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聚焦永续世代的工具机技术与应用
2023 TIMTOS预览下一波成长动能
[作者 陳念舜]   2023年02月13日 星期一 浏览人次: [5141]

眼见2050净零排碳的时程正步步进逼,国内外碳价(税)措施也即将在今年陆续启动。未来任何一家未在时限前达标的制造业者,恐将都难有立锥之地。唯有及早入手低功耗,有助於节能减碳的高效自动化机器设备、零配件,以收釜底抽薪之效。


展??今(2023)年工具机产业能否实现微幅成长的变数,包括欧盟已宣告将自今年10月起,正式针对进囗钢铁与水泥等高污染产品课徵「碳边境调整机制」(CBAM)关税;以及美国审议中的《清洁竞争法案》(Clean Competition Act,简称CCA)一旦通过生效,最快甚至将从2024年起课徵碳税,直接冲击两地合占台湾出囗市场21.8%、逾千亿美元营收。


立法院也在近期三读通过《气候变迁因应法》,将自2024年开始,先针对年排放量逾2.5万公吨二氧化碳当量(CO2e)的直接或间接(用电)排碳大户,包含钢铁、石油炼制、水泥、半导体、电力业等,徵收首波碳费。


依国发会早前宣示净零转型阶段目标及行动,预估将在2023~2030年投入4兆元,透过发展12项关键战略技术及供应链,成功创造5.9兆元产值。其中即包括「「产业生产低碳化」,系透过物联网、人工智慧、大数据、云端运算来监测能源,并进行最隹化调度使用,以减少高耗能设备使用待机和空转的电力,协助台厂减碳及促进减碳产品行销国际。


工具机扩大排碳应用市场 发挥供应链差异化优势

工具机暨零组件产业同业公会(TMBA)为了及早因应碳管理的议题,利用「数位转型」与「绿色节能」为主轴,透过旗下委员会会专业分工、专责推动的方式,来建构让会员厂商信任的永续创值智慧制造平台。由一家中心厂带动供应链约20家卫星协力厂的「以大带小」策略,建构减碳、智慧智造能力,以达成产品高值化;并透过普遍化引用产业规范,提升产业竞争力等具体作法,来因应产业内外的挑战与考验,落实工具机暨零组件产业的永续智造。


东台集团董事长严瑞雄进一步指出,虽然近期台湾工具机产业出囗仍面临美国为抑制通膨而紧缩货币,造成日、韩货币竞贬下的压力。但个别地区或景气起伏是常态,除了短期内开源节流之外,还要为中长期打底布局,未来台厂仍须善用於供应链的韧性优势,聚焦在交通运输领域的航太、电动车,以及风力发电、氢能燃料电池等再生能源产业,扩大终端减碳应用市场,找出可充份发挥差异化优势的空间。



图1 : TMBA为了及早因应碳管理的议题,利用「数位转型」与「绿色节能」为主轴,东台集团董事长严瑞雄也指出,未来台厂仍须扩大终端减碳应用市场。(摄影:陈念舜)
图1 : TMBA为了及早因应碳管理的议题,利用「数位转型」与「绿色节能」为主轴,东台集团董事长严瑞雄也指出,未来台厂仍须扩大终端减碳应用市场。(摄影:陈念舜)

荣田迎接航太起风商机 斩获台湾精品金质奖

例如近期东台旗下的工具机大厂荣田精机,便频频反应其来自风力发电产业所带动的大型、高价金属加工设备需求,简直可以用「疯」了来形容!尤其随着风机系统采购成本持续降低,与产品更迭速度加快的状况下,可获利的市场规模门槛显着提升,促使风机业者势必调整营运架构以应变,台湾也有政府全力扶植风力发电产业,并维持供应链本土化策略。


荣田因为长期专注於开发立式车床,且与不同产业保持密切联系,透过直接拜访客户销售高阶机种,与欧日系大厂短兵相接,而非仅止於红海竞争。所以虽然自2019年底COVID-19疫情爆发後,原来由航太制造业订单贡献约30%营收戛然而止,却看到各国因竞推再生能源政策,趁势掌握庞大商机。


基於未来风力发电机本体和零组件体积,将随着装置发电量(MW)从现今10MW不断成长到15MW,甚至向20MW以上发展,造成巨型离岸风机零件加工蔚为趋势。包括风机铸件大厂永冠能源科技集团便决定返台,与其重要客户Siemens Gamesa结盟投资,在台中港设厂生产风机铸件。


厂内加工设备也从起初指定采购义大利PAMA品牌工具机,到了2021年永冠与荣田合作後,因肯定其制造与服务能力,可同时提供单机性价比优於欧系机种的立式车床、车铣复合加工机,以及更完整Turnkey工程服务。包括建议客户采取以车代磨、线上量(检)测风机轴承等大型工件所需工法;以及首度在径宽达3.5m、6m大转盘机种,引进智慧化自适应切削、数位分身(Digital Twins)转型成果与碳中和能源管理系统,皆是对客户最有价值的功能,并在过程中逐步培养双方信任,买方自然也会持续添购设备,荣田也藉此,加快自身在产业转型升级的脚步。


到了2022年荣田来自风力电机产业收入,已贡献营收达50%,且将厂内所有产线均转型成专用於生产其精密零组件所需的大型立式车床,同时提供多年来於航太等不同产业累积的专业知识Domain knowledge,才有机会将成果效益继续衍生发展,进而突破受欧系品牌垅断市况,成为推动台湾成为全球高阶制造中心亚洲据点的一大助益。


近期已成功接获来自工具机、风力发电机结构件及大型轴承、半导体设备的腔体零件、流体机械、齿轮与特殊阀门等行业用户的大量订单,其中首度接获的超大型阀门订单,其加工体直径长达5m、重量约35公吨,让荣田跻身南部少数能加工超大型工件的精密机械加工厂。



图2 : 工具机大厂荣田精机,频频反应其来自风力发电产业所带动的大型、高价金属加工设备需求,简直可以用「疯」了来形容!(摄影:陈念舜)
图2 : 工具机大厂荣田精机,频频反应其来自风力发电产业所带动的大型、高价金属加工设备需求,简直可以用「疯」了来形容!(摄影:陈念舜)

另随着近年来全球航太产业逐渐复苏迹象,加上油价高涨及净零碳排目标在前,航空公司要想提高获利,首要解决节省油料问题。荣田则为了高效加工航空业新一代LEAP节能引擎零件,特别带领5人技术团队进驻客户工厂,逐一找出所有痛点并着手优化,进而开发出智能化CNC立式车床VL-100CA,也首度获得2023台湾精品金质奖肯定。


其除了配置可达350bar的高压出水系统及刀具,解决难切削加工材料不易断屑问题;并搭载荣田自主开发的同把刀多刀位CAPTO自动换刀系统、超大型40刀位刀库,克服刀具寿命极短,须频繁停机卸载刀具的痛点,大幅减少25%换刀时间;以及利用双工作台自动交换系统来提升机台稼动率,毋须停机即可上下料而优化效能,协助客户降低成本,提高竞争力。


再经由单机智慧化的应用,导入RFID刀具检测系统、即时刀具检测与补正系统、TLM产线监控系统、轴向多段温升热补偿系统及能耗监测等搜集资讯,来提供改善生产效率及叁数的依据,实现产能效率最大化。


搭配自主开发的「一键故障排除」功能,可及时将机台复原至稳定运行的状态,让客户不必仰赖专业工程师,也能快速排除故障。不仅让客户过去所遭遇的各种加工痛点迎刃而解,也大幅提升了厂内整体设备使用效率(OEE),并获得法国航太产业Tier 1供应商肯定并选用。


雄克引进SCHUNK自动化零组件 提升工具机效能促减碳

另有在追求高效以节能减碳的「可视化」前提下,工具机除了於关键零组/配件加装工业级感测器,不只是Go/No Go功能而已,还必须可藉此监测其发挥50%、70%、100%效能不等时的稼动率,以加速实现智慧机械、智慧制造和ESG等目标,提升工具机附加价值!


由台湾雄克公司引进的德系自动化、机器人和生产设备的技术供应商SCHUNK,则藉其提供的快换系统等工具连接机器人,协助制造或系统整合实现许多加工步骤的自动化,从而提升生产效率。包含其适用於金属切削加工的机械人夹爪和虎钳,且可与机器人专用的连接套件组合使用,将有效节省计划时间,提高上下料速度达50%,同时改善工具机稼动率。


且有别於传动气动式夹具的压力较难以弹性变化,现在还能透过数位化感测器反??力道可视化,并加以精准调整。在失去气压时自锁,以维护安全及兼顾节能减碳;同时克服电动夹具夹持力较小,硬体架构和软体编程繁琐缺点,再将资料数据通过物联网,上传到各家开放式平台或控制器采集、分析及加值。


近期推出的SCHUNK iTENDO2智能刀柄,则可从「最贴近零件」的位置采集数据,测量振动发生的位置和时间,使金属切削加工更透明准确、高效,更不易出现故障。iTENDO2 还可以帮助用户在短时间内测试,并导入创新工艺,透过灵敏的刀柄记录数据和比较各种工艺後,找到稳定金属切削的最隹区域。建立起理想的加工流程。


因为市场足够分散,即使去年下半年工具机产业景气急转直下,仍可藉由其他自动化市场弥补,较不受直接冲击。看好今年景气逐渐回温,台湾雄克也在今年TIMTOS期间提供产品,与工具机厂商联合展出,主要包括:FMS快换托盘/定位系统,佰德、快捷、永进、常铭;协作机器人随??即用夹爪,威森、永进;自动虎钳,永进、常铭;气动夹爪,永进、协鸿。



图3 : SCHUNK推出的iTENDO2智能刀柄,则可从「最贴近零件」的位置采集数据,测量振动发生的位置和时间,使金属切削加工更透明准确、高效,更不易出现故障。(source: d2n4wb9orp1vta.cloudfront.net)
图3 : SCHUNK推出的iTENDO2智能刀柄,则可从「最贴近零件」的位置采集数据,测量振动发生的位置和时间,使金属切削加工更透明准确、高效,更不易出现故障。(source: d2n4wb9orp1vta.cloudfront.net)

??泽科推陈出新智慧机械 实践ESG永续脱碳智造使命

近年来受惠於电动车或再生能源产业供应链对於车床加工的庞大需求,而在2022年工具机产业不景气声浪中异军突起,创下该公司营收空前达到36亿元里程碑的工具机大厂台湾??泽科技公司,今年适逢在台成立50周年,同时宣示将持续开发可为制造业实现ESG永续减碳目标的智慧车床,并将之定义为「绿色智慧机械」。


其中在「E,Environmental环境保护」领域,??泽科从本业出发,为此提供兼具稳定加工精度和减少周边自动化设备源消耗量的工具机解决方案,以协助客户直接在制造现场「脱碳」。


於今年3月6~11日举办的「台北国际工具机展(TIMTOS)」期间,??泽科将在於南港展览一馆一楼J0608摊位上,展示该公司甫荣获台湾精品奖的工具主轴车铣复合机;搭载与日本大厂相同,??泽自制一体式齿轮箱的车铣复合机;以及在台湾代售的日系机种,搭配TT双刀架节省空间,只须2~2.5秒内更换工件,将销售及服务对象极大化等6款新机,均配备可视化和分析能源消耗量的节能系统,包括:智慧能源监控、加工优化降低碳排、智慧加工监控虚实整合及友善操作介面,让客户更容易培训操作人员。


??泽科表示,该款新世代工具主轴车铣复合机UX-2000ST双主轴搭配摇摆式铣削主轴及下动力刀塔,虽非五轴机种,但因其马达输出马力强,主轴转速高达上万转,且加速度快;采取一度一分割精准定位,使之干涉轻微。成为台湾首台结合车削、铣削、铣齿、研磨,以及工件量测、自动化上下料等6大功能的高阶车铣复合机。


藉此可取代4种不同类型工具机的加工生产线,节省在各设备移动产生的碳排放量50%以上;搭载各项无线量测装置,於加工後在机台上量测工件几何精度与零件表面粗糙度,并即时修正加工叁数,同时进行空间精度校正,使机台的空间精度与零件加工成品精度达ISO标准1/3,可??在「S,Social社会责任」领域,协助客户克服未来因少子化社会导致的缺工难题。


台湾??泽科技公司总经理戴云锦进一步指出,相较於欧、日系大厂垅断全球约95%五轴加工机市场,工具主轴车铣复合加工机以车床为基础,不必旋转轴就能从任何角度执行现今70%~80%加工类型,便宜又好用,足以取代传统车/铣床及滚齿机,就连单件也可生产、兼顾品质和良率,藉以减少不必要的浪费或库存(呆料),将是未来主流机种。


UX-2000ST同时搭载自行开发的智慧化诊断与监控软体,具有机台状态与加工制程监控/关键模组故障预测与寿命预估机能,以协助管理者判断与排除机台异常的原因并记录。於关键零件损坏前2周警示,并透过联网由远端设备即时掌握机台状况以利排程规划,有效提升机台稼动率,且降低停机造成的浪费。以及搭载加工惯性调整软体,可透过自动优化伺服控制,提高加工尺寸精度及表面粗糙度,缩短加工时间。


利用智慧节能控制软体与各项高效变频元件,由软体自动判定机台状态主动降低或停止主轴油冷机、铁屑输送机、油雾回收机、切削水帮浦等运作,降低能源消耗,较旧机种最多能节省60%的能源耗损;又是采用台厂自制主轴、铸件供应链厂商的弹性隹而容易配合、价格竞争力强又减省碳足迹。



至於「G,governance公司治理」领域,??泽科利用近3年来疫情期间,在自家厂内超前部署,打造2条智能化产线有成,已开始回收投资报酬,协助??泽科及客户发挥智能化效益。针对自制主轴、刀架采用模组化设计,可从零组件采购开始纳入减碳及成本考量,以减少批量委外加工,造成不必要的库存和浪费。


同时建立尺寸规格与使用履历,除可透过工件&工具自动量检测,针对粗裁後的工件先量测再上线加工以防碰撞,方便利用数位分身模拟生产。既节省人力和避免浪费产能之外,还能提升服务价值、品质、良率和精度,带领同业和供应商共同成长,於售前为客户量身订作、售後由代理商处理维修保养及更换工作,未必都需要原厂工程师出差。


在今年TIMTOS展出??泽科自制一体式齿轮箱LA-350/LS-800,即由主轴齿轮传动,而减少传输扭矩损失,又不易打滑;让主轴轴承不必承受皮带张力,因此提升主轴??转精度;齿轮强度高且寿命长,维修机会不多,虽然成本较目前L400外挂传动齿轮箱高,但长期使用摊提下绝对划算!



图4 : ??泽科自制一体式齿轮箱LA-350/LS-800,即由主轴齿轮传动,长期使用摊提下绝对划算!(source:??泽科)
图4 : ??泽科自制一体式齿轮箱LA-350/LS-800,即由主轴齿轮传动,长期使用摊提下绝对划算!(source:??泽科)

近年来??泽科甚至推出了「旧机整新,循环利用」,也就是除了制造工具机本体排碳最多的床身铸件不变之外,上方机构硬软体皆可改为适用於车铣复合加工,不必机上盒(SMB)就能连网云端。


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