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智機產業化加持競爭力
傳動系統引外援無縫接軌

【作者: 陳念舜】   2024年02月25日 星期日

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展望2024年國際地緣政治衝突,且在航太、半導體、電動車、新能源等次世代產業領域競爭勢必加劇,除了工具機已妥為分散布局,對於關鍵零組件中規模更小的傳動系統廠商,也正積極引進國內外大廠支援數位化、環保減碳等元素無縫接軌,以加持國際競爭力。


根據台灣工具機暨零組件公會(TMBA)最新整理統計,在2024年1月工具機零組件包含工作物夾持器、分度頭或其他工具機特殊配件,以及滾珠螺桿、線性滑軌、金屬切削/成型工具機零附件等出口值約1.27億,年成長9.8%,表現優於整機(-18.2%)。在出口占比超過5%的前3大出口地區,光是中國大陸(含香港)就將近6成(57.9%),遙遙領先落後的美國7.3%、日本6.7%。


且以台灣工具機關鍵零組件單月進口表現來看,同期進口總額約為1,523萬美元,較去年同期成長15.8%。至於進口占比超過5%的主要地區,也以大陸(含香港)42.8%最多,其次依序為日本24.0%、義大利8.1%、德國5.5%。



圖一 : 以台灣工具機關鍵零組件單月進口表現來看,除了整機高度仰賴大陸為主要出口市場之外,後者也是零組件主要進口來源。(source:TMBA)
圖一 : 以台灣工具機關鍵零組件單月進口表現來看,除了整機高度仰賴大陸為主要出口市場之外,後者也是零組件主要進口來源。(source:TMBA)

可見除了台灣工具機暨零組件高度仰賴大陸為主要出口市場之外,後者也是台廠主要進口來源,符合台灣機械公會(TAMI)評估:「雖然目前於ECFA早收清單內的機械產品在台灣出口占比已降至10%以下,且大廠可紛紛出走布局,唯有無力出走的中小企業若受創較深,也頂多影響1~2%左右。」


「然而,仍有部份業者是利用對岸便宜的原物料、零組件加工後,再回銷台灣組裝行銷全球,則可能因此蒙受稅損。」所以TAMI站在總體機械業的立場,還是希望兩岸關稅能降至最低,對兩岸產業才有活路,ECFA早收清單一旦優惠中止,對於關鍵零組件廠商衝擊相對較大。


聚焦高階多軸複合機種 凸顯關鍵零組件價值


圖二 : 台廠正積極開發多軸高速龍門、立/臥式車銑複合、大型立式車床等高階機種,更凸顯於五軸同動/定位加工所需的傳動系統價值!(攝影:陳念舜)
圖二 : 台廠正積極開發多軸高速龍門、立/臥式車銑複合、大型立式車床等高階機種,更凸顯於五軸同動/定位加工所需的傳動系統價值!(攝影:陳念舜)

否則,各地市場的貿易壁壘分明將注定不利於資源匱乏,更仰賴出口導向經濟的台灣製造業。如工具機等單一產業規模有限,便難以因應國際經濟景氣劇烈波動;且以中小企業為主,不若日本MAZAK一家營收足抵全台灣約400~500家機械設備廠商規模,更無力自主掌握採購、訂製零組件及材料,甚至於普設全球產銷據點的能力與成本。


尤其適逢電動車、航太、半導體、新能源等次世代產業的不同應用需求;加上少子高齡化社會影響,將導致勞動人力短缺,加速形成開發產品、技術的轉捩點。台廠正積極開發多軸高速龍門、立/臥式車銑複合、大型立式車床等高階機種,進行工序整合(Process Integration)模式加工,可在極短交期內提高整廠多樣少量、客製化批量生產的效率,來實現24/7不間斷自動化加工,更凸顯於五軸同動/定位加工所需的傳動系統價值!


瀧澤科引進日商營運資源 產學延壽傳動系統


圖三 : 台灣瀧澤也在2023年捐贈中興大學機械工程學系共7套市價超過千萬的「預兆診斷教學研究設備」,包含FANUC控制器、檢測設備、試車台及周邊耗材等。(攝影:陳念舜)
圖三 : 台灣瀧澤也在2023年捐贈中興大學機械工程學系共7套市價超過千萬的「預兆診斷教學研究設備」,包含FANUC控制器、檢測設備、試車台及周邊耗材等。(攝影:陳念舜)

例如具備日商背景的CNC車床大廠台灣瀧澤科技,便利用母公司日本瀧澤甫獲電動車用馬達、減速機、沖床大廠尼得科公司(Nidec)收購契機,進行技術與情報交流;也期待能為台灣瀧澤注入更多資源,綜合行銷機會,以強化營運、銷售業務的成長;經由密切合作cost down來提高綜效,包括共同採購、零組件OEM代工釋單,產品開發、品保等。


台灣瀧澤科技董事總經理戴雲錦表示,目前日本工具機強項就是在高速機構、傳動系統,將會直接影響機台效能與價值。例如一般台廠使用的傳統主軸售價不過3萬餘元,但是日系品牌用於鑽銑加工機(Tapping Center)的BT40主軸維修費,可能就高達百萬元,可見品級價值相差之遠,對於研究主軸、傳動系統壽命預測設備的重要性。


台灣瀧澤也在2023年捐贈中興大學機械工程學系共7套市價超過千萬的「預兆診斷教學研究設備」,包含FANUC控制器、檢測設備、試車台及周邊耗材等。強調不僅可為學生增添實體學習的機會,深入瞭解及延長智能化主軸使用壽命、滾珠螺桿運行預兆診斷等維運技術,達到減少碳足跡與資源最佳利用,進而改善能源及生產效率,共同引領綠色製造復興!


德川智慧五軸轉台 推進台廠AIoT減碳成效

至於旋轉工作台也是高階五軸工具機不可或缺的關鍵零組件,以滿足次世代產業對於高度複雜與高精度零組件加工需求,對於工具機產業升級轉型,推動智慧化和高效率發展至關重要。


在台灣具備高市占率的德川機械,便訴求將透過自製產品、技術和服務能力,獲得全球高階工具機用戶肯定,突破德、日系大廠寡占市場的態勢;再利用富有競爭力的高價值生產設備與高性價比服務,提供差異化產品,在全球供應鏈上占有關鍵地位。


包括針對碳中和的創新技術,須從機器本身在製造階段的技術開發、應用階段的節能、有效減碳等多方面創新技術,滿足未來綠色工具機需求。德川也根據ISO-14955規範,加強轉台的輕量化,於機械結構端導入合金元素、採用一體式主軸設計,大幅有效提升剛性與減輕重量;並選用高耐磨耗的蝸輪材質來增加使用壽命,實現節能減碳。


同時順應目前自動化與彈性化趨勢,德川也將快速交換模組全面導入於旗下轉台系列產品,當客戶若有快速交換盤需求時,不必重新設計就能快速導入,將大幅降低工件交換的週期時間(cycle time)。待工具機廠引進後,還能彈性擴充自製的分配器,再結合客戶的夾治具應用,達成高度自動化功能,可大幅降低驅動產品能耗,延長使用壽命週期。


據悉,目前包括國際轉台大廠NIKKEN、LEHMANN等,均已導入工業物聯網(IIoT)模組;以及德、日工具機百年大廠,都陸續向德川提出共同開發需求,未來目標將致力於導入資訊化、可視化管理系統強化,並結合人工智慧(AI)遠端監控及減碳關鍵技術建立競爭門檻,成為世界級轉台製造廠。


近期推出的「智能搖籃式五軸旋轉工作台GTFA(E)-350H」,便結合德川自行開發的i4.0 RT智慧盒及軟體,再透過MQTT通訊協定上傳感測器資訊,實現即時狀態監控、異常紀錄追蹤、保養履歷跟蹤和「自動背隙補償」功能,達到預知保養目標,滿足客戶在彈性製造及數位化監控管理上的需求。


進而導入產品品質數位管理、耐磨合金鋼材料、精度驗證量測系統、故障檢測與診斷系統、AIoT零組件智慧售服系統,協助大型設備廠實現智慧製造,提升產品的品質與後續售服價值。另為了滿足工業4.0和遠端售服需求,德川也持續透過產學合作,投入創新研發及整合工程,提升機台加工效能並創造新價值。


並利用廠內建置IAS售服平台,以便未來將地端的故障資訊回報,與平台的集中化管理,為各大工具機廠和代理商帶來精確售服、產品改善等效益;可支援自建的AR數位指引和MR遠端專家協作系統,實現精準售服而快速復工。



圖四 : 德川近期推出的「智能搖籃式五軸旋轉工作台」,便結合德川自行開發的i4.0 RT智慧盒及軟體,滿足客戶在彈性製造及數位化監控管理上的需求。(source:台灣精品獎)
圖四 : 德川近期推出的「智能搖籃式五軸旋轉工作台」,便結合德川自行開發的i4.0 RT智慧盒及軟體,滿足客戶在彈性製造及數位化監控管理上的需求。(source:台灣精品獎)

威騰斯坦齒輪+齒條方案 協助提升大型五軸機競爭力

此外,因應航太製造加工業所需龍門銑床具備超大工作區,要求極高動態與銑削能力,以及優異的表面加工性能。德商威騰斯坦公司(WITTENSTEIN)也提出以低背隙行星/伺服直角減速機+齒條成套的傳動單元,並率先推出Galaxie傳動系統及cymex 5選型軟體。


其中採取「模組化」設計的HPLS(High Performance Linear System)齒條齒輪傳動系統,可讓開發團隊信任利用齒條來滿足極長工作軸的需求;並提供高扭轉與側傾剛度的RP高性能行星式減速機,使之完整軸長上具有極高的系統剛度。


如此一來在進行高速切割(High Speed Cutting,HSC)精密加工時,X-Y-Z線性軸均能達到極高速度、加速度和精準度;Z軸上高性能行星式減速機則能吸收所有的力量,完全捨棄所謂的液壓補償配重,並且減少組件數量,降低組裝與控制的需求。


並藉此讓機器的工作區在所有線性軸上(X軸40,000mm-Y軸6,000mm-Z軸3,000mm),均能完成平順而有力的運動導引;表面加工精度完全符合最高標準,容積精度達到55μm,而成為滾珠螺桿望塵莫及之處;與其他使用線性馬達的解決方案相較之下,該公司的系統運作上顯然具有更高的能源效益。



圖五 : 亞太菁英感謝威騰斯坦多年以來,總是可以透過選型軟體,精準提供設計上選型的最佳化馬達、減速機及模數配比,明確分析技術參數對於設備整體規劃的成本和耗能效率。(source:威騰斯坦)
圖五 : 亞太菁英感謝威騰斯坦多年以來,總是可以透過選型軟體,精準提供設計上選型的最佳化馬達、減速機及模數配比,明確分析技術參數對於設備整體規劃的成本和耗能效率。(source:威騰斯坦)

由於在台灣的東台集團也看好航太、電動車等次世代產業應用需求,將帶來一線曙光,旗下榮田、亞太菁英等大型機種,也藉此成為貢獻2023年營收的少數亮點,將延續成為2024年動能。其中亞太菁英長期以生產高速線性馬達龍門型加工機為人熟知,基於線性馬達驅動固然有很多優點,但在於重型移動件和長行程驅動的應用上,將面臨成本及耗能上的議題。


對應現今航太業一體式長桁型零件加工需求,務必要採用10m以上長行程的龍門型加工機,並於軸向採用減速機齒輪+齒條的配置,才能在切削鈦合金或高剛性鋼材時,有效率提供所須快進給、大推力的加工特性需求,與滿足優異的加工表面品質。


在這樣的應用條件上,齒輪+齒排解決方案將具有相對優勢及性價比,所以亞太菁英多年來與威騰斯坦密切合作,分別導入旗下符合前述應用條件的GF系列(GF5080)、G系列(G50100)、GM系列(GM3040)、MC系列(MC30200/MC50170/MC30100)機種。


並感謝雙方合作多年以來,威騰斯坦總是可以透過選型軟體,精準提供亞太菁英設計上選型的最佳化馬達、減速機及模數配比,明確分析技術參數對於設備整體規劃的成本和耗能效率,更有助於達到平衡點以避免浪費,在目前實施減碳的全球化議題上,會是顯著有效的做法。


易格斯擴大在地研發能力 帶動台德產業同步成長

台灣易格斯公司(igus)也即將在今年TMTS展示最先進的工業科技與製造解決方案,包括毋須工具即可開/關的E4Q拖鏈,確保簡易安裝和填充,可節省約40%的裝配時間和減輕10%重量;YE混合型拖鏈則可確保安全及可靠,向上引導軟管和電線電纜。


首件3D列印的readychain p-rack全裝配拖鏈輸送架,強調所有零附件都可以玉米澱粉材質列印,還能完全重新造粒和重複使用,有效減少安裝時間66%、重量80%而節省資源,並使搬運更加輕鬆、安全。


再透過triflex三維拖鏈收納管線,完美結合FANUC工業機器人,並展示Low Cost Automation低成本自動化產品系列、drylin ZLW電動滑台、PRT轉盤軸承、drylin WJRM免上油線性滑塊、guidelok 導向系統、歐日系接頭等。基於過去10年來在內部實驗室中進行的200多億次循環測試,igus現在可為整個chainflex耐彎曲電纜系列提供業界獨一無二的4年保固,為客戶提供了更多的選擇和規劃保障。



圖六 : 台灣易格斯公司將在今年TMTS展示最先進的工業科技與製造解決方案,包括毋須工具即可開/關的E4Q拖鏈,可節省約40%的裝配時間和減輕10%重量(source:igus)
圖六 : 台灣易格斯公司將在今年TMTS展示最先進的工業科技與製造解決方案,包括毋須工具即可開/關的E4Q拖鏈,可節省約40%的裝配時間和減輕10%重量(source:igus)

值得一提的是,易格斯也在今年農曆春節前,獲准成為首家進駐中科中興園區的德商,母公司德國igus GmbH為全球最大動態工程塑膠製造商,並擁有業界最大研發測試實驗室;且與英國Mura Technology公司合作,將回收的混合塑膠廢料重新組合成新的工程塑膠產品,可達成循環經濟之效益。


預計廠房建設完成後將超過本案投資金額的1億元。於進駐後將結合中部精密機械軟硬體實力及台灣在地產業特性,設立動態工程塑膠、智慧製造、智慧機器人3大應用技術研發中心,引進高性價工業機器人,提供台灣企業在地客製服務,增進其生產效率及降低生產成本,增加台灣企業產品於世界上的競爭力。


並將台灣研發成果反饋母公司,成為igus GmbH亞洲技術研發中心,服務涵蓋產業面更廣。藉此將帶動台灣整體產業升級、技術累積及人才養成,增進國家及產業的成長動力,有助於台灣推動智慧製造及循環經濟。


**刊頭圖(source:ins-news.com)


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