國際離岸風力機業者之
智慧製造與創新策略

文◆金屬工業研究發展中心企劃推廣處產業研究組林子欽

因應全球淨零排放浪潮以及歐美碳邊境調整機制的趨勢，能源轉型已不僅是環保問題，更進一步成為影響產業在全球市場競爭力的重要經濟議題。離岸風電作為重要的再生能源之一，全球各國均致力發展離岸風電，也進一步推動了該產業的增長和創新。目前全球累計的離岸風電裝置容量已達約60GW，世界各國也制定了相應的發展目標。

根據Wood Mackenzie的統計，截至2022 年，全球離岸風力機的總訂單量已超過 118.2GW。目前歐洲的風力機系統商西門子歌美颯(SGRE)和維特斯(Vestas)是全球離岸風力機的領導廠商，佔據了訂單量的前兩名。然而，中國的離岸風電市場也在快速增長，而且中國品牌的風力機系統商也正逐步提升其產品規格與技術能力。儘管在短期內無法動搖歐美風力機系統商的領導地位，但隨著中國政府大力推動再生能源政策，中國市場正在蓬勃發展，這促使西方國家的風力機系統商除了不斷開發下一代超大型風力機外，還迫切需要優化生產流程、降低供應鏈成本，以提高競爭力。

面對全球離岸風電市場日益激烈的競爭，國際間的風力機系統商正快速朝智慧化、自動化和無人化的方向發展。無論是歐美的領導廠商如SGRE和Vestas，還是正在迎頭趕上的中國廠商如上海電氣、名陽風電，均已逐步引入人工智慧、大數據分析、機器學習、物聯網技術、雲端計算以及數位雙生等先進技術。透過這些智慧化技術的應用，不僅能提高產能，更能有效提升產品品質，進一步強化其在全球市場的競爭力。

在台灣，為因應2050年淨零排放的趨勢，我國政府制定了「臺灣2050淨零排放路徑藍圖」，並在此背景下，經濟部能源局規劃了離岸風電的發展目標，計劃在2050年達到40 至55GW的總裝置容量。為實現這一目標，台灣將分階段進行離岸風場的招標、設置與安裝，並依靠產業政策來驅動我國離岸風電供應鏈的發展。

隨著台灣離岸風電產業的逐步成形，產業將逐漸成為亞太地區的供應樞紐。因此，如何透過智慧化與創新技術提高產品附加價值及降低成本刻不容緩。為此，台灣需要積極發展新技術、提升生產力，並加強不同產業之間的跨領域合作，以促進產業鏈的升級，使我國在全球離岸風電產業中占據更加重要的地位。

離岸風力機機艙組裝與葉片製造業現況與工作痛點

在風力機機艙組裝方面，風力機運轉時需經過許多電子系統和模組的轉換，使風能可被轉換為電能，並傳輸到電網供使用。因此風力機機艙內部存在許多電子系統及模組化機櫃。而這些機櫃的組裝通常仰賴技術人員在產線上將數千種材料組裝，並將電線接線在正確位置，執行組裝作業時須同時參考數百頁的紙本說明文件。不但來回翻閱浪費時間之外，當製程優化或工序改變時，往往無法快速更新該文件。為改善製造流程、提高生產效率、降低製造與時間成本，風力機機艙組裝的智慧化技術趨勢，多半朝向頭戴式裝置、擴增實境(AR)輔助技術等可提升技術人員組裝作業效率之智慧化技術。以下整理機艙組裝之執行工作痛點：

（一）資訊查閱耗時：在進行機艙組裝工作時，由於工序複雜及零組件多，難單靠工作人員記憶來執行。現狀下員工須在數百頁的紙本文件或平板中來回查找資訊，造成時間的浪費。

（二）工作錯誤率高：由於製程的複雜性，人工操作中容易發生失誤，需要找到方式來降低這些錯誤的發生。

（三）新員工培訓時間長：新員工需要花費大量時間熟悉工作流程，這延長了他們達到工作效能的時間。

（四）雙手無法操作：員工在產線工作時需要雙手使用工具，如在葉片製程中，工人雙手常會沾滿樹脂或碳纖維，導致無法順利翻閱紙本文件或操作平板。

（五）資訊更新不同步：傳統紙本文件或平板的資訊更新耗時，且難以確保全球各地工廠能夠同步更新至最新的規範與標準。

（六）製程透明度不足：目前缺乏實時記錄和拍攝製程的方式，導致生產和檢驗過程的透明度不足。

（七）遠端專家指導困難：目前專家需親自前往現場進行指導，不僅耗時，且在疫情期間可能會阻礙工作的進行。

在風力機葉片製造方面，其製程通常仰賴大量人力，屬於相對勞力密集型的產業。再加上離岸風力機大型化的趨勢，葉片的尺寸日益增加，目前Vestas V236-15MW離岸風力機型之葉片長度已達到115.5公尺，導致製造上的困難與挑戰遽增，產生如葉片合模時定位校正困難或非破壞性檢查耗時等問題。以下整理風力機葉片製造之執行工作痛點：

（一）製造錯誤率高：在葉片製程中，由於人工作業可能導致材料位置錯放，從而影響葉片的生產品質，並引發高昂的修復成本。因此，有需要尋找方法以降低製造異常的發生。

（二）異常警示不足：在葉片生產過程中，工作人員如果錯放位置或葉片表面出現缺陷，目前並無即時的警示機制來修正這些錯誤，這可能導致製造成本的上升。

（三）缺乏優化分析：目前並無足夠的影像數據來進行機器學習的訓練，導致模型的精準度及製程優化的效率有待提升，這也影響了降低製造成本的效能。

國際離岸風力機系統商製造智慧化應用案例

（一）離岸風力機機艙組裝應用案例

1.Vestas利用頭戴式裝置優化機艙組裝工序

為改善製造流程並除去工作人員於組裝作業中來回比對的時間浪費，Ve s t a s 與 Transition Technologies PSC合作，利用 Skillworx系統協助工作人員提升機艙組裝作業效率。Transition Technologies PSC是一間波蘭數位轉型技術服務商，在數位轉型領域上擁有豐富知識與經驗。

SkillWorx系統使用RealWear之工業用 HMT-1頭戴式裝置，可以免持、可視化的方式直接在工作人員眼前的眼鏡螢幕上顯示工作說明、生產訂單、檢查清單、揀貨清單、標準操作程序、轉換信息等，並可讀取不同格式的文件內容(PDF、2D圖像、Creo View 3D 文件和影片)，甚至在能見度較低的環境下，能以語音朗讀內容以協助人員執行工作。

2.通用電氣(GE)利用AR技術增加生產效率

GE與UpSkill合作，應用其Skylight系統協助風力機系統模組組裝的工作人員增加組裝效率。Upskill是一間美國AR軟體開發商，自 2010年建立以來，持續耕耘穿戴、移動設備的軟體開發領域，2021年3月被全球遠端連線系統與數位化技術領導廠商TeamViewer收購。

透過Skylight系統，協助其工作人員在進行風力機系統模組組裝中提升效率、減少來回確認的工作時間。如在電力系統機櫃的佈線 (wiring)工序中，利用智慧眼鏡與Skylight系統，可在工作人員智慧眼鏡中說明工作流程並顯示佈線位置，結合語音指示繁複的組裝工序，取代過往以紙本文件或平板電腦來回確認任務步驟的做法。根據GE統計平均可縮短工作人員34%的組裝作業時間。

（二）離岸風力機葉片製造產業痛點與應用案例

1 .SGRE與丹麥科技大學、FORCE Technology合作開發葉片掃描機器人

由於葉片尺寸極大，在執行非破壞性檢查時若採人工作業，速度極慢且可能產生誤差，最終導致額外的修補工作。SGRE和丹麥科技大學(Denmark Technical University, DTU)、丹麥技術開發商FORCE Technology 合作開發了一種用來掃描風力機葉片表面的自動化解決方案，可在風力機葉片成品產出後，在出廠前透過該機器人技術掃描葉片表面，以提升檢查品質和效率。

FORCE Technology是成立於1940年的丹麥技術諮詢和服務商。為解決上述葉片製造的問題，FORCE Technology開發一套自動葉片掃描機器人，使用紅外線光掃描葉片表面，可掌握所有表面缺陷的重要資訊，並可利用該資訊進行精準修補和模具優化。該技術歷經多次改良，從初始在葉片表面爬行的機器裝置逐步進化至站立式單面葉片掃描及陣列掃描機器裝置，最終在與SGRE及 DTU的合作下，成功開發360度全自動葉片掃描設備，除在FORCE Technology的實驗室中建置及測試外，還在SGRE位於奧爾堡 (Aalborg)的葉片廠進行實際測試。

2.SGRE結合IoT與機器學習技術協助葉片製造

傳統葉片製程中，工作人員需將纖維層逐層黏貼至葉片表面，人工執行時的位置誤差，將導致葉片製造品質的缺陷，執行工作時的任何位置偏差，都可能導致葉片出現缺陷，並需要昂貴且耗時的修補過程。

為解決此問題，SGRE數位實驗室(Digital Ventures Lab, DVL)已於2020年7月與IBM Services合作，建立一套葉片輔助生產解決方案。透過在機器手臂上所安裝的攝影鏡頭，結合物聯網(IoT)技術與機器學習技術，將拍攝畫面運算、分析後，在葉片表面上投射網格雷射光，指引工作人員直接辨認材料佈放位置，藉此提高葉片製造的精準度與效率。此方法工作人員可直接在表面上看見每片玻璃纖維層應該擺放的位置，無須再人工量測或辨識。

若製程中檢測到任何錯誤或異常，亦可立即回傳並發出警示反映給製造中心，避免後續發生錯誤的連鎖效應。同時，相機所拍攝到的每張圖像，均會利用機器學習技術持續分析，進而累積數據並不斷提升精準度，藉此降低製造錯誤率並改善未來的葉片生產模具。

結論與建議

（一）結論

1.離岸風力機機艙組裝

隨著風力機製造業在全球的競爭日益加劇，智慧化技術的應用成為提升製程效率、減少錯誤率並優化產線的重要工具。尤其在風力機機艙的組裝過程中，數千種零組件和繁複的電子系統都需要經過精確的製程和嚴謹的檢驗。頭戴式裝置與AR技術的應用，能即時提供現場工作人員操作指引，不僅能節省資訊查閱時間，也能降低人為失誤，並有助於新員工的培訓。此外，透過錄製熟練工人的操作過程，新員工能夠更快地學習和適應工作流程。同時，頭戴式裝置還能實現雙手自由，解放技術人員的雙手去操作工具，避免因操作平板和查閱文件而分散注意力。

此外，這些裝置的實施也有助於知識的傳承和記錄，確保優秀的工作流程和經驗能被持續保留並傳遞給新一代的工作人員。當製程變更或標準更新時，透過這些裝置能迅速同步信息，確保全球各地工廠達到統一的操作標準和最新規範。在品檢方面，該類技術亦可以提高生產與檢驗過程的透明度，並可進行遠端專家指導和監控，減少專家親自到場的需求並確保生產工作在各種情況下，包括疫情期間，都能確保工作持續進行。

2.離岸風力機葉片製造

隨著風力機葉片尺寸的增加，製造過程中的挑戰和困難也相應增加。為應對這些挑戰，越來越多的製造商選擇導入人工智慧、物聯網和自動化機器人技術，以提升生產效率和降低成本。該類技術的應用，可有效降低因人為錯誤導致的葉片生產品質異常，進而減少修復成本。例如，工作人員在生產過程中如果錯誤放置材料，系統可透過物聯網技術和攝影裝置，經人工智慧分析後指引正確的佈放位置，人員佈放位置錯誤時也可即時發出警報，及時糾正錯誤，有效降低生產中的錯誤率。

此外，這類技術還能透過大數據和機器學習對生產過程進行優化。透過不斷蒐集和分析影像數據，進行深度學習，逐漸提升精確度，並在未來的生產和模具製造中，改善葉片製造的缺陷、提升葉片生產的品質。

（二）建議

觀察國際風力機製造商通常與當地現有技術開發商(AR等)合作。根據執行組裝工作的情形，目前朝向以穿戴裝置、擴增實境等技術來輔助工作人員為主要發展趨勢，我國在 AR技術實已具備硬體開發及系統整合能力，導入AR技術於離岸風電零組件製造領域頗具潛力。目前國際大廠如SGRE、Vestas(KK Wind Solution)等已來台設機艙系統組裝廠，不過因風力機製造商基於技術保護，通常對於外部技術的導入會相對封閉，因此初期可能仍以引進國外設備為主，但隨著未來在地化生產的需求成長以及成本考量，仍有機會導入國內設備。短期內，台灣業者可先針對周邊生產設備、移動設備或吊具等方面切入。國際風力機葉片智慧化製造技術則多採用自動化設備、人工智慧、機器學習與物聯網技術來協助現場工作人員葉片製程中的定位。我國葉片製造業者如天力，雖製程中已導入紅外線定位，但工廠仍處初期學習階段，生產設備、流程與技術仍須依其策略合作夥伴Vestas之標準執行。

另外，在葉片製造方面，國際葉片製造商多採用自動化設備，結合AI、大數據、機器學習與物聯網等技術，來協助現場工作人員提升葉片生產過程中定位的精準度。目前除我國業者天力以外，SGRE亦將在台投資設葉片廠。整體而言，本土業者因是以OEM 模式為主，與外國業者有類似的情況，短期內應仍以國外設備為主，如設備業者提前布局，未來將有機會逐步導入本地的設備和技術。不過由於葉片生產上仍處初期學習階段，若導入先進的定位或檢測設備，可再精進其葉片生產良率與產能。

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