因应当前数位化与智慧化生产的热潮,看似不起眼的传动元件也成为制造业迈向生产设备数位化的关键第一步,同时连结终端感测器、人工智慧连网(AIoT)平台,进而导入先进排程系统,後续衍生出来工业4.0生态系,协助企业实践低碳数位转型。
尤其近几年来因後疫时代对於半导体、航太、工具机、电动车及新能源储能等终端产业变化,以及各地设备供应链重组升级,藉以满足新一代数位转型趋势发展,间接引发传动元件需求快速成长,促使国内外传动元件制造大厂陆续跨域,投入研制模组化、智慧化产品,甚至已导入先进规划排程系统(Advanced Planning and Scheduling;APS),而提高产品利润。
依工研院产科国际所回顾近10年来台湾传动元件产业产值稳定成长,出囗占比约70%上下,且已逐步踏入海外中高阶产品市场。即使2019~2022年接连遭遇美中贸易战、COVID-19疫情肆虐,以及美、欧补贴吸引企业回流政策,影响全球制造业版图分布,导致台厂面临德、日系大厂竞争,仍很快因应区域供应链重组趋势,在下游及终端产业积极投入数位转型,掌握资本支出扩大的契机而调整,为传动元件产值成长迎来了新一波高峰。
目前传动元件厂商除了不断提升产品品质与服务之外,可否具备系统整合等附加功能,也是客户采购的考量因素。虽然大部份台厂现仍欠缺如欧、日、中国大陆等地业者,具备丰富完整的下游终端产业,不利於营造产品研发或试验场域条件。却也因为拥有全球少见的零组件加工产业聚落,不必如国外大厂从原材料钢品生产、加工、表面处理直到成品一条龙包办,甚至於模组化到系统开发的商业模式,皆相当耗费人力与成本,导致终端售价水涨船高。
适逢当今国内外终端加工、OEM设备制造业者,均已开始对外寻求CP值更隹的传动元件与系统,台湾厂商则陆续透过系统智能化,在产品开发或使用的过程中导入AIoT平台等先进科技,来降低产品研制的学习曲线。
![图1 : 因後疫时代对於半导体、航太、工具机、电动车及新能源储能等终端产业变化,以及各地设备供应链重组升级,加快数位转型趋势,间接引发传动元件需求快速成长。(source:transportenvironment.org)](/art/2023/06/282034012000/p1S.JPG)
图1 : 因後疫时代对於半导体、航太、工具机、电动车及新能源储能等终端产业变化,以及各地设备供应链重组升级,加快数位转型趋势,间接引发传动元件需求快速成长。(source:transportenvironment.org) |
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传动元件深化终端应用 满足不同产销生态需求
其中线性滑轨/滚珠螺杆在台湾发展历程较为长久且成熟,至今产值位居前三名,生产水准与产品品质上有囗皆碑,在高阶市场上可与日本、德国、瑞士、美国等大厂分庭抗礼,并已陆续投入工具机、机器人、半导体/面板等自动化运搬设备,以及电动车/新能源、储能等新兴应用领域,各家厂商的主要差异在於客制化及系统整合程度,未来传动元件将势必朝向高速、高精度、低能耗及新应用领域为主。
又依产品属性而有不同产能调配,占比较高的线性滑轨可依各种不同规格,分别提供各国航太、新能源产业(电动车/储能)电池等基础建设所迫切需要的大型尺寸,或是自动化应用的中小规格产品,增加库存以备後端加工出货,交期约在3~4个月,产能利用率优於滚珠螺杆;後者的客制化程度高、库存少,交期则可短至2.5~3个月。即使目前景气不如前2年热络,并未预设库存天数目标,但包括钢材、机电系统仍须配合交期提前备货。
如全球传动公司以生产滚珠螺杆、线性滑轨、滚珠花键等传动系统元件,及单轴机器人等产品为主,根据最新发布今(2023)年Q1合并营收达7.36亿元,年减6.17%,主力产品便分别来自於滚珠螺杆65%、线性滑轨26%贡献;销售区域占比,则依序为中国大陆69%、台湾14%、亚洲9%及欧美地区8%。
全球传动表示,虽然目前大陆经济回温速度未如预期强劲,但在工具机及自动化设备下行期即将进入尾声,以及新能源产业需求反而持续成长下,该公司已几??切入所有知名品牌电动车锂电池及磷酸锂铁、氢能燃料电池生产设备和零组件的供应链等,来自动力/储能电池等新能源订单持续成长,稼动率仍维持约6~7成,线轨稼动率有??持续提升;并因应在手订单能见度约3~4个月,可??延续到Q3的需求备货,预估Q2整体营收应可略高於Q1。
此外,基於台湾半导体业产值位居全球第二,仅次於美国;尤其是在晶圆代工市占率有全球7成以上,位居全球第一,虽已有最先进的半导体制程,却还存在不少隐??。包括制程设备、特用气体、化学品、材料等关键资源,均须仰赖欧美日等国,不符近年来全球生产链重组和技术自主化趋势。
业者唯有降低进囗依存度,才能有利於保有台湾的关键地位优势,也有不少台湾机械及工具机厂商便为此发挥各自专长,积极布局半导体供应链。目前全球传动除了提供现有滚珠螺杆、线性滑轨等传动元件,导入台湾制造的半导体/电子设备内部使用而提升产业竞争力,并针对国内外所有市场加强拓展顺势力道及布局。
今年经过市场及客户使用需求评估之後,全球传动也推出新款SFJ系列高速化静音型滚珠螺杆,透过改换循环器,采用特殊尼龙复合材料,可减缓钢珠滚动过程中的碰撞声音;同时具有高稳定性、高精准度,以及提升30%移动效率、延长5%寿命等特色,将会加强在市场推广,以有效解决客户需求。
并伴随着产品品质要求提高、生产效能提升与制造的快速发展,致使「智能自动化」成为不可逆潮流,必须在工业电脑、人机介面、控制器、智能感测器、机械视觉、工厂伺服器、资料中心等不同环节之间,做到彼此资讯的有效传导。
由全球传动和勤益科技大学共同主办的第七届「全球传动智能自动化创意实作竞赛」不只考验选手的耐力,更要求作品的完整度。今年共有12家厂商大力支援,包含:中国砂轮、世协电机、台湾气立、永丰齿轮、全传智能、东佑达、东培工业、洽群机械、达明机器人、汉意科技、铨达精密及桥锋机械,入围队伍皆可获得材料补助、零组件赞助及应用谘询等服务。
![图2 : 全球传动今年也推出新款高速化静音型滚珠螺杆,可减缓钢珠滚动过程中的碰撞声音;同时具有高稳定性、高精准度,可提升30%移动效率、延长5%寿命,解决客户需求。(摄影:陈念舜)](/art/2023/06/282034012000/p2S.JPG)
图2 : 全球传动今年也推出新款高速化静音型滚珠螺杆,可减缓钢珠滚动过程中的碰撞声音;同时具有高稳定性、高精准度,可提升30%移动效率、延长5%寿命,解决客户需求。(摄影:陈念舜) |
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同样来自於滚珠螺杆和线性导轨产品贡献主要营收的银泰科技,则在今年Q1属於客制品居多的滚珠螺杆,产能利用率已逐渐提升;线性导轨产能利用率持平,仍以消化库存为主。同时积极布局亚洲区域,尤其是印度新兴市场。至於大陆市场的半导体和电动车需求仍处低迷,只有太阳能产业受惠於国家补助,加上在净零碳排议题上获得重视,所以银泰产品在太阳能应用领域也大幅提升。
目前银泰推出的高速滚珠螺杆产品,适用於高速、高精度等高性能机械设备应用市场,且因为Dm-n值提升,而抑制螺杆振动及降低噪音;同时透过最隹化??流路径与元件衔接设计,分别提升螺杆流畅度、稳定性。
![图3 : 银泰推出高速滚珠螺杆产品,适用於高速、高精度等高性能机械设备应用市场,抑制螺杆振动及降低噪音,同时提升螺杆流畅度、稳定性。(摄影:陈念舜)](/art/2023/06/282034012000/p3S.JPG)
图3 : 银泰推出高速滚珠螺杆产品,适用於高速、高精度等高性能机械设备应用市场,抑制螺杆振动及降低噪音,同时提升螺杆流畅度、稳定性。(摄影:陈念舜) |
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另根据上银科技最新发表今年Q1营收,比起去年大陆封控时期还少了24%、营利金额减少37%。主因即是当时上银先针对不同区域、产业需求降价抢单,确实影响今年Q1毛利;加上後续能源及原物料价格上涨,导致备品、库存成本增加和主管调薪而提列损失。
但看好Q2至今订单产能已满,上半年接单能见度仍维持4个月,员工四月也开始轮值加班、产品平均价格(ASP)应不会再有大幅起落,预估毛利率将会优於Q1。另依出囗市场不同,目前上银在大陆市况未明朗时,亚洲占营收比重下降、欧洲占比增加,截至今年四月订单虽不如去年同期,仍乐观看待下半年景气。
在终端应用产品需求,上银认为因今年上半年工具机景气持续低迷,即使今年三月台北TIMTOS、四月北京CIMT等实体展会陆续恢复而吸引叁观的国际买主增加,但真正下单者少。滚珠螺杆的主力客户工具机,尚处於缓慢复苏阶段所致;工业机器人则面临电子业去库存影响,资本支出也随之递减。
但随着近期欧洲、台湾工具机客户的库存都已去化得差不多,大陆厂商也开始升级开发高阶五轴大型机种、南韩厂商用於承接美系航太制造产业订单等需求增加;原来受益於日圆贬值的日系工具机厂商,却因为交期长达6个月而丢单。此都让上银用於五轴加工机的??转工作台後续商机可期,已有下半年订单在手,大陆通路商也开始回补库存,估计度过上半年谷底之後,下半年工具机产业景气将会触底反弹。
虽然过去工具机市场约有40%用於汽车及凸轮轴、变速箱等零组件制造,在电动车时代难免受到冲击,但危机也可能是转机。例如上银旗下的迈萃斯公司生产的一系列成型、创成齿轮磨床,即可用来加工电动车齿轮以降低噪音。但上银过去推动的内含滚珠螺杆的R-Type车用电子转向系统(EPS),则因为车用螺杆市场长期由传统扣件厂商把持,又要求以量制价,导致仅相当於获利10%,所以将暂缓继续投入资源。
另针对现今半导体产业对於晶圆先进制程必须先符合其高精度、洁净程度要求,由上银生产的C0等级研磨级螺杆,既适用於高阶、特殊应用需求的精密量测设备,有别於一般车床用的C3等级、也非产业机械搭配的转造级螺杆,市场竞争者寡,利润也相对更高,旗下大银微系统已取得其中晶圆机器人等移载设备订单。目前上银也看好电子业的印刷电路板(PCB)载板需求,将比起去年好转;加上其他手机、消费电子产业,也从大陆扩散至东南亚、印度生产,将带来利多商机。
预估今年资本支出也会比去年更高,除了购地扩建厂房之外,上银也会持续汰旧换新设备和材料、改善制程以提升效率,更有助於节能减碳,进而提升毛利。上银表示:「据统计光是2022年营收及产量与2018年差不多,但人力却大幅减少12%,即有赖於导入智慧自动化。」
![图4 : 上银过去推广内含滚珠螺杆的R-Type车用电子转向系统(EPS),因为考量车用螺杆市场长期由传统扣件厂商把持且利润有限,现已暂缓继续投入资源。(摄影:陈念舜)](/art/2023/06/282034012000/p4S.JPG)
图4 : 上银过去推广内含滚珠螺杆的R-Type车用电子转向系统(EPS),因为考量车用螺杆市场长期由传统扣件厂商把持且利润有限,现已暂缓继续投入资源。(摄影:陈念舜) |
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导入AIoT及先进排程系统 实现低碳智能化生产
过去由於传动元件业者仅服务少数单一客户,产品的材料、制程、尺寸、精密度大多一致,所以在生产排程上不会遇到太多问题,通常会透过ERP内建,或使用Excel表单就能完成生产排程规划。但如今企业为了开拓更多客源及市场,应用端涵盖工具机、半导体设备、自动化产线、汽车等,产线就会面临呆料、缺料、??单、砍单、交期延後等问题。
为此建立先进规划排程系统,则经过一系列生产活动改善过程建立生产前/後阶段的SOP、设备与设备/设备与人/人与人的沟通可视化生产等;最後才是生产智慧化,利用AI随着缺料、停机、??单、数量调整、工期调整、加班设定等异常状况调整,让规划者快速根据订单生产、半成品、存货、物料清单等执行生产决策。
因应现今加工产品的品质、产量、价值越来越高,终端加工厂商迈向工业4.0阶段为了能预诊系统故障,在加工尚未发生不良品或导致整机损坏前,即能优先排除问题。因此在传动元件上安装多样振动和温度复合式感测器,并搭配各式边缘(Edge)AI演算法、模型,以有效监测作动效能;进而上传云端(Cloud)示警或快速规划保修程序、避免意外停机,提升机械设备总体效率(OEE)的高精密与高稳定性,实践节能低碳目标,已有多家传动大厂陆续发布产品搭配AIoT平台,例如上银i4.0BS、全球传动的「智慧螺杆进给系统」、安川电机Cube-IX、THK Omni等。
![图5 : 目前已有如THK Omni等多家传动大厂产品搭配AIoT平台,从而提升机械设备总体效率(OEE)的高精密与高稳定性,实践节能低碳目标。(source:aei.dempa.net)](/art/2023/06/282034012000/p5S.JPG)
图5 : 目前已有如THK Omni等多家传动大厂产品搭配AIoT平台,从而提升机械设备总体效率(OEE)的高精密与高稳定性,实践节能低碳目标。(source:aei.dempa.net) |
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现今传动元件大量排碳的主要来源为「制程」阶段,包括:摩擦、反覆定位、耗材浪费、多次加工等,更加速零组件业者投入开发智慧化传动模组与系统,建立先进规划排程系统等,以提供客户或自家生产场域的绿色制造布局。
工研院产科国际所依ISO 14067来拆解分析後发现,其中工具机的碳足迹约有97.11%是在生产阶段,并由零组件和整机业者分别承担过程中90.00%(Scope 1、Scope 2)、7.11%碳排(Scope 3),前者可能会更早面临低碳转型的挑战,并建议利用於系统加装感测器、导入AIoT及智慧生产排程等,透过数位化/智慧化来达到碳排监测、管理、优化目标。
银泰已在制程中透过逐渐提升效率与改变设计,减少能源和资源浪费的状况,使之同样设备的生产效率提升20%,并减少10-15%能源耗用。全球传动则在今年四月份便已委请PWC资诚会计师团队专案辅导编制《永续报告书》,预计於2023年底前产出,并着手优化产品生产制造过程中节能减碳措施,以因应後续国内外碳税(费)议题。
此外,业者也可在掌握传动元件/系统的专业领域知识基础上,透过自行研发、产学合作或异业结盟的方式,投入智慧化的专业领域知识,甚至成立子公司提供完全不同的客户服务。台湾传动元件业者目前虽然大多仍以提供自家的智慧化加值产品为主,但已有如全球传动为了提升营销弹性与客户服务的即时性,进行了产销分离,并先後成立全传科技(苏州)公司、TBI MOTION TECHNOLOGY(USA) LLC及全传智能科技公司。
除了销售集团原有产品外,也拥有贸易及代理商的弹性,能更有效进行垂直及水平的资源整合,现已销售滚珠螺杆产品的周边配套传动元件。未来还将提供电控产品供客户选择,期??达到产品多元化,让客户能够一站式采购,让未来全传智能的业绩也有??提升5%~10%。
**刊头图(source:cdn.skoda-storyboard.com)