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垂直整合工具機建構智造基礎
電動車智慧化成致勝關鍵

【作者: 陳念舜】   2023年12月28日 星期四

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回顧2023年美商特斯拉(Tesla)帶頭削價競爭以來,不僅造成自家營收、獲利銳減;更逢美國升息抗通膨政策,只能加入通用、福特等傳統車廠暫緩擴產。反觀中國大陸車廠則在此時,四處攻城略地,其中致勝關鍵便在於高效垂直整合與智慧化,也值得以汽車製造為主力客戶的台灣工具機業借鏡並提早布局。



根據工研院產科國際所在2023年底剖析全球汽車整車暨電動車產業時指出,基於現今全球電動車銷量在各國設定淨零減碳目標下持續成長,傳統汽車大廠在補助不變,也陸續規劃降價推出新款電動車之下,電動車占整車銷量比重仍可望成長超過25%,快速提升全球電動車普及率於2023年突破2,000萬輛水平,其中純電動車46.0%占比領先混合動力車的36.4%,但兩者差距縮小1.6%。


市占率則由大陸、美國、日本依序為電動乘用車單國銷量前三位,但日本與美國差距已從3.3%縮小為2.6%,後追者持續侵蝕最大品牌Toyota市場市占,BYD集團有望緊追甚至首度小幅超越豐田;Tesla則以小幅差距緊跟BYD後,並拉開與第四位現代-起亞集團的市占差距。


隨著全球電動車普及率快速提升,優質平價中小型房車將為全球重要戰場,亦可預見控制成本能力成為競爭勝出關鍵要素。工研院產科國際所經理謝騄璘即建議台廠:「在車輛產業布局策略上,可朝強化三電核心、扶植新創車廠、建置測試驗證環境、定位車款特色及對應未來情境等面向開展。」


業者應可思考搭配電動車產業鏈上中下游優質廠商及聯盟,如MIH、TADA、台達電及和碩等;以及傳統車廠供應鏈管理及成本管控經驗,研發布局台製優質平價特色車款,積極開拓電動車整車、零組件及模組等產品出口商機。



圖一 : 全球電動車銷量與各車型對比(source:Marklines/工研院產科國際所)
圖一 : 全球電動車銷量與各車型對比(source:Marklines/工研院產科國際所)

工研院副總暨產科國際所長林昭憲也在2023年底舉辦的「預見大南方 展望新經濟-南臺灣產業策略論壇」上表示,隨著電動車趨勢浪潮來臨,帶動國際車廠積極轉型,加上各國政府推出各項電動車補助,全球電動車銷量成長可期。


然而,據經濟部統計台灣汽車零組件業歷年投入研發經費自2018年後不增反減,2018~2020年平均每家廠商約減少625萬元研發經費。工研院也為此,針對2024南台灣產業發展,提出「傳產維新」、「跨域革命」兩大策略,建議將南台灣既有具競爭優勢的汽車和零組件產業應用,轉向電動車市場的傳產維新。


其中隨著電動化和智慧技術的發展,汽車已經從成熟的工業產品過渡到不斷迭代的技術產品,因此汽車製造商必須迅速提高其軟體和硬體能力。但美商Tesla掀起的價格戰,將對較小型車企形成持續的挑戰,使更多的汽車製造商過度專注於降低成本,恐會導致對於新技術的投資減少。


反觀當前陸系電動車業者在2015年後加速推動電動車發展,於新冠疫情3年期間,原本經營陷入困頓的比亞迪、「造車新勢力」的蔚來等,均成功打造自主產業鏈並積極出海,謀求更大的利潤與市占率,估計比亞迪今年前3季產銷距離全球電動車龍頭特斯拉僅半步之遙,有望在年底問鼎全年產銷寶座,對於美歐日老牌強權帶來壓力。


新能源車競逐全球市場 垂直整合智慧化成關鍵

例如過去Tesla在製造方面便具有獨特的創新思維,也成功利用義大利公司(Idra)推出的Giga Press一體式壓鑄機,以6,000~9,000噸的擠壓力道製造Model Y,從而降低造車的複雜度與時間、成本。目前還正評估以新一代Tera Press壓鑄機,將可直接承受16,000噸以上的鎖模力製造更大零件。



圖二 : Tesla在製造方面具有獨特的創新思維,也成功利用義大利公司(Idra)推出的一體式壓鑄機,有效降低造車的複雜度與時間、成本。(source:s3.ifanr.com)
圖二 : Tesla在製造方面具有獨特的創新思維,也成功利用義大利公司(Idra)推出的一體式壓鑄機,有效降低造車的複雜度與時間、成本。(source:s3.ifanr.com)

然而,一般傳統的汽車底盤大約有400個零部件組成,強調可讓車輛更輕且安全、容易維護。如今若要打造成可以承受超大壓力的機器成本,其實相當高。目前壓鑄機具有很高的技術門檻,設計和生產難度將隨著鎖模力提升而倍增,Tera Press直到能真正投入生產前,必須經過多次修改,而每次都會耗費巨額成本;加上後續車身難以保險、維修等問題,都會是Tesla要頭痛的地方。


於2008年成功併購Idra的力勁科技集團,則號稱為全球擁有最高鎖模力應用技術的公司,智能壓鑄單元在短短3年內實現鎖模力從6000噸、9000噸到16000噸的進化迭代。即因擁有先進的鑄造工藝和更強的鎖模結構,搭配打料、快速換模系統;並透過LK-NET雲壓鑄網路管理系統,支援OPC-UA、Profinet、Modibus TCP/IP等通訊協定,將在更大尺寸的汽車一體化壓鑄結構件製造領域,獲得更廣泛的應用。


目前壓鑄場景已從轎車後艙到MPV後艙、SUV前後艙,直到基於新技術的電池托盤和正在探索的A00級的汽車底盤一次成型,將覆蓋至A0-C級與SUV等車型,推動汽車壓鑄零部件朝大型化及整合方向發展,引領汽車製造業降本增效及輕量化趨勢。最近更宣布將與哪吒汽車協同開發20000噸超大型壓鑄單元,有望將一體壓鑄場景拓展至B級車,以及更大尺寸車型的整個車身底盤,進行全方位深度戰略合作。


工具機延續金屬加工利基 兼顧新創與傳統車廠需求

但過去傳統車廠採「一條龍」運作,涵蓋行銷、服務、設計、生產,車廠相關從業人員需重新適應。未來台灣工具機產業仍須和通用GM、福特這些傳統車廠合作,追趕特斯拉,」一但有成功案例出現,才能夠順利打開電動車製造外包市場。否則,如同過去曾看好在車用電動輔助轉向系統(EPS)發展的上銀科技,也坦言因無法得到傳統車廠及供應鏈廠商信任,在最近幾場法說會上已絕口不提。


惟如傳統汽機車零組件、模具等製造產業,約占台灣工具機應用市場40%以上,隨之所需的工具機的泛用機種增加,各國出口主力仍為綜合加工中心機,近年來則分別面對前有日系機種向下延伸侵蝕;後又有大陸、南韓製造機種在所謂「高性價比」市場短兵相接。但根據台灣工具機暨零組件公會最新統計,今年前3季(1~10月)台灣工具機出口大幅衰退(12.3%),已自排名第五落居第七名,即使在有「亞洲底特律」之稱的東南亞市場,也難以追上大陸、日本在當地布局。


如台灣的協易機械主力產品,包含可高達2,500噸鎖模壓力的伺服與機械沖床,60%集中於汽車零配件供應商,近年來更加入伺服沖床、智慧沖壓管理系統,以及整合自動化周邊設備,持續推動節能減碳能力。


同時配合電動車要求輕量化,也加速了包括高張力鋼板(HSS/AHSS)、鋁鎂合金、碳纖維複合材料的開發和應用發展,較傳統鋼材複雜且更需要伺服成型,如何確保沖壓件精度以及沖壓線生產力是重要課題。


例如目前用來支撐剎車盤和固定剎車卡鉗的制動器托架,通常是以輕量化的金屬材料製成,可承受在剎車時產生的高壓力和熱量,還必須具有足夠的強度和剛性,確保在剎車時能夠正確地夾住剎車盤。由於伺服沖床的沖壓曲線參數可彈性設定,協易便展示其在難成型輕量化材料方面的複合成型優勢,改用沖壓工法取代鑄造,將引伸及滾齒等製程設計於兩套模具當中,並以伺服沖床進行生產,同時提升成品精度及生產效率。



圖三 : 協易機械主力產品包含可高達2,500噸鎖模壓力的伺服與機械沖床,60%集中於汽車零配件供應商(source:zh-tw.seyi.com)
圖三 : 協易機械主力產品包含可高達2,500噸鎖模壓力的伺服與機械沖床,60%集中於汽車零配件供應商(source:zh-tw.seyi.com)

此外,台灣瀧澤科技公司則受惠於母公司日本瀧澤被電動車用馬達、減速機、沖床大廠Nidec投資收購後,透過彼此進行技術與情報交流,加速Nidec實現2030年全球第二大工具機廠的願景,也期待為瀧澤挹注更多資源,強化營運、銷售競爭力。


台灣瀧澤科技戴雲錦便樂觀看待集團與Nidec的合作,且強調Nidec的態度也相當積極,還會主動詢問台灣瀧澤該如何提供協助,未來也不排除雙方透過聯合採購、零組件代工釋單、產品開發、品管控制等策略密切合作,持續降低成本和提高綜效。


最近Nidec更親自派員來台,了解台灣瀧澤在加工設備、技術和品管能量是否足夠?未來甚至可利用台灣瀧澤廠內已建置的2~7條智能自動化產線,不僅提高效率,也將生產履歷上傳雲端,更有利於後續維運服務,將有機會協助Nedic旗下工具機廠加工多樣少量工件。


在工具機本業發展上,台灣瀧澤自2020年量產上市、榮獲2021年台灣精品獎,於2022年熱銷數百台的EX-2000YS高精度車銑複合機。即是採用內藏主軸設計,達到更精密的加工精度,同時提升軸向移動速度50%;並且經由正副內藏主軸設計,增強Y軸機能,近年來主要跟隨電動車產業需求持續成長;利用安裝大量感測器而更為聰明,具備溫控、防碰撞、模擬切削功能,正在申請通過綠色智能工具機認證。


並將「模組化」的設計概念導入該機種,強調其規格彈性,能於單機同時展現多機種型態;得以更緊湊的機台尺寸,達到最佳生產能力與佔地面積的比例,而獲得學校青睞。透過與中興大學合作,測試與蒐集工具機心臟的主軸、螺桿、軸承等模組的大數據分析,以確保機台結構穩定可靠,進而提前預測何時該更換耗材,實現「零意外停機(Zero downtime)」。


同時搭配FANUC控制器的Digital twin功能,以及搭配台灣瀧澤自主開發軟體介面,將能源消耗、稼動率監控一覽無遺,方便判斷良率、產能和效率,並持續更新進化,獲得客戶反映佳。同時採取穩紮穩打策略來保證服務品質,僅先在兩岸提供客製化Turnkey Solution就近服務,於歐美以代理/經銷單機為主。


藉此順應客戶對於單機/複合機種,或搭配工業機器人、刀倉(庫)等不同需求。如在機台上,針對加工電動車充電端子、馬達驅動軸等工藝時模擬、切換顯示多工序不同的數據;再分別提供標準~客製化版本軟體,用於教育訓練留才育才,或未來派往歐美、東南亞地區支援服務。



圖四 : 台灣瀧澤EX-2000YS車銑複合機導入模組化設計的概念,一台設備同時能展現多種機台型態,同時以更緊湊的機台尺寸,達到最佳的生產能力與佔地面積的比例。(source:台灣瀧澤)
圖四 : 台灣瀧澤EX-2000YS車銑複合機導入模組化設計的概念,一台設備同時能展現多種機台型態,同時以更緊湊的機台尺寸,達到最佳的生產能力與佔地面積的比例。(source:台灣瀧澤)

圖五 : 台灣瀧澤除了開發電動車加工所需硬體機台,也針對傳統車廠或新創企業提供客製化多序顯示及模擬等工藝。(source:台灣瀧澤)
圖五 : 台灣瀧澤除了開發電動車加工所需硬體機台,也針對傳統車廠或新創企業提供客製化多序顯示及模擬等工藝。(source:台灣瀧澤)

另一家看好電動車發展的高明精機,也在2021年發表專為汽機車零組件與小型模具量身打造高速立式三軸加工中心機KMC-168CE,因應精密模具產業講求高速高精度,將會產生大量的熱導致機器熱漲冷縮,所以在軟硬體設計上,針對「抗變形」及「溫控」做出大幅度的改善與提升。滿足目前電動車將儀表板螢幕逐步從駕駛座、中置,一路延伸到副駕駛座的智慧座艙,而帶來龐大的面板、模具等產品加工應用需求,已取得國外大廠訂單,並期待切入Tire1大廠供應鏈。



圖六 : 經高鋒工業導入鍛造自動調機軟體,可以依照工具機動態性能與環境現況,提供最佳的操作設定導航,快速滿足高速高精加工需求。(攝影:陳念舜)
圖六 : 經高鋒工業導入鍛造自動調機軟體,可以依照工具機動態性能與環境現況,提供最佳的操作設定導航,快速滿足高速高精加工需求。(攝影:陳念舜)

為協助工具機業者切入高階市場供應鏈,工研院近年來也持續開發可提升加工精度、效率與壽命更久的軟硬體整合技術,推出可大幅提升4倍加工精度的抑振模組及鍛造自動調機軟體。此首創跨控制平台的自動調機技術猶如汽車導航器,將可依照工具機動態性能與環境現況,提供最佳的操作設定導航,滿足高速高精加工需求。已由高鋒工業導入開發高階鍛造輪圈加工應用系統,將鍛造鋁輪圈切削效能提高20%,並已售予台灣最大汽車齒輪傳動零件公司,切入歐美及美系電動車龍頭廠供應鏈,全方位投入佈局高單價的鍛造鋁輪圈。


**刊頭圖(source:thedenveregotist.com)


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