綠色生產在智慧工廠巨量資料應用

台灣的工業用電約佔全國用電54% （經濟部能源局2012 年能源政策白皮書），所以在高科技產業中，能源管理與耗能改善一直都是重要課題之一。在工業4.0概念的推動下，利用先進製程及智慧生產的技術，以提升產能及效率，進而獲得達成節能減碳附加價值，及綠色生產的目標。以國際趨勢來看，南韓在近幾年的製造業成長率下降所帶來的警訊，南韓政府也持續的推動製造業的轉型，朝向智慧工廠的設立，以推動智慧化製程的能力及工控技術的提升。其中技術包括ICT的硬體及軟體的系統整合、物聯網(IoT)的連結、及巨量資料(Big Data)的分析。

過去高科技產業已將巨量資料分析應用於工程控制與良率分析上, 例如半導體晶圓製造中, 透過 FDC (Fault Detection Collection) 系統, 針對機台內部重要參數建立模型, 可以在製程發生問題前，提供預先警示，產生即時(Real-time)的資料分析，可大幅降低成本與提升良率。 將此應用概念推廣能源管理與耗能改善, 可以透過生產的效率及電力耗用的情況，機台設備資料與其他巨量資料以專業模型作關聯性分析，找出關鍵的問題並提供廠商決策所用。

以台灣最先進的12吋半導體晶圓製造廠為例，其廠房之廠務設施用電（如冰水機、空氣循環、氮氣、製程用水、空氣壓縮及照明等）約佔全廠用電量的 43%，而生產加工機台的耗電量約佔全廠用電量的 49%，其他如辦公區域用電約占 8%。然而過去的改善專案多以廠務系統為主，生產機台的耗能表現卻一直是個黑盒子，較少著墨於此，主要的原因在於過去生產機台端及其支援單元無法有效了解其耗能表現，尤其是比較老舊的工廠要佈建電錶做能源消耗資料收集更是一大投資且施工困難, 更遑論其與機台生產行為之關聯性。

隨著物聯網科技發展與進步，除了過去的接線電錶外，目前已可透過無線電錶裝置或先進自動化機台內建的感知器更簡便地收集生產機台相關之各部（如主機台與其他幫浦、加溫器、離子加速器等支援裝置）耗能表現。然而，解決了資料收集不便的限制，用電分析資料收集之數據量亦隨之急速增加（裝置電錶數目將是過去的十倍到百倍以上，乘以每5~10秒收集一次的頻率），因此，如何低成本、有效率地儲存、分析、應用與視覺化呈現巨量用電資料資訊，就成為生產加工機台端耗能改善問題的第一道門檻。

有了完備資料後, 我們可以透過巨量資料處理與分析及互動的視覺呈現技術, 建構一個分析流程, 工程師可以輕易地整合生產加工機台用電與製造資訊，建立每座機台的耗能基準線並了解其耗能的分配及流向、找出每個生產加工程式以及生產狀態下的改善機會、建立耗能與零件更換之連接並提供異常耗電樣型之偵測與處理，目前經過新加坡與台灣半導體工廠的實證，可以為各型機台帶來平均約13%的直接節電效益。另外，資料挖礦技術所建構之耗電因子與機台作動因子關係可作為生產機台之節能指導規則基礎，並進一步建構能源管理系統以獲得較佳之節電效率；所萃取之耗電樣型或歸納之規則更可進一步作為採購新設備機台驗證其節能效果或提供改善方向之用。
 

半導體Clean機台耗能分析與改善案例