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工研院眺望2020機械業好轉契機 不畏美中貿易戰歹戲拖棚
[作者 陳念舜]   2019年12月13日 星期五 瀏覽人次: [1653]

受到美中貿易延燒至全球經濟戰火衝擊下的機械產業,亟須找出下一波成長契機。在今年由工研院產科國際所舉辦的「眺望 2020產業發展趨勢研討會」專場中,則分別從總體智慧自動化產業或以工具機系統為核心,建議台灣廠商提出整體創新解決方案。


依工研院產科國際所統整分析,受到美中貿易戰對機械產業影響超乎預期,既導致中國大陸製造的機械設備及零組件、終端消費產品輸美關稅增加,令當地市場需求疲弱,並非當時業者自以為僅供大陸內需市場而有所倖免。根據最新統計大陸2019年1~8月機械業進口金額(RMB),包含工具機衰退39.2%、橡塑膠機/零組件衰退10.3%,以及半導體、面板生產設備負成長分別為-17.1%、-27.9%。



圖1 : 因美中貿易戰對機械產業影響超乎預期,既導致中國大陸市場需求疲弱,也打亂全球供應鏈布局,並非年初業者自以為僅供大陸內需市場而能倖免。(source:timtos 2019)
圖1 : 因美中貿易戰對機械產業影響超乎預期,既導致中國大陸市場需求疲弱,也打亂全球供應鏈布局,並非年初業者自以為僅供大陸內需市場而能倖免。(source:timtos 2019)

更因此造成大陸及外資企業投資製造設備計畫訂單持續延滯、外資企業重新規劃生產基地布局波及,打亂全球供應鏈布局,各國經濟成長趨緩,包含德國、日本、台灣等國家機械設備出口金額都受影響;如2019年1~9月台灣各主要機械產品累計出口金額,除了造紙及印刷、半導體設備外,均比2018年同期減少10%以上。


外銷訂單1~9月累計金額較2018年同期減少20.0%,不僅大陸及香港地區減少32.2%,就連被寄予轉單效益厚望的東協國家訂單也少了15.7%。至於受各界殷殷期盼台商回流投資能否帶動部分機械設備需求的具體效益,最快還要等到明年才會逐漸顯現,預估2019年台灣機械設備製造業產值將比2018年減少9.0%、2020年產值則比2019年成長4%。


掌握機械產品創新契機 打造智慧自動化擴展能力的解決方案

工研院產科國際所經理熊治民進一步指出,由於台灣機械設備出口占比畢竟超過70%,所以如何因應國際市場需求變化,保持台製品相對於其他對手競爭力,仍是主導機械設備產值變化的最重要因素。他強調:「無論是在景氣如何低迷的環境裡,未來促進台灣機械業成長的基本策略,唯有不斷創新研發以強化核心能力、重視開發新興市場,才能即時掌握轉型成長的關鍵契機,持續提升相關產品的競爭力。」


因此,展望2020年台灣機械產業契機和產品可能的創新發展,熊治民認為:「面對全球製造業投資趨緩現況,設備業者必須提出基於明確投資報酬率的自動化應用解決方案,並具備智慧化擴展能力。才可讓製造業客戶以較低投資成本,透過既有機台設備改裝升級,就能提高生產力,降低少子化、勞動力短缺影響。」


進而依個別客戶實際發展策略需求,逐步實現生產資訊可視化、透明化,以及製造活動可預測、生產系統自適應等智慧化功能。包含透過工具機整合製造設備與製造執行系統(MES)、企業資源管理系統(ERP)系統等軟硬體整合,讓生產設備整合工業機器人及AGV/AMR等料件倉儲系統,串聯交換彼此資訊,提高自動化搬運物料能力和應用彈性。


且隨著AI、5G通訊及其他智慧科技發展,再依照個別客戶實際發展策略需求,分別利用IoT/SMB實現設備運作資訊可視化、製造活動可預測與生產系統自適應等智慧化重要效能分析;AI應用於改善自動光學檢測(AOI)效能,強化工業機器人應用,提升製造場域安全等,皆值得台灣機械產業投入更多資源,來發展新一代智慧化服務設備。


熊治民指出:「目前結合人工智慧的製造應用解決方案除了演算法及硬體模組之外,最重要的還是要掌握資料,與找出正確問題。」為了因應目前全球經營環境劇烈變動,機械業更應該兼顧固本與創新,包含知識傳承、人才培育、基礎研究、研發創新等領域。


包含在持續研究提升產業基礎與核心技術的前提下,除了開發設備所需系統設計模擬驗證、構件製造精密組裝、穩定可靠系統整合、關鍵組件工程材料等領域之外;還應結合資料感知(sensor)、通訊連結(5G+IoT)、智慧分析(Big Data)、自主決策(AI)等新興智慧科技應用,挖掘在其他製造應用、多元場域、專業服務場域的創新興需求與商機,擴大產品範疇。


進而強化與終端應用客戶緊密結合,機械設備製造廠商才能掌握後者在應用需求、產品驗證、協同開發、教育訓練、售後服務等商機關鍵,瞭解供需雙方的需求與能力;以及創建設備與終端應用融合平台的生態系,透過多元化軟硬體供應商與終端應用業者知識融合,依序從單機、應用系統生產線提升複雜性,直到提出具有更高客戶價值創造性的整體應用解決方案。


工具機不再單打獨鬥 基於整體製造系統考量趨勢漸明朗

尤其對於台灣兆元機械產業出口主力的工具機廠商而言,歷經2017年一波強大的拉貨潮之後,隨著2018年下半年起美國發起貿易戰,全球製造業受到灰犀牛波及而出口衰退,既放緩投資及生產的腳步,也積極尋求更為穩定的生產環境和市場,要求就近生產,以縮短、重組供應鏈及減少關稅影響,而創造許多創新機會。


依工研院產科國際所預估2019年上半年台灣工具機出口將比去年同期下滑10.8%、產值較2018年同期減少15%,2020年上半年產值仍持續疲弱,直到下半年才有機會觸底回升,全年產值約成長10%。



圖2 : 2019年台灣機械設備製造業產值預估。(source:工研院產科國際所;2019/10)
圖2 : 2019年台灣機械設備製造業產值預估。(source:工研院產科國際所;2019/10)

工研院產科國際所分析師莊瀅芯也觀察近期歐洲工具機(EMO 2019)國際展會,認為其中發表的工具機新品趨勢顯示:「工具機已不再是單打獨鬥的產業,愈來愈多以整體製造系統為考量的新趨勢漸漸明朗!」即除了追求一般加工精度、穩定度與效率之外,傳統工具機產業也開始水平整合,加入更多新興科技的智慧製造平台和單機智慧製造技術,都已對於工具機產業發生具體的影響,塑造全新智慧製造型態。


打造軟硬整合生態系 融入5G+AIoT新趨勢

由今年EMO展會主題定為「Smart technologies driving tomorrow’s production」,便代表未來製造業的發展趨勢必須與IT資訊科技深度融合,且隨著大數據、人工智慧、區塊鏈等數位化技術日漸成熟,產業競爭的戰場將由原先專注於生產,擴散到產品設計、製程改善、顧問服務各層面,多數國際大廠也展出相關智慧製造科技。



圖3 : 在今年EMO展會中,DMG MORI還透過與美國軟體商TULIP合作,為該公司客戶簡化數位製造程序,讓製造人員和工程師能通過拖放介面創建應用程序。(source: nocamels.com)
圖3 : 在今年EMO展會中,DMG MORI還透過與美國軟體商TULIP合作,為該公司客戶簡化數位製造程序,讓製造人員和工程師能通過拖放介面創建應用程序。(source: nocamels.com)

其中工具機整機大廠發展的主要技術重點,便包含了經由對稱式結構設計、基座接觸面工藝,或選擇直驅馬達及工作台等零組件來增加剛性;並搭配機內量測,進行工件與刀具識別及補償,利用多主軸多刀塔、多工位與托盤交換,進行自動化上下料而提升效率與生產力;以及藉熱補償冷卻、主軸及關鍵零組件監控來提高精度與可靠度,達成防碰撞和故障診斷目的,進而支援開發複合式功能,包含:車/銑/磨削或積減法加工機。


日本OKUMA今年發表的龍門加工中心機,便強調藉其結構設計能加快機台移動和進給速度,還具備有助於可視化的數位化生產流程管理和自動化解決方案。奧地利WFL車銑複合機不僅推出多款加工解決方案,還可搭配雷射頭積層加工,同時展示與西門子公司合作的Manage MyMachine APP,得以每小時費率計價。瑞士Precitrame則能在單機使用多種All in One加工技術和操作解決方案,滿足客戶高附加價值的複雜零組件不斷成長的需求,還能提供可行性研究、批量生產和技術轉讓等服務項目。


國際控制器大廠SIEMENS推出的新一代CNC控制器,則可透過數位雙生(Digital twins)技術先確認產品的可生產性,再搭配Create MyVirtualMachine軟體建立相關數位模擬情境,達成軟硬體無縫整合,同時縮短工具機製造廠商製程與上市時間,且能讓使用者將參數最佳化,避免出現意外情況。FANUC也利用該公司AI Servo Monitor監控、分析和評估來自伺服器驅動的主軸與進給軸數據,計算出異常分數,並在超出安全值時示警,以便預先安排保養維修。


另有具感知功能的零組件,例如在DMG 4.0專區展出具有無線藍牙通訊功能的德國WTO刀架,可用來協助檢測轉速、溫度、振動、主軸作動時間等,現已成為DMG MORI CELOS系統的選配功能,透過Bluetooth standard BLE 4.2進行即時狀態監控和歷史紀錄。


DMG MORI還透過與美國軟體商TULIP合作,為該公司客戶簡化數位製造程序,讓製造人員和工程師能通過拖放介面創建應用程序,且與現有系統整合;讓任何從事生產的技術人員毋須IT部門協助,便能快速、直觀地開發應用程式,並連結IoT設備和機器。


結合最新社會和商業趨勢 擴大工具機差異化發展

此外,今年EMO並特別規劃專館展示IIoT技術中,包含VDW和17家大廠所共同制定的umati標準,係基於OPC UA的工具機通訊協定,合作對象橫跨工具機及零組件、機器人、數控系統等領域,能讓參觀者於現場攤位上點選成員夥伴DMG、GROB、TRUMPF、MAZAK等機台,即時體驗各家數據如何集中整合管理。未來還可望整合大陸機床協會發起的NC-Link標準,後者所開發的數據採集適配器已能支援多家工具機、機器人、AGV設備及搭配的華中數控、I5、廣州數控、科德數控、西門子、發那科、倍福數控系統。



圖4 : VDW和17家大廠所共同制定的umati標準,係基於OPC UA的工具機通訊協定,合作對象橫跨工具機及零組件、機器人、數控系統等領域。(攝影/陳念舜)
圖4 : VDW和17家大廠所共同制定的umati標準,係基於OPC UA的工具機通訊協定,合作對象橫跨工具機及零組件、機器人、數控系統等領域。(攝影/陳念舜)

進而因應5G時代來臨,由Makino與Ericson合作發表的自動化刀具管理系統,即先經由攝影機建構廠內地圖、標示人員和障礙物,並自動產生行走路徑後,再通過5G低延遲訊號傳送現場即時影像、運動命令到i assistant AGV,接著搭配工業機器人自主移動,靈活且高效地從工站到工站、機器到機器間運送刀具和零組件。



圖5 : 由Makino與Ericson合作發表的自動化刀具管理系統,係通過5G低延遲訊號傳送現場即時影像、運動命令到i assistant AGV,再搭配工業機器人自主移動,運送刀具和零組件。(source:i.ytimg.com)
圖5 : 由Makino與Ericson合作發表的自動化刀具管理系統,係通過5G低延遲訊號傳送現場即時影像、運動命令到i assistant AGV,再搭配工業機器人自主移動,運送刀具和零組件。(source:i.ytimg.com)

莊瀅芯指出,隨著台灣工具機產業近年來面對中美貿易戰影響致訂單急劇下降,而大陸工具機又逐漸取代台製機種在當地中高階市場地位,如何擴大「差異化」已成為未來發展重點。各國廠商在今年EMO展出的許多解決方案,便反映出現今最新的社會和商業趨勢,並將資訊科技整合融入工具機之後,可讓操作者更容易控制機台,使之更具吸引力。


工具機使用者也傾向以工具機搭配機器人,完成產品所需的加工程序,並為了促成自動化製程必須引進一連串控制技術,包含從模具、零組件加工為主的CNC控制器,以及可協助自動化上下料,大幅降低人事成本的機器人控制系統等。


製造廠商則應採用共通模組化設計,以快速重組而降低成本,符合客戶進行多樣少量生產時需求的彈性、混線自動化生產新模式,可在單機執行多樣不同種類的加工操作,進而減少更換時間與改善加工精度的多工(Multi-task)複合型工具機。


莊瀅芯建議台灣工具機業者,應善用可經由與終端應用市場的製造廠商合作,累積設計與製造單元、自動化生產線與加工經驗know-how的優勢,奠定製作高附加價值產品的基礎及轉型製造服務業的能力;並提供客戶顧問諮詢與整體方案,才能加速提升台灣工具機產業的整體附加價值與競爭力。


**刊頭圖(攝影/陳念舜)


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