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「我不排碳,我助他人減碳」 綠色工具機成台廠翻身仗

「綠色工具機」將成為下一個十年工具機業者的競爭利器。李建樑

淨零碳排來勢洶洶,而對出口市場佔八成以上的台灣工具機業者來說,無疑站在第一線,深刻感受來自客戶端的壓力已然迫在眉睫。工具機業者表示,現在客戶看的,不只是價格和效率,還要看節能減碳表現,而能夠永續生產,並具備節能的綠色工具機,也將成為工具機業者下一個十年的競爭利器。

製造一台工具機的排碳量並不多,但工具機生命周期動輒十年以上,長期運作所累積的耗能將十分可觀,因此在各行各業這場淨零碳排的賽局中,自然不能缺席,更扮演非常關鍵的角色。工研院產科國際所副組長熊治民直言,工具機產業已經邁入成熟期,未來再成長空間有限,競爭只會愈來愈激烈。然過去,工具機產業拼的是價格和效率,但如今零碳排改寫市場遊戲規則,業界認為,台灣身為全球第五大工具機出口國,「零碳商機」是必須要把握的轉型關鍵。

生產工具機不耗能 使用它才耗能

製造工具機的過程,事實上不怎麼排碳。大肚山黃金縱谷的上千家精密機械大廠與下游供應商所組成的工具機產業鏈,從結構件到整機組裝,分工明確,其中佔工具機整機比重相當高的鑄件,則多半是委外加工,整機廠再負責最後的加工與組裝。因此就整個工具機製造過程來說,除了鑄造有加熱過程,相對比較耗能外,後段的加工與組裝並不是會大量排碳的製程。

以全球工具機龍頭DMG MORI(森精機)來說,生產1台工具機的CO2直接排放量,只佔整體的7%,但包含供應商的製造工程,在零件採購部分卻佔了整體70%。因此,只依賴自家活動是無法達到淨零排放,目前許多整機廠像是台中精機,就積極將自家的「減碳方法學」分享給協力廠商與客戶,共創零碳生態系。

不過相較製造過程,工具機在運作時卻相當耗能,工具機是以使用時的溫室氣體排放量最多,約佔9成以上,對此有工具機業者就笑稱,在淨零排碳的這場賽局中,工具機業者雖然不見得是直接受到影響的人,但卻會間接影響終端客戶的減碳表現,也就形成了「我不排碳,但我能助別人減碳」的發展態勢,對客戶而言,使用節能的生產設備,是落實減碳的手段之一,因此如何透過「綠色工具機」協助客戶減碳,也就成了工具機業者下個十年的競爭關鍵。

而所謂綠色工具機,有哪些關鍵元素?智慧機械科技中心組長麥朝創對此則提出幾個看法:

一,從設計端著手最佳化結構設計

工具機的結構件大部分是使用鑄鐵,通常設備結構愈重,運作時所消耗的電力愈大,這個道理其實與電動車車體輕量化可以更省電、飛機機身使用複合材料可以更省油一樣。

但畢竟工具機安置在地面上,一方面要支撐床身重量,另一方面則是要承受機台切削力與移動件移動時產生的傾覆力矩,防止機台位移,機床本身要考慮穩定性,因此麥朝創也指出,結構輕量化的趨勢,未來主要會是以移動件為主。如同電動車追求輕量化,但仍必須考慮到使用材料的安全性、耐用性和剛性,工具機結構走向輕量化,同樣得重視在機台的穩定性和安全性,必須能夠同時維持高精度、高速的切削品質。

二,零組件與週邊系統升級

一台數控機床,通常由控制系統、傳動系統及其他輔助系統所組成,台灣工具機產業鏈分工明確,各司其職,是少數不需要倚靠進口的產業,除了整機廠,台灣的工具機零組件業者現在也都積極朝向節能設計,例如採用更高效率、更節能的冷卻系統、潤滑系統或排屑系統等,像是哈伯精密生產工業用冷卻恆溫系統,近年在冷卻機捨棄傳統AC(交流)馬達,而採用更節能的DC(直流)變頻馬達。

其中,主軸系統是工具機中轉速最高與耗能的零組件,工研院近年也研發出高階工具機主軸驅動器減碳技術,導入第三代半導體碳化矽(SiC)取代傳統的矽功率元件,應用在馬達驅動系統上,在高頻率切換速度所造成的損耗及功率轉換效率皆優於傳統矽元件,據統計可降低至少70%的能量損失。麥朝創指出,特別對於像數控機床加工這類往往處於高速運轉動態的工具機,碳化矽(SiC)元件更能夠同時滿足高剛性、高精度的加工需求。

三,結合智慧製造、虛實整合

不只從結構設計、零件改良等硬體層面著手,軟體也是綠色工具機很重要的一部分。麥朝創指出,在生產過程中,如能夠透過數位模擬,可以降低不良品的產出、避免重工所造成的材料、資源與人事成本,並透過虛擬量測即時補償校正,提高加工效率。

另外,未來生產排程還可進一步結合能源管理系統,在非尖峰時段以自動化執行耗能較大的製程,搭配時間電價,削峰填谷,亦能達到節能效果。

「碳中和先鋒」 DMG MORI 推全球首個碳中和工具機

機械業往往被稱之為工業之母,包括半導體、汽車、航太、醫療、綠能等各行各業,在生產過程中永遠少不了工具機的存在,也因此綠色工具機也悄悄成為各產業爭取減碳的利器。在全球工具機產業中,最早達成碳中和的是全球工具機龍頭DMG MORI,甚至還推出了全球首批碳中和工具機,從2021年1月起,從零件採購到出貨,其交付的機床在生產過程中全部達到碳中和。

除了產品生產達到碳中和先鋒,DMG MORI也將環境問題轉化成新商機,加強工具機的節能、智慧設計,並結合軟體服務強化客戶服務體驗,最顯著的例子是其在2017就開始推出標準安裝節能功能「GREEN mode」,與傳統機型相比,具有GREEN mode的機床,可帶來30%的節能效果。

工具機在運作時相當耗能,因此未來歐盟開徵碳關稅後,工具機本身的碳足跡計算也變得非常關鍵。但麥朝創表示,目前針對工具機排碳量的計算方式,尚未有定論,不像汽車可透過里程數換算排放量,主因在於工具機種類多、機型多且終端應用也多,目前較難透過統一的標準去規範與界定,因此可以看到目前仍是先以各大廠帶頭推動,但可以肯定的是,這必定會是未來工具機的主流趨勢。

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