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傳動元件競逐新能源市場
向上位整合加快數位轉型
[作者 陳念舜]   2023年06月28日 星期三 瀏覽人次: [2884]

因應當前數位化與智慧化生產的熱潮,看似不起眼的傳動元件也成為製造業邁向生產設備數位化的關鍵第一步,同時連結終端感測器、人工智慧連網(AIoT)平台,進而導入先進排程系統,後續衍生出來工業4.0生態系,協助企業實踐低碳數位轉型。


尤其近幾年來因後疫時代對於半導體、航太、工具機、電動車及新能源儲能等終端產業變化,以及各地設備供應鏈重組升級,藉以滿足新一代數位轉型趨勢發展,間接引發傳動元件需求快速成長,促使國內外傳動元件製造大廠陸續跨域,投入研製模組化、智慧化產品,甚至已導入先進規劃排程系統(Advanced Planning and Scheduling;APS),而提高產品利潤。


依工研院產科國際所回顧近10年來台灣傳動元件產業產值穩定成長,出口占比約70%上下,且已逐步踏入海外中高階產品市場。即使2019~2022年接連遭遇美中貿易戰、COVID-19疫情肆虐,以及美、歐補貼吸引企業回流政策,影響全球製造業版圖分佈,導致台廠面臨德、日系大廠競爭,仍很快因應區域供應鏈重組趨勢,在下游及終端產業積極投入數位轉型,掌握資本支出擴大的契機而調整,為傳動元件產值成長迎來了新一波高峰。


目前傳動元件廠商除了不斷提升產品品質與服務之外,可否具備系統整合等附加功能,也是客戶採購的考量因素。雖然大部份台廠現仍欠缺如歐、日、中國大陸等地業者,具備豐富完整的下游終端產業,不利於營造產品研發或試驗場域條件。卻也因為擁有全球少見的零組件加工產業聚落,不必如國外大廠從原材料鋼品生產、加工、表面處理直到成品一條龍包辦,甚至於模組化到系統開發的商業模式,皆相當耗費人力與成本,導致終端售價水漲船高。


適逢當今國內外終端加工、OEM設備製造業者,均已開始對外尋求CP值更佳的傳動元件與系統,台灣廠商則陸續透過系統智能化,在產品開發或使用的過程中導入AIoT平台等先進科技,來降低產品研製的學習曲線。



圖1 : 因後疫時代對於半導體、航太、工具機、電動車及新能源儲能等終端產業變化,以及各地設備供應鏈重組升級,加快數位轉型趨勢,間接引發傳動元件需求快速成長。(source:transportenvironment.org)
圖1 : 因後疫時代對於半導體、航太、工具機、電動車及新能源儲能等終端產業變化,以及各地設備供應鏈重組升級,加快數位轉型趨勢,間接引發傳動元件需求快速成長。(source:transportenvironment.org)

傳動元件深化終端應用 滿足不同產銷生態需求

其中線性滑軌/滾珠螺桿在台灣發展歷程較為長久且成熟,至今產值位居前三名,生產水準與產品品質上有口皆碑,在高階市場上可與日本、德國、瑞士、美國等大廠分庭抗禮,並已陸續投入工具機、機器人、半導體/面板等自動化運搬設備,以及電動車/新能源、儲能等新興應用領域,各家廠商的主要差異在於客製化及系統整合程度,未來傳動元件將勢必朝向高速、高精度、低能耗及新應用領域為主。


又依產品屬性而有不同產能調配,占比較高的線性滑軌可依各種不同規格,分別提供各國航太、新能源產業(電動車/儲能)電池等基礎建設所迫切需要的大型尺寸,或是自動化應用的中小規格產品,增加庫存以備後端加工出貨,交期約在3~4個月,產能利用率優於滾珠螺桿;後者的客製化程度高、庫存少,交期則可短至2.5~3個月。即使目前景氣不如前2年熱絡,並未預設庫存天數目標,但包括鋼材、機電系統仍須配合交期提前備貨。


如全球傳動公司以生產滾珠螺桿、線性滑軌、滾珠花鍵等傳動系統元件,及單軸機器人等產品為主,根據最新發佈今(2023)年Q1合併營收達7.36億元,年減6.17%,主力產品便分別來自於滾珠螺桿65%、線性滑軌26%貢獻;銷售區域占比,則依序為中國大陸69%、台灣14%、亞洲9%及歐美地區8%。


全球傳動表示,雖然目前大陸經濟回溫速度未如預期強勁,但在工具機及自動化設備下行期即將進入尾聲,以及新能源產業需求反而持續成長下,該公司已幾乎切入所有知名品牌電動車鋰電池及磷酸鋰鐵、氫能燃料電池生產設備和零組件的供應鏈等,來自動力/儲能電池等新能源訂單持續成長,稼動率仍維持約6~7成,線軌稼動率有望持續提升;並因應在手訂單能見度約3~4個月,可望延續到Q3的需求備貨,預估Q2整體營收應可略高於Q1。


此外,基於台灣半導體業產值位居全球第二,僅次於美國;尤其是在晶圓代工市占率有全球7成以上,位居全球第一,雖已有最先進的半導體製程,卻還存在不少隱憂。包括製程設備、特用氣體、化學品、材料等關鍵資源,均須仰賴歐美日等國,不符近年來全球生產鏈重組和技術自主化趨勢。


業者唯有降低進口依存度,才能有利於保有台灣的關鍵地位優勢,也有不少台灣機械及工具機廠商便為此發揮各自專長,積極佈局半導體供應鏈。目前全球傳動除了提供現有滾珠螺桿、線性滑軌等傳動元件,導入台灣製造的半導體/電子設備內部使用而提升產業競爭力,並針對國內外所有市場加強拓展順勢力道及佈局。


今年經過市場及客戶使用需求評估之後,全球傳動也推出新款SFJ系列高速化靜音型滾珠螺桿,透過改換循環器,採用特殊尼龍複合材料,可減緩鋼珠滾動過程中的碰撞聲音;同時具有高穩定性、高精準度,以及提升30%移動效率、延長5%壽命等特色,將會加強在市場推廣,以有效解決客戶需求。


並伴隨著產品品質要求提高、生產效能提升與製造的快速發展,致使「智能自動化」成為不可逆潮流,必須在工業電腦、人機介面、控制器、智能感測器、機械視覺、工廠伺服器、資料中心等不同環節之間,做到彼此資訊的有效傳導。


由全球傳動和勤益科技大學共同主辦的第七屆「全球傳動智能自動化創意實作競賽」不只考驗選手的耐力,更要求作品的完整度。今年共有12家廠商大力支援,包含:中國砂輪、世協電機、台灣氣立、永豐齒輪、全傳智能、東佑達、東培工業、洽群機械、達明機器人、漢意科技、銓達精密及橋鋒機械,入圍隊伍皆可獲得材料補助、零組件贊助及應用諮詢等服務。



圖2 : 全球傳動今年也推出新款高速化靜音型滾珠螺桿,可減緩鋼珠滾動過程中的碰撞聲音;同時具有高穩定性、高精準度,可提升30%移動效率、延長5%壽命,解決客戶需求。(攝影:陳念舜)
圖2 : 全球傳動今年也推出新款高速化靜音型滾珠螺桿,可減緩鋼珠滾動過程中的碰撞聲音;同時具有高穩定性、高精準度,可提升30%移動效率、延長5%壽命,解決客戶需求。(攝影:陳念舜)

同樣來自於滾珠螺桿和線性導軌產品貢獻主要營收的銀泰科技,則在今年Q1屬於客製品居多的滾珠螺桿,產能利用率已逐漸提升;線性導軌產能利用率持平,仍以消化庫存為主。同時積極布局亞洲區域,尤其是印度新興市場。至於大陸市場的半導體和電動車需求仍處低迷,只有太陽能產業受惠於國家補助,加上在淨零碳排議題上獲得重視,所以銀泰產品在太陽能應用領域也大幅提升。


目前銀泰推出的高速滾珠螺桿產品,適用於高速、高精度等高性能機械設備應用市場,且因為Dm-n值提升,而抑制螺桿振動及降低噪音;同時透過最佳化迴流路徑與元件銜接設計,分別提升螺桿流暢度、穩定性。



圖3 : 銀泰推出高速滾珠螺桿產品,適用於高速、高精度等高性能機械設備應用市場,抑制螺桿振動及降低噪音,同時提升螺桿流暢度、穩定性。(攝影:陳念舜)
圖3 : 銀泰推出高速滾珠螺桿產品,適用於高速、高精度等高性能機械設備應用市場,抑制螺桿振動及降低噪音,同時提升螺桿流暢度、穩定性。(攝影:陳念舜)

另根據上銀科技最新發表今年Q1營收,比起去年大陸封控時期還少了24%、營利金額減少37%。主因即是當時上銀先針對不同區域、產業需求降價搶單,確實影響今年Q1毛利;加上後續能源及原物料價格上漲,導致備品、庫存成本增加和主管調薪而提列損失。


但看好Q2至今訂單產能已滿,上半年接單能見度仍維持4個月,員工四月也開始輪值加班、產品平均價格(ASP)應不會再有大幅起落,預估毛利率將會優於Q1。另依出口市場不同,目前上銀在大陸市況未明朗時,亞洲占營收比重下降、歐洲占比增加,截至今年四月訂單雖不如去年同期,仍樂觀看待下半年景氣。


在終端應用產品需求,上銀認為因今年上半年工具機景氣持續低迷,即使今年三月台北TIMTOS、四月北京CIMT等實體展會陸續恢復而吸引參觀的國際買主增加,但真正下單者少。滾珠螺桿的主力客戶工具機,尚處於緩慢復甦階段所致;工業機器人則面臨電子業去庫存影響,資本支出也隨之遞減。


但隨著近期歐洲、台灣工具機客戶的庫存都已去化得差不多,大陸廠商也開始升級開發高階五軸大型機種、南韓廠商用於承接美系航太製造產業訂單等需求增加;原來受益於日圓貶值的日系工具機廠商,卻因為交期長達6個月而丟單。此都讓上銀用於五軸加工機的迴轉工作台後續商機可期,已有下半年訂單在手,大陸通路商也開始回補庫存,估計度過上半年谷底之後,下半年工具機產業景氣將會觸底反彈。


雖然過去工具機市場約有40%用於汽車及凸輪軸、變速箱等零組件製造,在電動車時代難免受到衝擊,但危機也可能是轉機。例如上銀旗下的邁萃斯公司生產的一系列成型、創成齒輪磨床,即可用來加工電動車齒輪以降低噪音。但上銀過去推動的內含滾珠螺桿的R-Type車用電子轉向系統(EPS),則因為車用螺桿市場長期由傳統扣件廠商把持,又要求以量制價,導致僅相當於獲利10%,所以將暫緩繼續投入資源。


另針對現今半導體產業對於晶圓先進製程必須先符合其高精度、潔淨程度要求,由上銀生產的C0等級研磨級螺桿,既適用於高階、特殊應用需求的精密量測設備,有別於一般車床用的C3等級、也非產業機械搭配的轉造級螺桿,市場競爭者寡,利潤也相對更高,旗下大銀微系統已取得其中晶圓機器人等移載設備訂單。目前上銀也看好電子業的印刷電路板(PCB)載板需求,將比起去年好轉;加上其他手機、消費電子產業,也從大陸擴散至東南亞、印度生產,將帶來利多商機。


預估今年資本支出也會比去年更高,除了購地擴建廠房之外,上銀也會持續汰舊換新設備和材料、改善製程以提升效率,更有助於節能減碳,進而提升毛利。上銀表示:「據統計光是2022年營收及產量與2018年差不多,但人力卻大幅減少12%,即有賴於導入智慧自動化。」



圖4 : 上銀過去推廣內含滾珠螺桿的R-Type車用電子轉向系統(EPS),因為考量車用螺桿市場長期由傳統扣件廠商把持且利潤有限,現已暫緩繼續投入資源。(攝影:陳念舜)
圖4 : 上銀過去推廣內含滾珠螺桿的R-Type車用電子轉向系統(EPS),因為考量車用螺桿市場長期由傳統扣件廠商把持且利潤有限,現已暫緩繼續投入資源。(攝影:陳念舜)

導入AIoT及先進排程系統 實現低碳智能化生產

過去由於傳動元件業者僅服務少數單一客戶,產品的材料、製程、尺寸、精密度大多一致,所以在生產排程上不會遇到太多問題,通常會透過ERP內建,或使用Excel表單就能完成生產排程規劃。但如今企業為了開拓更多客源及市場,應用端涵蓋工具機、半導體設備、自動化產線、汽車等,產線就會面臨呆料、缺料、插單、砍單、交期延後等問題。


為此建立先進規劃排程系統,則經過一系列生產活動改善過程建立生產前/後階段的SOP、設備與設備/設備與人/人與人的溝通可視化生產等;最後才是生產智慧化,利用AI隨著缺料、停機、插單、數量調整、工期調整、加班設定等異常狀況調整,讓規劃者快速根據訂單生產、半成品、存貨、物料清單等執行生產決策。


因應現今加工產品的品質、產量、價值越來越高,終端加工廠商邁向工業4.0階段為了能預診系統故障,在加工尚未發生不良品或導致整機損壞前,即能優先排除問題。因此在傳動元件上安裝多樣振動和溫度複合式感測器,並搭配各式邊緣(Edge)AI演算法、模型,以有效監測作動效能;進而上傳雲端(Cloud)示警或快速規劃保修程序、避免意外停機,提升機械設備總體效率(OEE)的高精密與高穩定性,實踐節能低碳目標,已有多家傳動大廠陸續發布產品搭配AIoT平台,例如上銀i4.0BS、全球傳動的「智慧螺桿進給系統」、安川電機Cube-IX、THK Omni等。



圖5 : 目前已有如THK Omni等多家傳動大廠產品搭配AIoT平台,從而提升機械設備總體效率(OEE)的高精密與高穩定性,實踐節能低碳目標。(source:aei.dempa.net)
圖5 : 目前已有如THK Omni等多家傳動大廠產品搭配AIoT平台,從而提升機械設備總體效率(OEE)的高精密與高穩定性,實踐節能低碳目標。(source:aei.dempa.net)

現今傳動元件大量排碳的主要來源為「製程」階段,包括:摩擦、反覆定位、耗材浪費、多次加工等,更加速零組件業者投入開發智慧化傳動模組與系統,建立先進規劃排程系統等,以提供客戶或自家生產場域的綠色製造布局。


工研院產科國際所依ISO 14067來拆解分析後發現,其中工具機的碳足跡約有97.11%是在生產階段,並由零組件和整機業者分別承擔過程中90.00%(Scope 1、Scope 2)、7.11%碳排(Scope 3),前者可能會更早面臨低碳轉型的挑戰,並建議利用於系統加裝感測器、導入AIoT及智慧生產排程等,透過數位化/智慧化來達到碳排監測、管理、優化目標。


銀泰已在製程中透過逐漸提升效率與改變設計,減少能源和資源浪費的狀況,使之同樣設備的生產效率提升20%,並減少10-15%能源耗用。全球傳動則在今年四月份便已委請PWC資誠會計師團隊專案輔導編製《永續報告書》,預計於2023年底前產出,並著手優化產品生產製造過程中節能減碳措施,以因應後續國內外碳稅(費)議題。


此外,業者也可在掌握傳動元件/系統的專業領域知識基礎上,透過自行研發、產學合作或異業結盟的方式,投入智慧化的專業領域知識,甚至成立子公司提供完全不同的客戶服務。台灣傳動元件業者目前雖然大多仍以提供自家的智慧化加值產品為主,但已有如全球傳動為了提升營銷彈性與客戶服務的即時性,進行了產銷分離,並先後成立全傳科技(蘇州)公司、TBI MOTION TECHNOLOGY(USA) LLC及全傳智能科技公司。


除了銷售集團原有產品外,也擁有貿易及代理商的彈性,能更有效進行垂直及水平的資源整合,現已銷售滾珠螺桿產品的周邊配套傳動元件。未來還將提供電控產品供客戶選擇,期望達到產品多元化,讓客戶能夠一站式採購,讓未來全傳智能的業績也有望提升5%~10%。


**刊頭圖(source:cdn.skoda-storyboard.com)


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