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一舉切入國際汽車鋁輪圈供應鏈
中精機、遠東供應智慧Turnkey

【作者: 陳念舜】   2016年07月15日 星期五

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受惠於現今全球汽車產業不斷想方設法追求輕量化,以符合節能減碳政策需求。鋁輪圈不僅因為相較於傳統鋼圈的重量更輕、散熱快,在油耗表現、使用壽命與吸震能力更優,可降低引擎故障機率;在長途高速行駛時,還能讓輪胎保持於適當溫度下,剎車鼓及輪胎不易老化、爆胎,提高安全性;對於強調高速、舒適的超級跑車客戶而言,在同樣推力下降低質量,還能提升加速度,跑得更快。


促使近年來從歐洲、美國、日本等汽車製造大廠,到中國大陸、東南亞等地ODM/OEM/AM等生產基地開發的各式大/小型客車、卡車紛紛配套採用,也帶動台灣可供應鋁輪圈專用加工機、Turnkey自動化設備的CNC工具機廠接單源源不斷,往高值化應用領域發展。如目前在全球鋁輪圈加工業市占率第二的巧新科技工業,即因為掌握鍛造高階鋁輪圈精密技術,符合其高標準製程設備需求限制,而成為全球少數、亞洲唯一的ODM鍛造鋁輪圈生產線廠商,可生產出兼具輕量、造型美觀,在街車與跑車互換的高性能輪圈。


受惠於現今全球汽車產業不斷想方設法追求輕量化,以符合節能減碳政策需求。促使各地ODM/OEM/AM等生產基地開發的各式大/小型客車、卡車紛紛配套採用鋁輪圈,也帶動CNC工具機廠接單源源不絕,往高值化應用領域發展。


圖1 :  美國電動車廠Tesla推出的電動休旅車Model X鍛造鋁圈,約占所需輪圈總量25%,其他75%屬鑄造鋁圈。(圖片來源:www.wewonwon.com)
圖1 : 美國電動車廠Tesla推出的電動休旅車Model X鍛造鋁圈,約占所需輪圈總量25%,其他75%屬鑄造鋁圈。(圖片來源:www.wewonwon.com)

進而打入多家豪華品牌車廠的鍛造鋁輪圈供應鏈,連麥拉倫、法拉利、保持捷等世界知名超跑車廠都聞風而至;在2015年重新取得美國電動車廠Tesla供應商資格,獨家供應電動休旅車Model X鍛造鋁圈,約占所需輪圈總量25%,其他75%屬鑄造鋁圈。


看好鋁輪圈成長動能 CNC工具機水漲船高

但巧新今天能成為全球鍛造鋁輪圈業的領導者,仍必須歸功於台灣CNC工具機供應商台中精機全力奧援。巧新科技工業總經理石呈澤便認為:「巧新雖然也有能力購買日本進口機,但因為台中精機生產的數控車床不管是加工性能、精度、剛性與耐用度,都已達到相當程度水準,用來加工生產鍛造鋁輪圈綽綽有餘,再去買高昂的進口機不見得划算。且台中精機售服工作做得很好,叫修後服務相當快速,如買日本機就缺乏這樣便宜又好用的優勢。」巧新至今歷年來採購的CNC車床總數已達140餘台,且100%由台中精機供應,將效能發揮到極致。


對於CNC工具機廠商而言,即可藉此轉型升級,不斷推陳出新多款專用臥/立式車床、加工中心機,搭配工業機器人與周邊自動化軟硬體,組成智慧化鋁輪圈Turnkey產線解決方案,形成創新商業模式(Business Model)。台中精機便曾導入由資策會「產業智慧化感知加值服務平台」,進行生產處方智慧管理,將鋁輪圈製程分為輪圈機製程監控、鋁輪圈加工自動斷屑、遠距刀具壽命預測3大系統。


另為因應歐盟整車業者對供應商要求能源排放數據,並逐年要求減少能源使用,作為供應商認證與下單與否之依據,將衝擊輪圈、底盤等台灣業者。目前已有歐洲整車組裝廠受到EuP指令規範,須提報Ecological Profile,規劃各零組件耗能上限,而對鋁輪圈生產廠提出追溯要求,須合乎生產耗能報表及上限,並據此規劃生產製程。


部份日本CNC工具機廠商則先不求改善硬體,改從軟體著手改善或預測耗電量。數家大廠開發的新功能,也可望形成Apps搭配軟體銷售,為End User分析每段製程耗電量;進而減少空載,找出真正有效的切削路徑。資策會未來將開發工具機用電量擷取及監控兩項技術,發展精密機械業能源管理之解決辦法,以協助業者生產資料透明化,掌握能源使用方向,進一步提高能源利用效率和經濟效益。「否則,如鋁輪圈連續生產製程耗電量,便通常與馬達、控制器指令及刀具狀態有關。光是機器從加工點到回復原點就可能占了20%以上耗電量。」


目前除了業者可以CAD/CAM軟體規劃,減少空切路徑外,資策會也亟思如何加速通過或加以替代。即先透過模擬分析NC program、Work piece Information,瞭解機台馬達的加減速特性、刀具強度、刀徑角度等,對於工件加工耗電量影響;並累積CNC控制器模擬、實驗及分析資料,提供客戶報告。


台中精機透過資策會「產業智慧化感知加值服務平台」,進行生產處方智慧管理,區隔「生產處方」與「智慧管理」,實現在正確時間將正確的刀具和數量送到正確的機台,以正確使用,平衡生產成本與損失。


圖2 :  台中精機導入資策會「產業智慧化感知加值服務平台」,所提供的管理軟體需要透過一些Apps工具加值,讓客戶自行移除或建立功能;中精機則可負責客製化,同時利用熟悉Fanuc控制器的優勢,自主開發HMI。(攝影:陳念舜)
圖2 : 台中精機導入資策會「產業智慧化感知加值服務平台」,所提供的管理軟體需要透過一些Apps工具加值,讓客戶自行移除或建立功能;中精機則可負責客製化,同時利用熟悉Fanuc控制器的優勢,自主開發HMI。(攝影:陳念舜)

台中精機並藉此進行生產處方智慧管理,區隔「生產處方」與「智慧管理」,透過前者發掘所有加工、生產流程的細節資訊;再交由後者處理,實現在正確時間將正確的刀具和數量送到正確的機台,以正確使用,平衡生產成本與損失。目前其工廠管理系統除了前述底層生產使用的刀具管理外,中層「稼動率管理」則透過遠端機台監控、診斷及故障維修,同時改為記錄行為改變而非時間,減少回饋到管理系統的資料量;進而建構機台履歷,以預測後續產量、狀態。於上層可為客戶架設網頁平台,快速取得資訊情報,以監控系統取得機台即時狀態,發送異常簡訊、E-mail通知,不僅管理稼動率,還要兼顧產品良率。


打造生產力4.0示範產線 整合系統輸出平台

此外,進入工業4.0時代的CNC工具機廠商除了可為客戶提供合宜的設備、解決方案cost down,還應對外開拓能密切合作的生態圈(ECO System)夥伴,建立成功的商業模式(Business model);對內促進組織、製造流程等精實改造,組成工業4.0示範產線,與國內外大廠競爭。


如中精機透過資策會「黑盒子(ServBox)」蒐集刀具資料及履歷,不僅可針對刀具管理外,還能望從底層加工機台向上串連,加入MES、ERP系統整合。考量現今主要客戶對此仍處於認知階段,而懷疑其功效,對價格相當敏感,卻認為軟體可改變的彈性較高。「客戶不僅有很多想法需設備廠規劃,還希望加強差異性,以創造獨有競爭力。」該管理軟體並非如商用軟體一樣標準化、採套裝銷售,而需要透過一些Apps工具加值,讓客戶自行移除或建立功能;中精機則可負責客製化,提供刀具壽命、履歷、機台效率等14項資訊,同時利用熟悉Fanuc控制器的優勢,自主開發HMI。


遠東機械工業則採取不同的發展模式,遠東機械工業公司總經理莊宇龍表示,早在1996年起,因為歐美製造業開始外移到大陸、墨西哥設廠,亟須對外尋求(性價比高)的加工設備而來台灣採購,但當時台灣工具機廠商仍以生產一般車床、臥式加工中心機等泛用機種為主,遠東旗下發得科技工業則藉機轉型,並持續往專用領域精進發展。



圖3 :  遠東機械工業公司總經理莊宇龍表示,發得科技的AVM鋁輪圈智慧化生產系統,可在製程階段就先確認是否在預設的公差範圍內?否則及時停機、追溯改善,達到全檢目標,不必等到最後成品階段,才靠人工搬運抽檢報廢。(攝影:陳念舜)
圖3 : 遠東機械工業公司總經理莊宇龍表示,發得科技的AVM鋁輪圈智慧化生產系統,可在製程階段就先確認是否在預設的公差範圍內?否則及時停機、追溯改善,達到全檢目標,不必等到最後成品階段,才靠人工搬運抽檢報廢。(攝影:陳念舜)

直到2005年日圓匯率看漲,美國鋁輪圈廠商到台灣來尋找替代方案,改變當時汽車產業鏈Tire 1供應商用歐日系機種,Tire 2供應商用台製機種的生態,讓Tire 1廠商開始嘗試接受台製CNC工具機,發得也趁此時購入首部工業機器人,晉升工業3.0世代。隨之陸續開發整廠Turnkey生產線技術、製程自動化與資訊化管理、操作簡易化與高階自動化等項目;約從3年前開啟工業4.0智慧化應用,更投入精度可控制、蒐集與資訊雲端化,協助終端客戶(End User)商品製程可追溯、蒐集,達成可視化。


率先引進由成大教授鄭芳田開發的「全自動化虛擬量測(Automatic Virtual Metrology ,AVM)」技術,既結合該系統於半導體產業的成功經驗,加上發得科技熟悉工具機製程「虛實合一」,率先投入鋁輪圈智慧化Turnkey生產線。經使用上千顆鋁輪圈毛胚不斷測試車削、調整演算法後,終得以順利商品化。


有別於傳統自動化只要會上/下料搬運即可,在最後品管階段,仍須靠人工搬運到三次元量床(CMM)抽檢是否為良品,浪費時間與成本。「在Tier 2供應商可能還不是問題,但到了Tier 1供應商要求CPK(製程能力指數)須達到1.67以上,甚至是2.3的6σ水準時,須大幅添購CMM。」目前發得科技的鋁輪圈智慧化生產系統,可在製程階段就先確認是否在預設的公差範圍內?否則及時停機、追溯改善,達到全檢目標,不必等到最後成品階段,才靠人工搬運抽檢報廢。


因為可透過各家CNC控制器溝通,調整機台加工每顆輪圈的細節,持續改進下一顆鋁輪圈生產流程;甚至可在輪圈離開產線後,同步用雷射雕刻出廠年月日、流水編號、型號、產品精度等生產履歷資訊,方便生產端與銷售端透過讀取,方便溯源管理。大量減少檢查人力配置及對三次元量測設備的投資商品化後已通過國外加工客戶驗證。還能納入物聯網(IoT)、大數據(Big Data)及雲端(Cloud)等應用,當大數據資料庫蒐集的資料越多,AVM就具有學習能力,因此變得更加聰明,會學習朝向適合的環境、公差範圍調整;進而透過智慧機械(Smart Machine)搭配視覺、機器人加工,甚至是混型/線生產。未來還可望因工業4.0虛實整合,創造新的商業模式,從中具體獲利。


進入工業4.0時代後,雖然世界各國企業都熱衷於討論其最新發展,但想的還是以『如何cost down?』居多,卻少有人關心該『如何獲利』?

莊宇龍認為:「雖然大家都熱衷於工業4.0的發展,但想的還是以『如何cost down?』居多,卻少有人關心該『如何獲利』?」,畢竟對企業而言,前提須要能賺錢,才值得投入大量資金、取得關鍵技術。所以發得科技除了參與學、研單位的科專合作外,也花了很多時間尋求AVM等獨特演算法的經驗累積。


該公司與其他國內外智慧化鋁輪圈Turnkey產線最大不同,在於從內部成立研發團隊in-house的自主開發模式,而非將軟體、硬體分拆或委外規劃。目前新產品開發部共有軟、硬體及應用技術部門共50人,最重要的工作不再只是R&D,開發機器,而是學習該如何整合軟體、服務、介面等系統應用,掌握每個環節,才能隨時滿足客戶需求。在利用AVM順利實現智慧製造流程,達成工業4.0的設計目標後,還會將類似鋁輪圈的生產經驗套用到一般加工、航太等產業,創造新的商業模式獲利。


*刊頭圖片(source:szjianfeng.com)


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