以電腦模擬與大數據分析建構虛擬工廠與綠色製程

綠色科技研究中心 黃安婗副教授

綠色科技研究中心成立於 2007 年，現成立前瞻光電技術組、綠色元件系統組、綠色製程模擬組，本文主要介紹綠色製程模擬組。綠色製程模擬組主要成員為機械系石心怡老師、化材系許瑞祺老師、王國彬老師和綠色科技研究中心黃安婗老師。本組的目標是藉由理論的電腦模擬技術與大數據分析，開發與強化產業製程，並降低能耗與碳排，以促進產業綠色化升級。

隨著科技的進步及電腦計算能力與日俱增，電腦模擬設計於推動工業 4.0 及新型態產業智慧化中扮演著重要角色。在新產品的研發階段，不僅可透過不同尺度的電腦模擬進行虛擬設計，來協助判斷產品的合成性及及製程的可執行性，以降低實驗成本。對於現有製程，電腦模擬則可提供在實務上難以量測的資訊(如製程中不同時空的溫度、壓力、速度、濃度等各種物理量)，幫助我們了解細部的製程參數，以進一步分析與改善製程的操作。此外，也可依需求改變反應器的設計以及製程條件，來達到製程優化的目的。

目前綠色製程模擬組開發的模擬技術分為兩類，第一類技術著重於單一反應單元的模擬設計，詳細分析「單元」內部的組態；另一類技術著重於流程設計與回饋控制設計，探討生產線甚至「整廠」之設計。藉由這兩種模擬技術的結合，建構數位綠色化虛擬工廠並非是遙不可及的夢想。近兩年本組成員與產業界的合作案計畫金額達一千五百萬，藉由透過電腦模擬技術搭配現場製程的大數據分析，來達成高可信度的製程設計與優化。

反應器單元設計示意圖

連結程序理論模型的高階製程控制示意圖