技術(shù)也擴(kuò)大部署及運(yùn)用范疇，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭配3D感測(cè)技術(shù)、VR、AR等遠(yuǎn)端作業(yè)，打造元宇宙（Metaverse）發(fā)展架構(gòu)。推動(dòng)凈零碳排已成為制造業(yè)全球趨勢(shì)，急需借助智慧感知、IoT、AI、數(shù)位雙生，以及碳排放計(jì)算、能源與資源使用優(yōu)化、供應(yīng)鏈運(yùn)作優(yōu)化等技術(shù)，提供更多解決方案。
多數(shù)制造業(yè)都會(huì)朝自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化運(yùn)作發(fā)展，如基於云端平臺(tái)的自動(dòng)化與數(shù)位化工作流程、以機(jī)器人節(jié)省人力或補(bǔ)充生產(chǎn)能力、以遠(yuǎn)距工作模式克服市場(chǎng)營(yíng)銷與客戶服務(wù)限制、透過(guò)人工智慧預(yù)測(cè)原物料價(jià)格與供應(yīng)鏈運(yùn)作優(yōu)化等。目前國(guó)際制造業(yè)者持續(xù)透過(guò)工業(yè)4.0、數(shù)位轉(zhuǎn)型應(yīng)用建立更大的智慧制造體系。大型企業(yè)全面推動(dòng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、智慧化產(chǎn)線與智慧工廠，導(dǎo)入5G、AI、AR、云端、協(xié)作機(jī)器人、無(wú)人搬運(yùn)車(AGV)與自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)等技術(shù)；中小型企業(yè)偏向設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、稼動(dòng)率可視化、自慧化排程，以及結(jié)合AI的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)應(yīng)用。
研究指出，晶片制造占電子設(shè)備碳排放的大宗，產(chǎn)業(yè)上游晶圓代工及封裝測(cè)試、中游組裝及下游品牌科技大廠紛紛提出碳中和時(shí)間表，如臺(tái)積電、聯(lián)電、臺(tái)達(dá)電、鴻海、日月光、宏??、華碩等。英特爾、臺(tái)積電、聯(lián)電、日月光投控等半導(dǎo)體大廠今年4月宣示，在全球營(yíng)運(yùn)范圍內(nèi)達(dá)成凈零排放目標(biāo)，除了擴(kuò)大采用再生能源，也會(huì)在價(jià)值鏈中降低溫室氣體排放量，如英特爾承諾在2040年前，全球營(yíng)運(yùn)達(dá)凈零排放目標(biāo)，并在價(jià)值鏈中降低逾30%的溫室氣體排放量。
全球第一家RE100半導(dǎo)體企業(yè)臺(tái)積電承諾100%使用再生能源，於2020年成立凈零排放專案，為達(dá)成2050年凈零排放目標(biāo)，擬定減緩措施、強(qiáng)化綠色創(chuàng)新作為，積極采用再生能源，并持續(xù)尋找各種排碳減量機(jī)會(huì)；為達(dá)2050年凈零碳排目標(biāo)，聯(lián)電推動(dòng)「凈零行動(dòng)」三部曲：針對(duì)營(yíng)運(yùn)直接排放、能源使用間接排放及價(jià)值鏈產(chǎn)生的間接排放，落實(shí)低碳能源轉(zhuǎn)型。
| 圖4 : 臺(tái)積電使用再生能源量與比例。(Source：臺(tái)積電) |
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結(jié)語(yǔ)
智慧制造與燈塔工廠的應(yīng)用需要持續(xù)累積才能展現(xiàn)具體成效。目前國(guó)際制造業(yè)者持續(xù)透過(guò)推動(dòng)工業(yè)4.0、數(shù)位轉(zhuǎn)型應(yīng)用建立更深化、范疇更大的智慧制造體系。預(yù)期大型制造業(yè)者未來(lái)將結(jié)合內(nèi)外部資源，建立規(guī)?；腔酃S，以提升產(chǎn)能、品質(zhì)與接單彈性，帶動(dòng)臺(tái)灣智慧制造方案生態(tài)系發(fā)展，在大型企業(yè)帶領(lǐng)下，再將中小型企業(yè)納入智慧制造生態(tài)系及產(chǎn)業(yè)鏈，逐步發(fā)揮「燈塔工廠」綠色制造的整合價(jià)值。
