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台灣工具機重塑產業競爭力
建構智慧機械技術及應用方案

【作者: 陳念舜】   2017年05月24日 星期三

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根據工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)去(2016)年底最新統計,由於受到世界主要經濟體成長疲弱與市場需求減少影響,2016年全球工具機市場規模為712.2億美元,比起2015年衰退10.9%。台灣機械產業也比起2015年衰退6.4%,總產值約新台幣9,045億元,主力次產業的金屬加工工具機總產值則為新台幣1,173億元。


在主要市場分布上,現仍居台灣主要出口市場的中國大陸因為調整經濟結構政策影響,2016年GDP成長率持續自2015年6.8%下滑至6.7%,導致當地製造業成長動能疲弱,既減少了中低階機種進口;還須透過一帶一路政策,推動東南亞等新興工業國家來化解其過剩工具機產能與庫存。IEK估計,未來為了改善產業結構,與部份原物料、工業產品供需嚴重失衡現象,大陸仍將持續進行「供給側改革」,不僅使其進口製造業所需機械設備的成長動能受限,恐衝擊自台灣進口的機械設備金額。



圖1 : 因未來大陸仍將持續進行「供給側改革」,使其進口製造業所需機械設備的成長動能受限,恐衝擊自台灣進口的機械設備金額。(source: DANOBAT)
圖1 : 因未來大陸仍將持續進行「供給側改革」,使其進口製造業所需機械設備的成長動能受限,恐衝擊自台灣進口的機械設備金額。(source: DANOBAT)

而東南亞等新興工業國家也受到低油價與美元升值,降低對工具機需求的消費金額,個別國家的設備國產化政策,將對台灣工具機出口造成負面影響;韓歐、韓美FTA效應陸續發酵,已使得台廠比起南韓出口至歐、美機種增加2%~5%關稅;加上美國製造業再造的力道未符預期,近5年來汽車生產與實際掛牌數量成長率正逐步趨緩,勢必會影響新工具機採購的市場需求,可能呈現微幅衰減。


除了終端需求減緩,在供給製造端的台灣工具機產業還先後面臨歐、美、日各國採取「高階機種平價化」的產品與銷售策略,不斷侵蝕大陸的中低階工具機市場。在2016年日圓、歐元相繼貶值後,更加速歐日系機種價格趨近台灣品牌,削弱台廠原有性/價比搶單優勢及壓縮獲利,出口到大陸市場的工具機金額將會持續下降。


展望2017年新局 威脅亦伴隨機遇

IEK機械與系統研究組研究經理熊治民表示,展望2017年全球工具機產業,將持續籠罩於「新平庸」經濟型態裡。即在終端應用市場需求日趨飽和的情境下,主要國家製造業投資趨於保守,整體工具機市場需求將持續下滑7~8%。台灣工具機產業產值也比2016年衰退,估計2017年台灣機械產業全年產值將會較2016年減少2.3%,達新台幣8,872億元。



圖2 : 若美國新任總統上台後課徵大陸商品懲罰性關稅,勢將影響其出口及進口設備需求,間接衝擊台灣工具機出口市場,而成為代罪羔羊。(source:slate.com)
圖2 : 若美國新任總統上台後課徵大陸商品懲罰性關稅,勢將影響其出口及進口設備需求,間接衝擊台灣工具機出口市場,而成為代罪羔羊。(source:slate.com)

未來若美國新任總統上台後,課徵大陸商品懲罰性關稅,勢將影響其出口及進口設備需求,間接衝擊台灣工具機出口市場,而成為代罪羔羊。但面對威脅同時,也伴隨著機會。熊治民認為,若美國因為缺乏勞工而大量增加自動化產線,也可能創造台廠另一波商機。另看好在大陸投入發展航太、國防、能源、軌道車輛等領域,設備製造業亟須開發出具有高價值與技術的產品,增加對中高階機種、自動化生產線系統與彈性製造單元的需求,將有利於台灣工具機廠商如東台、台中精機、友嘉集團等,提供專用Turkey解決方案競爭。


性價比優勢不再 智慧機械擴大應用

熊治民進一步指出,當高性價比不再是市場競爭優勢,主力產品遲遲無法在性能與品質上持續提升,台灣機械業必須思考未來成長機會何在?如產業須透過智慧機械應用,以因應現今全球製造業發展大趨勢,包括:具備機對機通訊(M2M)、物聯網(IoT)、遠端監控能力的單機設備及生產線,或預測維護能力的設備及元件,以建立數位化企業與供應鏈;經由智慧化人機介面的單機設備與生產線、智慧機器人,重建國家及區域性製造體系;通過具備資料分析及決策輔助能力的單機設備與生產線、智慧機器人,提高人員工作效率與價值。



圖3 : (source:工研院)
圖3 : (source:工研院)

同時利用積層製造設備及具備即時能源監控能力、生產模擬與製程參數最佳化的單機設備與生產線等,縮短產品研發與製造週期,持續在製造體系中節能減碳;並透過可快速改變生產功能的模組化(隨插即用)設備、具混線生產力的單機設備與生產線、智慧機器人,提升客製化與個性化商品製造能力,建立具獲利能力的高度彈性化生產力。


為改善台灣機械產業競爭力,行政院已在2016年通過「智慧機械產業推動方案」,期望在現有的精密機械產業基礎上,結合包含機器人、物聯網、巨量資料、網宇實體系統、3D列印與感測器在內的多種智慧科技元素,打造智慧機械與智慧生產線建構能量,可稱為「台灣智慧機械元年」。將使台灣機械產業能從智慧化單機、自動化與智慧化生產線,以及整體製造能量解決方案輸出來獲得更高的價值;選擇航太及半導體產業,作為發展智慧化工具機與高科技生產設備的主要應用領域。


融入機械+ICT能力 重塑產業品牌價值

熊治民強調,當全球積極推動工業4.0、智慧製造、產業數位化移轉的大趨勢下,如何藉由政府推動智慧機械產業發展的新策略,將台灣的機械與資通訊(ICT)產業相融合,重塑機械產業競爭力,將是台灣產業未來需要緊密掌握的關鍵發展契機。


而智慧機械正是實現工業4.0/智慧製造應用關鍵,其系統架構共有機台本體、感測器或感知模組、資料儲存、運算與控制模組、通訊模組,可分別應用於製造和個人/家庭/商業領域。能在面對未知與多變化環境下,使用感測器來感知周圍環境,並透過各類控制模型,自動調整機械本身的反應活動,來完成特別的任務。


其基於產品生命週期的製造業智慧科技應用需求,包括在設計開發階段,提高產品開發速度及品質,以即時依據客戶使用狀況回饋,改善產品設計;提高生產製造時的效能、彈性、品質,保障生產安全,降低整體生產成本、資源和能源損耗;再經市場行銷和物流配送過程,即時蒐集市場需求與客戶意見,增加供應鏈即時反應速度和管理透明度;最後在售後服務與教育訓練,提供客戶整體製造服務方案,協助客戶提升人員素質及機台可用性。


所提供的智慧機械應用方案,則須分別因應設計開發階段,提供零組件/整機數位設計,到製程模擬與最佳化、產品生命週期管理(PLM);以及生產製造時的智慧工廠,具備設備與製程即時監控、製造品質即時分析與參數最佳化、重要設備預測性維護、工件/工具/人員管理積層製造、能源監控及使用最佳化等功能;到了市場行銷和物流配送階段,還能藉數位化產品體驗,蒐集客戶產品使用資料分析;在售後服務及教育訓練導入數位化,進行遠距維修,讓機台使用監控、警示、故障排除、預測性維護等雲端加值服務。


熊治民舉FANUC與Cisco Systems、Rockwell Automation、Preferred Networks公司合作開發「FIELD(FANUC Intelligent Edge Link and Drive)」智慧化連結與驅動系統為例,係基於「CPwE(Converged Plantwide Ethernet)」,將工廠內眾多感測器、機器人、工具機、工廠自動化(FA)設備資料連結到「UCS(Unified Computing System)」,以實現協同控制最佳化及預防性維護(Predictive Maintenance)。進而導入深度學習(Deep Learning)人工智慧技術,利用從不同機械設備或工廠生產線蒐集到的即時資料,進行自主學習與控制進化。此有別於傳統工具機係將資料上傳雲端,再運算分析,而先在設備端進行某種程度運算,相對節省資料傳遞時間,提高分散式處理效率。



圖4 : FANUC與Cisco Systems、Rockwell Automation、Preferred Networks公司合作開發「FIELD」智慧化連結與驅動系統,以實現協同控制最佳化及預防性維護;進而導入深度學習人工智慧技術。(source:i.ytimg.com)
圖4 : FANUC與Cisco Systems、Rockwell Automation、Preferred Networks公司合作開發「FIELD」智慧化連結與驅動系統,以實現協同控制最佳化及預防性維護;進而導入深度學習人工智慧技術。(source:i.ytimg.com)

另擴增實境(AR)裝置近年來也逐漸在製造領域擴散應用,包括協助工程人員快速進行機台安裝位置規劃與尺寸確認,進行一般性維護或零組件更換、設備修復;取代或輔助原有技術指導文件,協助人員學習與操作各項設備及作業程序;以及輔助行銷、進行設備性能展示,目前台灣已有工研院與友嘉集團發表相關應用成果。


打造全新商業模式 提高國際競爭力

  熊治民認為,未來台灣智慧機械技術與產業發展方向,大致可分為:


1.透過建構智慧機械技術研發與應用方案,在利基型智慧機械應用市場,建立能協助客戶創造價值,具有差異化競爭優勢的產品與服務;


2.經由實施與擴散智慧機械方案應用,協助台灣機械與製造產業,能在成本、品質、交期、售後服務等領域,建立具有市場競爭力的客製化能量。


但他也點出,最終會影響台灣智慧機械產業發展的關鍵議題,還有關鍵技術的研發與取得。由於台灣在機械、電子、資訊領域的技術研發、基礎支援能力與應用發展並不一致,如物聯網、雲端運算產業化發展程度相當高,但巨量資料商業化面臨專業人力不足的問題;且在數位製造、人工智慧、擴增實境等領域的發展,相對落後國際。如何善用自行研發、國際合作、購併擁有技術與產品的國外廠商等不同取得技術方式,使台灣能在較短時間與較少資源投入下,獲得足夠得智慧機械關鍵技術。


以及為加速創新商業模式發展,智慧機械不僅會改變現有產品設計與製造方式,也會對傳統機械業以銷售產品為主的商業模式產生重大影響,包括從服務領域獲得更多營利、增加客戶使用機台能創造的價值;並透過在鄰近客戶地區使用積層製造技術,而簡化備品供應鏈、提高因應設備維修需求的反應能力。因此,政府須即時檢討相關法規與建構足以支援的基礎設施和實驗應用場域;企業也要構思新的營運方案及獲利模式,避免可能的風險。


熊治民指出,由於智慧機械涉及許多傳統機械廠商未曾專注的技術領域,如何讓機械廠與其他智慧感測器、物聯網和雲端平台、巨量資料、人工智慧等業者合作,將是台灣發展智慧機械產業關鍵。他說:「異業合作不僅是單純的合作計畫或結盟,還包括如何讓原來有各別產業文化與工作方式的群體能有共同語言和協同平台,分攤工作、權益與風險,在此之前應先讓各別產業領域的業者能有相互接觸與交流的管道。」


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