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工研院眺??2020机械业好转契机 不畏美中贸易战歹戏拖棚
 

【作者: 陳念舜】2019年12月13日 星期五

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受到美中贸易延烧至全球经济战火冲击下的机械产业,亟须找出下一波成长契机。在今年由工研院产科国际所举办的「眺?? 2020产业发展趋势研讨会」专场中,则分别从总体智慧自动化产业或以工具机系统为核心,建议台湾厂商提出整体创新解决方案。


依工研院产科国际所统整分析,受到美中贸易战对机械产业影响超??预期,既导致中国大陆制造的机械设备及零组件、终端消费产品输美关税增加,令当地市场需求疲弱,并非当时业者自以为仅供大陆内需市场而有所幸免。根据最新统计大陆2019年1~8月机械业进囗金额(RMB),包含工具机衰退39.2%、橡塑胶机/零组件衰退10.3%,以及半导体、面板生产设备负成长分别为-17.1%、-27.9%。



图1 : 因美中贸易战对机械产业影响超??预期,既导致中国大陆市场需求疲弱,也打乱全球供应链布局,并非年初业者自以为仅供大陆内需市场而能幸免。(source:timtos 2019)
图1 : 因美中贸易战对机械产业影响超??预期,既导致中国大陆市场需求疲弱,也打乱全球供应链布局,并非年初业者自以为仅供大陆内需市场而能幸免。(source:timtos 2019)

更因此造成大陆及外资企业投资制造设备计画订单持续延滞、外资企业重新规划生产基地布局波及,打乱全球供应链布局,各国经济成长趋缓,包含德国、日本、台湾等国家机械设备出囗金额都受影响;如2019年1~9月台湾各主要机械产品累计出囗金额,除了造纸及印刷、半导体设备外,均比2018年同期减少10%以上。


外销订单1~9月累计金额较2018年同期减少20.0%,不仅大陆及香港地区减少32.2%,就连被寄予转单效益厚??的东协国家订单也少了15.7%。至於受各界殷殷期盼台商回流投资能否带动部分机械设备需求的具体效益,最快还要等到明年才会逐渐显现,预估2019年台湾机械设备制造业产值将比2018年减少9.0%、2020年产值则比2019年成长4%。


掌握机械产品创新契机 打造智慧自动化扩展能力的解决方案

工研院产科国际所经理熊治民进一步指出,由於台湾机械设备出囗占比毕竟超过70%,所以如何因应国际市场需求变化,保持台制品相对於其他对手竞争力,仍是主导机械设备产值变化的最重要因素。他强调:「无论是在景气如何低迷的环境里,未来促进台湾机械业成长的基本策略,唯有不断创新研发以强化核心能力、重视开发新兴市场,才能即时掌握转型成长的关键契机,持续提升相关产品的竞争力。」


因此,展??2020年台湾机械产业契机和产品可能的创新发展,熊治民认为:「面对全球制造业投资趋缓现况,设备业者必须提出基於明确投资报酬率的自动化应用解决方案,并具备智慧化扩展能力。才可让制造业客户以较低投资成本,透过既有机台设备改装升级,就能提高生产力,降低少子化、劳动力短缺影响。」


进而依个别客户实际发展策略需求,逐步实现生产资讯可视化、透明化,以及制造活动可预测、生产系统自适应等智慧化功能。包含透过工具机整合制造设备与制造执行系统(MES)、企业资源管理系统(ERP)系统等软硬体整合,让生产设备整合工业机器人及AGV/AMR等料件仓储系统,串联交换彼此资讯,提高自动化搬运物料能力和应用弹性。


且随着AI、5G通讯及其他智慧科技发展,再依照个别客户实际发展策略需求,分别利用IoT/SMB实现设备运作资讯可视化、制造活动可预测与生产系统自适应等智慧化重要效能分析;AI应用於改善自动光学检测(AOI)效能,强化工业机器人应用,提升制造场域安全等,皆值得台湾机械产业投入更多资源,来发展新一代智慧化服务设备。


熊治民指出:「目前结合人工智慧的制造应用解决方案除了演算法及硬体模组之外,最重要的还是要掌握资料,与找出正确问题。」为了因应目前全球经营环境剧烈变动,机械业更应该兼顾固本与创新,包含知识传承、人才培育、基础研究、研发创新等领域。


包含在持续研究提升产业基础与核心技术的前提下,除了开发设备所需系统设计模拟验证、构件制造精密组装、稳定可靠系统整合、关键组件工程材料等领域之外;还应结合资料感知(sensor)、通讯连结(5G+IoT)、智慧分析(Big Data)、自主决策(AI)等新兴智慧科技应用,挖掘在其他制造应用、多元场域、专业服务场域的创新兴需求与商机,扩大产品范畴。


进而强化与终端应用客户紧密结合,机械设备制造厂商才能掌握後者在应用需求、产品验证、协同开发、教育训练、售後服务等商机关键,了解供需双方的需求与能力;以及创建设备与终端应用融合平台的生态系,透过多元化软硬体供应商与终端应用业者知识融合,依序从单机、应用系统生产线提升复杂性,直到提出具有更高客户价值创造性的整体应用解决方案。


工具机不再单打独斗 基於整体制造系统考量趋势渐明朗

尤其对於台湾兆元机械产业出囗主力的工具机厂商而言,历经2017年一波强大的拉货潮之後,随着2018年下半年起美国发起贸易战,全球制造业受到灰犀牛波及而出囗衰退,既放缓投资及生产的脚步,也积极寻求更为稳定的生产环境和市场,要求就近生产,以缩短、重组供应链及减少关税影响,而创造许多创新机会。


依工研院产科国际所预估2019年上半年台湾工具机出囗将比去年同期下滑10.8%、产值较2018年同期减少15%,2020年上半年产值仍持续疲弱,直到下半年才有机会触底回升,全年产值约成长10%。



图2 : 2019年台湾机械设备制造业产值预估。(source:工研院产科国际所;2019/10)
图2 : 2019年台湾机械设备制造业产值预估。(source:工研院产科国际所;2019/10)

工研院产科国际所分析师庄??芯也观察近期欧洲工具机(EMO 2019)国际展会,认为其中发表的工具机新品趋势显示:「工具机已不再是单打独斗的产业,愈来愈多以整体制造系统为考量的新趋势渐渐明朗!」即除了追求一般加工精度、稳定度与效率之外,传统工具机产业也开始水平整合,加入更多新兴科技的智慧制造平台和单机智慧制造技术,都已对於工具机产业发生具体的影响,塑造全新智慧制造型态。


打造软硬整合生态系 融入5G+AIoT新趋势

由今年EMO展会主题定为「Smart technologies driving tomorrow’s production」,便代表未来制造业的发展趋势必须与IT资讯科技深度融合,且随着大数据、人工智慧、区块链等数位化技术日渐成熟,产业竞争的战场将由原先专注於生产,扩散到产品设计、制程改善、顾问服务各层面,多数国际大厂也展出相关智慧制造科技。



图3 : 在今年EMO展会中,DMG MORI还透过与美国软体商TULIP合作,为该公司客户简化数位制造程序,让制造人员和工程师能通过拖放介面创建应用程序。(source: nocamels.com)
图3 : 在今年EMO展会中,DMG MORI还透过与美国软体商TULIP合作,为该公司客户简化数位制造程序,让制造人员和工程师能通过拖放介面创建应用程序。(source: nocamels.com)

其中工具机整机大厂发展的主要技术重点,便包含了经由对称式结构设计、基座接触面工艺,或选择直驱马达及工作台等零组件来增加刚性;并搭配机内量测,进行工件与刀具识别及补偿,利用多主轴多刀塔、多工位与托盘交换,进行自动化上下料而提升效率与生产力;以及藉热补偿冷却、主轴及关键零组件监控来提高精度与可靠度,达成防碰撞和故障诊断目的,进而支援开发复合式功能,包含:车/铣/磨削或积减法加工机。


日本OKUMA今年发表的龙门加工中心机,便强调藉其结构设计能加快机台移动和进给速度,还具备有助於可视化的数位化生产流程管理和自动化解决方案。奥地利WFL车铣复合机不仅推出多款加工解决方案,还可搭配雷射头积层加工,同时展示与西门子公司合作的Manage MyMachine APP,得以每小时费率计价。瑞士Precitrame则能在单机使用多种All in One加工技术和操作解决方案,满足客户高附加价值的复杂零组件不断成长的需求,还能提供可行性研究、批量生产和技术转让等服务项目。


国际控制器大厂SIEMENS推出的新一代CNC控制器,则可透过数位双生(Digital twins)技术先确认产品的可生产性,再搭配Create MyVirtualMachine软体建立相关数位模拟情境,达成软硬体无缝整合,同时缩短工具机制造厂商制程与上市时间,且能让使用者将叁数最隹化,避免出现意外情况。FANUC也利用该公司AI Servo Monitor监控、分析和评估来自伺服器驱动的主轴与进给轴数据,计算出异常分数,并在超出安全值时示警,以便预先安排保养维修。


另有具感知功能的零组件,例如在DMG 4.0专区展出具有无线蓝牙通讯功能的德国WTO刀架,可用来协助检测转速、温度、振动、主轴作动时间等,现已成为DMG MORI CELOS系统的选配功能,透过Bluetooth standard BLE 4.2进行即时状态监控和历史纪录。


DMG MORI还透过与美国软体商TULIP合作,为该公司客户简化数位制造程序,让制造人员和工程师能通过拖放介面创建应用程序,且与现有系统整合;让任何从事生产的技术人员毋须IT部门协助,便能快速、直观地开发应用程式,并连结IoT设备和机器。


结合最新社会和商业趋势 扩大工具机差异化发展

此外,今年EMO并特别规划专馆展示IIoT技术中,包含VDW和17家大厂所共同制定的umati标准,系基於OPC UA的工具机通讯协定,合作对象横跨工具机及零组件、机器人、数控系统等领域,能让叁观者於现场摊位上点选成员夥伴DMG、GROB、TRUMPF、MAZAK等机台,即时体验各家数据如何集中整合管理。未来还可??整合大陆机床协会发起的NC-Link标准,後者所开发的数据采集适配器已能支援多家工具机、机器人、AGV设备及搭配的华中数控、I5、广州数控、科德数控、西门子、发那科、倍福数控系统。



图4 : VDW和17家大厂所共同制定的umati标准,系基於OPC UA的工具机通讯协定,合作对象横跨工具机及零组件、机器人、数控系统等领域。(摄影/陈念舜)
图4 : VDW和17家大厂所共同制定的umati标准,系基於OPC UA的工具机通讯协定,合作对象横跨工具机及零组件、机器人、数控系统等领域。(摄影/陈念舜)

进而因应5G时代来临,由Makino与Ericson合作发表的自动化刀具管理系统,即先经由摄影机建构厂内地图、标示人员和障碍物,并自动产生行走路径後,再通过5G低延迟讯号传送现场即时影像、运动命令到i assistant AGV,接着搭配工业机器人自主移动,灵活且高效地从工站到工站、机器到机器间运送刀具和零组件。



图5 : 由Makino与Ericson合作发表的自动化刀具管理系统,系通过5G低延迟讯号传送现场即时影像、运动命令到i assistant AGV,再搭配工业机器人自主移动,运送刀具和零组件。(source:i.ytimg.com)
图5 : 由Makino与Ericson合作发表的自动化刀具管理系统,系通过5G低延迟讯号传送现场即时影像、运动命令到i assistant AGV,再搭配工业机器人自主移动,运送刀具和零组件。(source:i.ytimg.com)

庄??芯指出,随着台湾工具机产业近年来面对中美贸易战影响致订单急剧下降,而大陆工具机又逐渐取代台制机种在当地中高阶市场地位,如何扩大「差异化」已成为未来发展重点。各国厂商在今年EMO展出的许多解决方案,便反映出现今最新的社会和商业趋势,并将资讯科技整合融入工具机之後,可让操作者更容易控制机台,使之更具吸引力。


工具机使用者也倾向以工具机搭配机器人,完成产品所需的加工程序,并为了促成自动化制程必须引进一连串控制技术,包含从模具、零组件加工为主的CNC控制器,以及可协助自动化上下料,大幅降低人事成本的机器人控制系统等。


制造厂商则应采用共通模组化设计,以快速重组而降低成本,符合客户进行多样少量生产时需求的弹性、混线自动化生产新模式,可在单机执行多样不同种类的加工操作,进而减少更换时间与改善加工精度的多工(Multi-task)复合型工具机。


庄??芯建议台湾工具机业者,应善用可经由与终端应用市场的制造厂商合作,累积设计与制造单元、自动化生产线与加工经验know-how的优势,奠定制作高附加价值产品的基础及转型制造服务业的能力;并提供客户顾问谘询与整体方案,才能加速提升台湾工具机产业的整体附加价值与竞争力。


**刊头图(摄影/陈念舜)


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