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实现电动车齿轮精密加工
驱传动系统整合自动化

【作者: 陳念舜】2023年08月24日 星期四

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因应近年来国内外制造业受到後疫时期欧、美市场高通膨与汇率因素影响,以及中国大陆经济复苏力道不隹波及,导致如金属加工、设备业,以及马达、减速机齿轮等关键零组件发展不如预期,势必要跨足新兴产业领域,并符合净零碳排趋势以维持国际竞争力。


当全球经济受货币紧缩的滞後效应及通膨影响,终端市场消费与投资动能减速,加上产业链持续库存调整,根据经济部最新统计2023年Q2台湾制造业产值约为4兆2,116亿元,较上年同季减少19.57%,已连续3季负成长。


在传产制造业方面,因为市场消费动能疲软、产业链持续去化下游过高库存,业者必须安排产线维修或调降产能因应淡季,导致化学材料及肥料业产值3,834亿元、基本金属业产值3,802亿元,分别年减35.99%及27.36%;机械设备业亦因客户投资转趋保守,产值年减16.59%,而达到2,206亿元。


惟汽车及其零件业,则受惠於车用晶片和零组件供应稳定,产品价格高於去年同季而增加产值;加上多款新车上市刺激买气,产值高达1,270亿元,年增10.70%,已连续4季正成长。展??未来全球经济,持续受通膨及升息影响,加上俄乌战争、美中科技争端等不利因素续存,恐抑制台湾制造业生产表现,需密切关注并妥为因应。



图1 : 根据经济部最新统计2023年Q2台湾制造业产值约为4兆2,116亿元,较上年同季减少19.57%,已连续3季负成长。(source:经济部统计处)
图1 : 根据经济部最新统计2023年Q2台湾制造业产值约为4兆2,116亿元,较上年同季减少19.57%,已连续3季负成长。(source:经济部统计处)

世协扩大减速机应用领域 分散景气循环风险

由於现今智慧工厂的实现与否,行星减速机作为伺服马达与应用端间的主要连结构件,在传达动力同时,必须确保效率最大化与背隙最小化,不容许产生额外的噪音,或因发热而影响系统温度。


世协电机公司在台中成立至今,已有超过30年以上专业马达及减速机制造销售经验,产品设计不但符合国际规范以及业界主流规格,并选用最适切的德、日系先进齿轮加工机与量检测设备等流程,使得产品整体性能最隹化,提升关键零件自制能力;经过打造现代化厂房设施和ERP系统的有效整合,不仅扩大产能、加快交货速度,品质更能达到不同顾客满意标准。


即使近年来因为国际地缘政治冲突未解,导致通膨及台湾原物料价格上涨不止,但世协电机仍善用其行销优势,布局客群范围广泛,遍及欧美亚三大洲50国家和地区销售,不致於局限在单一产业或国家。


例如在2020~2021年COVID-19疫情最严重期间百业萧条,虽然重创了工具机及自动化产业,但世协产品仍受惠於医疗产业的扩大应用,让整体业绩不降反升。有机会等到2022年起疫情逐渐舒缓之後,医疗产业需求逐渐降低,也象徵着工具机、自动化等智慧制造相关产业逐渐回温。


加上因为世协的主力产品属於感应式马达和行星式减速机等标准零组件,采取计画性和部分客制品接单等生产模式,两者目前皆供不应求,也不必面临打消库存压力。还能配合各地市场在疫情期间经济衰退和复苏的时间点不同,使得2022~2023年整体业绩维持稳定成长。


虽然近期大陆市场疫後经济成长疲软,导致台湾大多数产业经营面临逆风困境,但是基於电动车在当地市场的成长力道非常强劲,又有大陆官方政策扶持下,驱使车用动力电池爆发成长和新能源占比扩大的储能用锂电池产业发展快速,据统计2023年全球Q1储能电池出货排名前10名中就有9家是大陆企业。


因此促使当地制造业必须转型、供应链重组升级,并推动生产自动化与智慧制造,间接引发了包括伺服专用行星减速机在内的传动元件需求快速成长。世协表示,目前大陆市场虽仍以中低阶的行星减速机产品为主流,也不乏需求高精密度和性能稳定的高阶应用市场。虽然导致世协的产品价格比其他当地品牌高出许多,客户仍坚持以品质和性能优先考量,不轻易更换供应商,世协未来也将持续以立足台湾为基础,深耕大陆等各地市场。


包括顺应全球供应链重组,而新增庞大的自动化与基础建设需求,强调市场耕耘没有捷径,只能务实而坚持打好基础,稳定跨出每一步。如今世协於30国皆设有代理商,除了在欧美地区多年经营的成效斐然之外,东南亚也是正积极叁与布局的目标,已陆续回收投资报酬。



图2 : 世协电机有超过30年以上专业马达及减速机制造销售经验,选用最适切的德、日系先进齿轮加工机与量检测设备等流程,可使得产品整体性能最隹化,提升关键零件自制能力。(摄影:陈念舜)
图2 : 世协电机有超过30年以上专业马达及减速机制造销售经验,选用最适切的德、日系先进齿轮加工机与量检测设备等流程,可使得产品整体性能最隹化,提升关键零件自制能力。(摄影:陈念舜)

为了解决来自各地客户与不同产业的特殊需求,目前世协也将其行星式减速机导入以下代表性应用范例:


1. 无人搬运导引车(AGV)应用:因应现今自动化与智慧制造需求,时时考验制造业对生产计画的掌控能力,让原本各自运行的机械设备,必须串联成流畅的自动化生产线系统,而物料的流动就决定了工厂的生产效率。AGV也从早期单纯代替人力搬运,到现在越来越智慧化的自主移动机器人(AMR),移动速度加快、定位精度提高、应用范围更广,成本要求却越来越严苛。


且当机器人体积缩小,而产出的功率要更高时,减速机的选用就变得格外重要!世协也为此,独家开发出PGV系列,直结马达与驱动轮,提供减速机单体或含驱动轮的解决方案。具备高精度、高径向/轴向力、高刚性、高响应速度,让AGV/AMR能顺畅移动,适用於各种场合,亦可针对低温或特殊需求提供客制解决方案。


2. 谐波减速机:此由工业4.0所掀起的智慧自动化浪潮,使得全球制造业大量运用自动化设备与工业机器人,并结合资通讯技术与最新的AI人工智能技术,具体实现了智慧工厂与智慧制造。减速机是工业机器人的关键零组件之一。


虽然传统的行星减速机精密度与强度够,但因为在结构空间的限制下,体积小、重量轻、高精密度,又能提供高输出扭力的谐波减速机成为唯一选择,也补足了世协产品线的最後一块拼图。满足自动化产业客户所有的需求。


有别於市场上大部分同业以公版图面生产的谐波减速机,世协则基於30年来减速机设计制造经验,自行全新设计内部齿型。经过验证,具有与市场领导品牌相同,甚至更高的精密度与寿命,能够广泛运用在工业机器人,协作机器人、服务型机器人、SCARA水平多关节机器人、精密医疗设备、半导体设备、工具机等产业设备。


面对全球净零排放浪潮与即将於2026年实施的欧盟碳边境调整机制(CBAM)、2025年台湾将推行台湾碳费机制、碳权,以及国际品牌对於绿色供应链的要求等趋势,让净零转型不再只是环保课题,而是企业生死存亡的关键。


世协早已着手推动ISO 14064-1验证,针对企业所有活动与温室气体排放盘查(GHG Inventory),计算温室气体的排放并具体量化,以利後续管理及减量,不仅需要收集和处理大量数据,也需要企业内部频繁而不厌其烦的沟通。


「对於世协来说,在管理上是一项全新的挑战,也是更上层楼的机会。透过温室气体盘查,除了有助於降低企业活动对於气候变迁的冲击,也能藉此来减少企业的碳排放,节省碳资金和能源使用,提升营运效率、降低营运成本。」这也是对於ESG提早进行布局,以增加世协在国际市场上的竞争力,并提高世协客户在当地市场的竞争优势,只要开始做,永远不嫌晚!


工研院强调净零减碳趋势 聚焦电动车产业需求

此外,基於现今无论是纯电动车(BEV)/??电混合式(PHEV)等任何一款类型电动车,都是以马达作为动力源,再利用齿轮变速箱(Gear box)内的齿轮与齿轮系??合,将来自於单一旋转的动力源(马达)转换速度与增减扭矩到另一个设备,期??达成净零碳排目标。


德商Bosch Rexroth公司其实在齿轮加工领域浸淫多年,掌握许多齿形加工或精度knowhow,至今仍为许多国内外齿轮加工设备大厂提供所需lndraControl MTX控制器、驱动器等数控系统维运服务,兼顾加工电动车精密齿轮与後续组装成齿轮变速箱的过程。


包括透过「模组化解决方案(Smart Function Kit)」,监控两齿轮之间的压合过程;以及利用外挂式感测器,撷取扭力数据;也会导入Rexroth新款弹性输送系统(FTS)及锁固系统,并在组合完成後,打上QR code以便追踪履历,Liebherr早年也是其驱动器客户。倘若客户愿加装後段量检测仪器之後,也会要求驱动器够加速,才能将测得数据即时上传,及时换刀或砂轮片,好处是在此可直接收取探针及信号,而不必通过控制器的速度更快。



图3 : 由於电动车皆使用齿轮箱来增加扭矩,所以具备磨削静音齿轮的蜗杆砂轮磨齿机,就成为电动车齿轮制造商所需设备。(摄影:陈念舜)
图3 : 由於电动车皆使用齿轮箱来增加扭矩,所以具备磨削静音齿轮的蜗杆砂轮磨齿机,就成为电动车齿轮制造商所需设备。(摄影:陈念舜)

根据工研院产科国际所ITIS研究团队最新叁访德国汉诺威工业展(HANNOVER MESSE)成果,便特别观察到在本届提出的「因应永续未来的产品和解决方案」主题内容里,已有许多汽车制造业者推出电动车制程相关的解决方案与技术。


若依市调机构TrendForce指出,今年Q3全球新能源车总销量将达到265.6万辆,年增28%。若依2021年全球电动车销量约为650万辆来推估所需齿轮数量,假设一年有250个工作天,则平均每天生产的电动车齿轮多达10万4,000颗;据统计2023年全球生产1,450万辆电动车,平均每天就需要生产23万2,000个齿轮。


由於电动车皆使用齿轮箱来增加扭矩,所以具备磨削静音齿轮的蜗杆砂轮磨齿机,就成为电动车齿轮制造商所需设备,包括蜗杆砂轮磨齿机的齿面拓朴与交错及乱序的齿面磨纹技术,所需的数学推导与机台调适技术等,都是高阶齿轮设备厂商必备关键,已让欧美大厂竞相投入,台湾代表性厂商则是迈萃斯精密公司(MATRIX)。


迈萃斯智慧磨削解决方案 满足电动车齿轮加工需求

面对各国竞相提出禁售燃油新车时限,提升电动车需求,也让美系大厂必须降价以抢占市场,导致上游供应商利润不断受压榨,唯有提升设备加工效率来因应,此也成为台湾工具机厂商可发挥优势。


在今年TIMTOS 2023现场,即可见到由迈萃斯展出一系列可加工电动车齿轮工件的磨床与齿轮刀具,以及不断推陈出新的智慧磨削解决方案。曾以内、外螺纹磨床享誉国际的英国MATRIX,将高端技术导入台湾迈萃斯精密(股)公司,渐次发展出自主掌握的设计软体和关键制程所需的各式齿轮磨床、齿轮刀具,发挥工匠精神,整合高品质齿轮的制造系统与销售策略,全方位满足客户需求。


迈萃斯公司??总经理卓文振表示:「齿轮磨床属於高价值、高精度的μm级产品,客制化程度较高,可加工渐开线及摆线齿轮,其高效率高精度表现,足以媲美欧美日品牌齿轮磨床大厂。齿轮磨床的架构,也有别於一般工具机;自主研发之软体技术,更是其独特之处。」面对智慧制造时代,打造智慧磨床,并持续发展新能源所需之齿磨设备。即使疫情期间,全球各大展仍皆可见到MATRIX身影,於齿轮磨床市场打开知名度,获得国际买家们的肯定。


因应电动车新时代的来临,迈萃斯今年展出两款高阶磨床,一款是开发结合创成、成型於一机的新型高精度齿轮磨床GVC-0500,可选配磨内齿的功能,运用面扩及各式新能源车齿轮。可针对小模数的电动车齿轮,采加工效率高的创成模式,并搭配合适的大小砂轮磨削,数十秒内即可完成一颗电动车齿轮;亦可采用成型模式,用於加工各式齿轮少量多样或开发件生产。GVC-0500采取创成、成型复合的全新设计架构,研磨精度可达到DIN3~DIN4等级。



图4 : 面对智慧制造时代,迈萃斯支援打造智慧磨床,并持续发展新能源所需的齿磨设备。(摄影:陈念舜)
图4 : 面对智慧制造时代,迈萃斯支援打造智慧磨床,并持续发展新能源所需的齿磨设备。(摄影:陈念舜)

另一款新一代齿轮成形磨床GHP-3540,透过自行开发的智慧型交谈视窗软体,客户可依所需的齿形修整及轮磨条件灵活设计,支援完整加工程序。让操作者不必经过程式编写训练,只须透过对话式步骤输入叁数与设定轮磨条件,即可自动产生NC程式,可大幅提升工作效率。同时搭载智慧磨削/智能监控软体(MatriWork),具备:齿面拓朴、自动伺服器叁数、弹性化加工路径、馀量分配、AE触碰对齿、预设加工叁数等功能,研磨精度可依客户需求达到DIN4以上等级。


因应ESG诸多规范之净零碳排及新能源趋势,迈萃斯除了持续量产,适用於绿能之风力发电、工业用等之大模数齿轮的成形磨床外;同时,对现今电动车齿轮加工运用不断提升效率、减少耗能及改善表面粗糙度以降低噪音之需求。迈萃斯正为台湾自主开发齿轮磨床等级立下新的里程碑!


**刊头图来源(摄影:陈念舜)


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