永續製造的減碳手法在哪？數位科技如何協助？

（本文為專家投稿，作者為黃正傑。黃正傑博士長期研究雲端運算、大數據、人工智慧、工業互聯網等技術應用趨勢並協助前瞻計畫發展與管理。曾擔任產業數位轉型顧問、產業分析師、電子化技術顧問、供應鏈管理顧問等職務。目前為鼎新電腦前沿研發架構師，經營《就享知-科技轉角巷》頻道，並兼任文化大學助理教授。《T客邦》歡迎各路好手針對擅長主題投稿或是針對數位議題發表自身意見，詳情以及方式請見徵稿頁面。）

碳盤查後不是取得報告而已，進一步要落實減碳，才能為企業帶來長久的永續發展!! 那麼，永續製造是甚麼? 數位科技又如何協助進行永續製造呢? 本文利用WEF永續燈塔工廠的案例，分析數位科技如何協助製造業進行日常工作改善、流程最佳化、原物料替代、新產品設計等永續製造發展，可作為企業雙軸轉型的起點!!

永續製造的關鍵要素

組織溫室氣體碳盤查、產品碳足跡、永續報告書、碳權交易，是不是讓您眼花撩亂? 在評估企業的碳排放狀況後，最重要的是思索如何進行減碳以進行永續發展。從製造業的角度來看，根據美國環境保護署EPA的定義，永續製造是「通過合理經濟的製程而製造產品，並能夠最大限度地減少對環境負面影響、同時節約能源和自然資源」。以此，永續製造的關鍵基礎是:環境、經濟、社會的三大要素，或者可以對應為地球(Planet)、利潤(Profit)、人們(People)的Ｐ3要素。因此，除了環境、社會等ESG議題外，製造業也要思考經濟上成本、利潤與投資上的合理性。

圖、永續製造的三大要素

(資料來源: 世界經濟論壇OECD)

那麼，如何著手進行永續製造呢？美國環境保護署EPA列出5個方向:

日常工作改善(HouseKeeping):

從現有作業流程上的資源調整與安排，是永續製造最簡單地的方法。實務上的作法包含進行更好的存貨管理、資源監控、排程以減少能源的耗用、資源的浪費並充分地利用資產設備、維護設備，減少停機等待等作法。

流程最佳化(Process optimization):

流程最佳化牽涉到改變製造流程以減少浪費、保存物料及取得與再利用廢棄物料。流程最佳化的實務作法包含最佳化機器參數調整、製程順序改善、物料搬運路徑最佳化或者發展物料、水、熱資源等再利用程序。

原物料替代(Raw Material Substitution):

尋找替代有毒物料、化學材料等方法，以減少對於環境、員工健康的影響。此外，減少物料可以減少浪費、降低成本，亦可以減少對於環境資源的擷取及廢棄後對於環境的衝擊。

科技利用(Ｎew Technology):

導入環境友善的科技、設備以減少能源、材料耗用。例如:採用能源效率的生產設備、運用變頻馬達、回收能源與熱能的處理設備等，均可以協助永續製造。

新產品設計(Ｎew Ｐroduct Design):

從產品設計開始就融入再生物料、可回收物料、容易再製造的模組化設計、減少包裝使用、降低能耗設計乃至於重新思考產品的使用方式等，以協助搖籃到墳墓、搖籃到搖籃的產品鏈永續價值。（詳細請見「不再是價值鏈!! 看產品怎麼登上永續循環的價值山丘」一文。）

圖、永續製造5大手法

(資料來源:修改自美國EPA)

事實上，永續製造並不是新觀念，許多國內外製造業已經積極地進行。不過，永續製造從過去的強調對於污染防治、法規遵循以避免罰款，轉而更強調資源使用效率及降低能源耗用、減少物料浪費、提升品牌形象與投資機會。

如何利用數位科技進行永續製造?

數位科技就是一種新科技，可以協助減少資源浪費及廢棄物產生、碳排放等，進一步還可以輔助日常工作改善、流程最佳化、原物料替代、協助新技術設備的控制、新產品設計等永續製造發展。

數位科技更被證實減碳效果可達到本身碳排的9.7倍（請見「孿生轉型: ESG永續綠色與數位轉型雙效合一」一文）。世界經濟論壇WEF每年認證運用工業4.0等數位科技的燈塔工廠，自2021年起已經陸續認證13座運用數位科技的超級永續燈塔工廠。此外，WEF調查領導者，亦顯示生產力、永續、韌性是實施智慧製造的三大策略目標。以下我們就數個永續燈塔工廠，說明數位科技在永續製造上的實踐案例。

日常工作改善:

利用物聯網科技乃至於數據分析、數位孿生科技，可以協助工廠在既有的日常營運流程上進行改善，包含: 監督能源消耗、最佳資源排程、設備最佳維護等。例如:製造硬碟、快閃記憶體的威騰公司位在上海的燈塔工廠，利用1,000個以上的感測器、500個以上的設備連網及15個以上的電力、水資源等基礎設施的監控與數據分析，以達到最佳化資源運用。

威騰公司最終減少了51%的能源消耗、57%的範疇2的溫室氣體碳排放及62%的水資源消耗。電子製造EMS服務商偉創力位於巴西索羅卡巴的工廠針對44條生產線實施物聯網監控系統，提供了即時數據和透明度，使材料損失減少了81%，整體設備綜合效率OEE提高了23%。

圖、設備監控與能源管理方案

(資料來源:鼎新電腦)

流程最佳化:

流程最佳化不僅運用物聯網與數據分析進行監控與分析，進一步還進行回饋與自動化調整，以達到最佳化製程、設備參數調整等。例如: 友達台中燈塔工廠利用自動化回饋能源管理系統，能根據溫度、濕度、氣壓、熱含量等工廠環境因素以及機台電力消耗等參數等進行多道連續製程中的最佳化參數控制，以減少電力、水、原物料的消耗。友達台中工廠減少23%用水量、20%碳排放、6%能源消耗。

聯合利華印度Dapada工廠，運用1,000多個製造和能源參數並結合天氣預報數據進行機器學習，可以每周提出最佳生產運行策略，以最大限度地減少能源消耗、提高生產效率。聯合利華Dapada工廠最終降低能源消耗34%、水資源消耗22%。此外，偉創力巴西工廠為了發展循環經濟生態系統，利用物聯網和雲端服務進行電子廢棄物的逆向物流跟蹤、自動材料分離系統等，將廢棄物材料重新引入供應鏈，減少了94%的材料浪費、38%塑料成本。

圖、電子廢料材料回收管理

(資料來源:偉創力官網)

原物料替代:

運用物聯網、數據分析、數位孿生等數位科技可以協助辨識與分析物料可再生性、物料替代與組合配置、供應商績效分析等，以提高物料可再生性、減少廢料等。聯合利華印度Dapada工廠使用數位孿生工具，利用配方組合、化學反應、製程參數等數據進行永續配方分析，縮短推出新配方時間並減少試誤材料的浪費。聯合利華Dapada工廠降低物料浪費25%、減少範疇3碳排48%。

新產品設計:

運用數據分析、數位孿生等數位科技可以協助永續性產品模擬、設計，以發展對環境傷害更少、更容易維修、更耐用的產品，以提高產品生命週期的永續性。西門子安倍格工廠，除了利用物聯網、大數據分析等技術協助降低工廠能源消耗外，還致力於減少供應鏈整體的碳排放(範疇3)。

西門子安倍格工廠發展數位產品護照(Digital Product Passport)平台，讓供應鏈上下游將產品的物料、製造、廢棄等履歷數據均上傳到平台，以追溯產品生命週期永續狀況。此外，數位平台上提供數位孿生工具可以分析每個階段環境影響、設計模擬、調整分析，以最適化產品的物料選擇、設計、包裝等方案，滿足永續法規、提高產品永續性，進而發展循環經濟。西門子安倍格工廠減少範疇三上游階段的28%溫室氣體碳排放。