智慧製造就是永續製造

成功始於明確的製造策略。此流程包含初步評估，以了解早期決策對製造需求的影響，包括決定哪些項目向供應商採購、哪些產品元件自製、謹慎挑選合作夥伴與供應商，以及新產品的生產地點。這些決策都會直接影響企業成敗，選擇永續方案往往是長期成功的關鍵。

若同時考量能源使用、資源消耗、碳足跡與循環經濟實務，採購策略將出現顯著轉變。製造商不應只為功能需求採購最低成本元件，而須在成本與相關碳足跡之間取得平衡。材料與元件應向具永續理念的供應商取得，貨品運輸策略也須及早訂定。幸運的是，數位化與自動化有助減輕此一新製造策略流程中複雜度提升的負擔。

透過收集與分析相關資料，企業可更有信心地制定決策。若新產品需要更多製造能量，在數位世界中了解廠房需求與目標，將有助於選定新廠位置與配置，平衡建築環境衝擊、生產線能源使用與預計產能。如今可透過數位孿生評估不同情境，能源效率等永續 KPI 也更容易追蹤。

這項技術可讓決策者模擬從燈光、溫控到供應鏈環境衝擊的所有環節。從一開始就具備這些資訊，有助組織做出更佳決策。

整合永續性的下一個階段是生產線、製程與廠房設計。企業可先在數位世界建立詳細的生產模型，模擬不同情境以最佳化工廠整體效能。

在數位世界設計時，企業可導入更高程度的自動化並簡化生產，避免效率落差。例如，空轉的機器不僅有閒置機會成本，還會消耗能源，並依能源來源產生碳足跡，同時可降低實體材料的投資成本。

馬達運轉時間過長或物料運輸距離過長，對單一產品的影響或許不大，但這類效率不足會快速累積。這類常見問題的永續解決方案不僅適用於新建廠房，也適用於既有廠房。雖然看似龐大工程，但可透過重新配置生產線以在相同空間內容納更多產能、更新製程與機械以跟上市場成長、更新硬體系統以降低能耗，以及建置太陽能板或儲能系統等基礎設施來實現。

例如，德國施瓦本地區的機械製造商 Hugo Beck 運用數位孿生改變了包裝產業與自身營運。在 Siemens 技術支援下，工程師以數位孿生設計出可依產品尺寸調整包裝的機器，透過數位模擬最佳化效能。由於創新並致力於兼顧環境與企業目標的解決方案，Hugo Beck 將能耗降低 20%、試機時間縮減 50%、包裝材料減少 30%、包裝體積減少 10%。
整體而言，數位孿生協助企業更早定義需求，並評估多種可能性以找到永續製程。不良的維護策略可能使工廠整體效能下降 5%–20%。換言之，過度維護等同於浪費成本，使數位孿生成為高效工廠營運的關鍵要素。

生產規劃是數位化投資展現價值的階段。有效運用材料、人力與機器，能提升企業營運效率。此階段也開始透過完整模擬與需求驗證輔助決策與供應鏈夥伴選擇。此外，企業可打造更安全的工作環境、強化人員訓練，並投資員工教育與技能升級。

透過資料洞察，企業可選擇永續材料並最佳化原物料使用，將廢料率降至最低。也可模擬使用回收材料的影響，或評估哪些設備供應商除產能與成本外，還能提升能源效率與可修理性。最小化空轉時間可降低能源需求與產品單位成本，同時協助降低碳足跡。

掌握機器維護時機有助減少生產中的換線作業。同樣地，可規劃物流路線以最小化運輸距離與相關碳排放，並透過智慧庫存管理在問題發生時保持彈性。

生產規劃是企業建立循環物料流連接點的方式。及早了解無法避免的廢棄物產生位置，即可規劃剩餘材料的再利用、回收或重新用途。

生產執行是達成永續目標的關鍵，但追蹤與落實永續製程往往是重大挑戰。雖然在設計階段模擬生產有助找到解決方案，但現實世界的複雜性通常需要數位與實體系統之間的閉環連接。

幸運的是，數位化解決方案可協助提升品質與良率。即使是經驗豐富的製造商，在推出新生產流程時也會面臨效率不足，導致材料、能源與時間浪費。將現實資料與數位孿生整合，可加速最佳化，同時提升獲利與永續表現。

部分地區的能源成本持續上漲，使效率更為重要。將執行視為整體系統的一部分，可發現成本與排放節省空間。例如，高效馬達可降低高達 30% 能耗，高能耗製程可配合太陽能發電運轉，最佳化廠內物流可減少不必要的廠區移動，同時降低能源需求與碳足跡。

知名睡眠產品製造商 Pikolin 便嚴肅落實永續策略，在新廠導入 SIMATIC SCADA 與能源管理工具。Pikolin 新廠整合從原物料到成品的完整生產，在確保高品質的同時極大化效率。廠房以永續與獲利為設計目標，符合 ISO 14001 與 50001 能源標準，降低成本並提升生產力。永續措施使 Pikolin 廠房天然氣消耗減少 40%，產能卻提升 30%，展現廠房最佳化的正面成果。

當生產全面展開，旅程的下一個階段是監控。透過持續監控廠房與生產，製造商可主動改善生產。機器預測性維護以維持最佳效能，或在問題發生前偵測異常，都是此前瞻策略的一環。監控如何最佳強化製造表現，取決於企業的 KPI，常見項目包括機器、生產線與廠房層級的能耗分析、物料流與資源使用率，以及人員安全。

自動化可減少員工的非人體工學動作，使其遠離危險製程。但與此同時，工廠中的機器人必須對現場人員安全。並非所有自動化作業都能完全獨立，隨著工廠效率與永續性提升，監控任何不安全的工作狀況將變得極為重要。

邁向永續生產的最終改變是最佳化。這是企業可從投資中獲得最大回報的階段。透過持續最佳化生產，製造商可保持領先競爭對手。

整合 IT 與 OT 資料，讓廠房管理者得以辨識與預測趨勢，進而主動調整營運與物料來源，以因應非預期的中斷。這使他們能追蹤用電、用水與供應商資料，計算整個價值鏈中生產製程的碳足跡。

此外，當機器或製程部分發生故障時，應以維修與翻新為優先考量。建立與生產閉環連接的製造數位孿生，有助於制定決策，例如修改設備以預防故障、更換哪些零件，以及如何確實遵循維修程序。

例如，紡織科技公司 Spinnova 透過導入自動化與數位孿生技術加速纖維生產，最佳化營運並縮短上市時間。虛擬試機簡化工廠設置，即時資料分析提升效率、找出瓶頸，並確保從原物料到成品纖維的品質穩定。能源最佳化進一步強化營運，使公司生產更具韌性與成本效益。透過運用 Siemens Xcelerator 技術，Spinnova 不僅快速擴展規模，更樹立了永續製造的新標竿，證明效率與環境責任在紡織產業中可以並存。