工具機 - 前瞻製造系統頂尖研究中心

Report
工具機產業創新加值
推動策略與成果
經濟部工業局
中華民國102年12月18日
大 綱
壹、工具機產業發展現況
貳、我國工具機在全球市場地位
參、產業結構轉型之背景
肆、工具機製造服務化之典範
伍、工具機製造服務化之推動策略
陸、工具機製造服務化之具體作法
柒、工具機製造服務化之發展情形
捌、預期效益
玖、案例說明
拾、後續規劃作法
拾壹、附件
2
壹、工具機產業發展現況
我國工具機產業發展概況
產業背景資料(2012年)
台灣工具機廠家員工規模分佈比例
員工數
 2012年產值達新台幣1,605億元
 廠商家數:1,505家
 從業人員:31,998人
 我國工具機出口率77%
 我國工具機自給率65%
 中小企業比率高達90%
台灣工具機產業分佈
北部(28.2%)424家
沖床、車床、綜合
加工機、磨床…
中部(58.3%)878家
綜合加工機、車床、
沖床、磨床、銑床、
放電加工機…
南部(13.5%)203家
綜合加工機、車床、
PCB鑽孔機…
★產業問題
研發設計
產品拓銷
•缺乏與客戶及協力廠協同機制
•產業聚落卻使產品同質性高
•整體性行銷能力待加強
•代理商模式產品報酬率低
產品製造
銷售服務
•不易掌握供應鏈生產進度
•生產工法與品質仰賴經驗傳承
•國外市場仰賴代理商服務
•產品設計到服務未緊密串連
•人員經驗傳承問題
3
貳、我國工具機在全球市場地位
我國工具機在全球市場之地位
1. 2012年全球生產總值達 932.05億美元,日本為第一大出口國,其次是德
國、義大利,台灣出口排名達全球第四。
2. 我國工具機多為市場需求量最大之中價位機種,對於新興市場所需的中
價位機種,我國工具機有大力拓展市場的空間。
3. 就高速、高精度、複合化的技術能力,我國有機會挑戰高級機種。
4
參、產業結構轉型之背景
一、產業結構轉型背景
德日附加價值:我國工具機雖為全球出口排名第4位,但歐、
日工具機由於精度、穩定性與信賴度的差異
為我國3~5倍
,附加價值約為我國工具機的3~5 倍。
通路受制於人:工具機產業技術侷限於製造思維,國外市場
長期仰賴代理商/經銷商,囿於無法掌握市場
通路與終端客戶需求。
產品同質性高:產業聚落專業分工提升生產效益,也造成工
具機產品高度同質化與價格競爭,迄需差異
化以提高價值。
二、產業政策依據
 行政院101年推動「三業四化」,工具機智慧製造(製造業
服務化)為5個「亮點產業」之一。
 依據101年12月「產業結構優化轉型,再造經濟成長引擎」
全國產業發展會議中「製造業服務化」 之「推動製造業系
統整合,延伸價值佈局」。
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肆、工具機製造服務化之典範
德國DMG公司為
全球工具機大廠
,設備價格為台
灣工具機3-5倍。
2011年服務收入
達5.99億歐元,
占公司總營業額
的35.52%
2011年投注服務
人力約2,500人,
占公司總人力的
30.9%
不只賣機器,也提供服務,讓機器更好用
。
二手設備
訓練
軟體
大修
應用服務
功能升級
進料
自動化
零配件
刀夾治具
資料來源:DMG網站,2013;PMC整理
6
伍、工具機製造服務化之推動策略
以「建構設計開發與驗證能力」及「推動智慧化加工服務中心
」雙引擎策略提升工具機製造產業之產品設計能力、創新生產
製造價值及強化全球銷售服務,推動我國工具機製造業成為提
供整體解決方案的全球最佳選擇。
建構設計開發與驗證能力
(結合控制系統技術應用研發能量)
與控制器
廠商合
作,提升
系統整合
能力
推動智慧化加工服務中心
(學習日本Mazak或Fanuc服務模式)
製造業服務化
(朝微笑曲線發展)
7
陸、工具機製造服務化之具體作法
作
法
雙
引
擎
(2020 )
預
期
成
年果
•輔導業者掌握客戶需求建立
應用領域加工製程能力,結
合機台設計之模擬分析,以
達最佳化設計
•發展系統化之設計、測試與
驗證技術與作業程序
建構設計開發與驗證能力
(結合控制系統技術應用研發能量)
•20家廠商應用設計製造模
擬分析技術。
•應用於工具機整機設計開
發共80型,減少設計時間
10%。
•輔導業者建立加工、問題診斷等
應用技術服務能力。
•建立加工條件資料庫及控制器開
放介面,發展智能化軟體模組
•運用ICT技術提供全球加值服務
與控制器
廠商合作,
提升系統
整合能力
推動智慧化加工服務中心
(學習日本Mazak或Fanuc服務模式)
•結合以下廠商導入 •20家廠商建立應用技術中心
智慧化軟體及系統 •20家廠商建構雲端服務平台
整合。
•30%工具機具智慧化加值功能
(控制器廠商5家)
(系統周邊廠商20家)
8
柒、工具機製造服務化之發展情形
9
捌、預期效益
成為全球製造業整體解決方案
的最佳選擇
長期
•提供整合性解決方案
•加深使用者忠誠度
中期
•建立機電模擬設計分析技術
•提高產品信賴度
近期
•建立技術應用中心
•提供產品加值服務
工具機產值(新台幣億元)
服務營收占總營業額(%)
智慧化工具機達總產量(%)
2020
2018
2015
2013
1,650
5%
4%
1,850
8%
10%
2,350
15%
25%
2,550
20%
30%
10
玖、案例說明(1/5)
一、輔導建立工具機設計與驗證能力
1.促進工具機廠商與控制器廠商例如西門子等合作
發展機電模擬設計,以電腦模擬先行驗證設計
雛型,強化工具機產品驗證。
2.結合國內中興大學、中正大學、機械所、精機中
心等學研機構共同研發,建立國內自主技術。
1.提供銷售服務支援:
․故障診斷:東台、台中精機、勝傑等
․報修服務:東台、台中精機、程泰等
․異警通知:東台、台中精機、慶鴻、百德等
․遠距監控(影像、訊號):東台、台中精機、百德、陸
聯、福裕等
2.提供應用技術服務:
․生產排程(整線):東台、台中精機、永進等
․加工程序與刀夾治具規劃:東台、台中精機、永進、
二、輔導建立工具機智慧化加工服務能力
百德等
․工件試作與打樣:東台、台中精機、慶鴻等
․問題分析診斷:東台、台中精機、永進、崴立等
․加工應用教育訓練:東台、台中精機、永進、協鴻等
3.開發智慧加值軟體:
․高效率優化模組:友嘉、勝傑等
․3D碰撞防干涉模組:東台、程泰、亞崴等
․機台精度補償:東台、程泰、勝傑等
․控制器客製化人機介面:程泰、亞崴等
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玖、案例說明(2/5)
案例 1
一、企業名稱:東台精機股份有限公司
二、主要產品/服務:立式加工機、臥式加工機、綜合加工機、車床等
三、近1年營業額:新台幣 87 億元
四、員工人數: 650 人
五、製造業服務化:
(一)執行內容
1.成立技術應用中心:提供成品量產方案、加工解決方案、人才培育等,。
2.提供整廠規劃與監控系統
(1)提供Turn Key整體解決方案,並搭配「智動化產業規劃」
(2)掌握機台動態操作、異常警報、產品維修履歷等,協助客戶整廠監控,提
升產能利用率與整廠設備使用率。
3.發展智能化軟體:開發控制器客製化人機介面作為智能化軟體發展的基礎。
(二)預期效益
1.轉型升級
(1)東台從機台供應商改以解決方案提供者為企業經營方向。
(2)提出客戶導向解決方案(3 Easy Solutions):絕佳操作性(Easy to Set Up)、卓越
稼動率(Easy to Keep Productivity)、保養更便利(Easy to Maintain)。
(3)以德國、日本工具機大廠服務收入達到20%營業額為目標。
2.產品加值
維持客製化核心能力,並整合軟體及硬體,預期可以提升產品價值10-30%。
12
玖、案例說明(2/5)
案例 1
一、企業名稱:東台精機股份有限公司
二、主要產品/服務:立式加工機、臥式加工機、綜合加工機、車床等
三、近1年營業額:新台幣 87 億元
未來 嵌入客戶生產管理、幫客戶訂規格
四、員工人數: 650 人
Tongtai
雲端服務
東台技術應用中心
全方位服務 貼
近客戶的心
 從單機、整線擴展至整廠規劃
 深入客戶生產製造管理系統,參與規
格制定、綁規格。
智能化
軟體
現在
過去 提供專用機(單機)
 客戶僅提出加工物需求,由
東台設計製造專用設備。
整線多機彈性模組化
`
 依客戶特定加工物需求,
提供並整合部分改造之標
準機, 並規劃提供相關
治夾具、刀具等,提供
Total Solution。
預期效益
• 整合軟體、硬體及應用技術,
預期提升產品價值10-30%。
• 訓練、諮詢、整體解決方案的
服務收入占營業額可達20%。
13
玖、案例說明(3/5)
案例 2
一、企業名稱:盈錫精密工業股份有限公司
二、主要產品/服務:工具機專用精密螺帽、刮刷片、螺紋加工等
三、近1年營業額:新台幣 3.6億元(國內精密螺帽市場占有率達80 %,
外銷比例占其總盈收50 %)
四、員工人數: 177 人
五、製造業服務化:
(一)執行內容:
1.工具機價值鏈體系、在地緞練製造服務化
(1)體系參與者:盈錫(設備使用者)、勝傑(設備供應者)、上研機電(機械手臂供應者)
等公司,以系統整合觀點發展解決方案。
(2)勝傑提供刀具振動預警系統:偵測加工時的振動狀態,能經由分析、建立特徵模
型之步驟,若有異常則進行參數調整或預先停機等動作。
(3)盈錫導入刀具振動預警系統於生產線:系統整合包含軟體、控制器、切削加工中
心機、料件輸送裝置、自動上下料等,導入生產線中。
(二)預期效益
1.在地服務
將促使勝傑與國內客戶緊密聯結,具體實現工具機製造業服務化。
2.經營績效
(1)盈錫:A.提升螺帽生產管理效能,每人管理4部機。
B.準確更換受損刀具,提升產品生產品質20%。C.預期年營業額成長25%
(2)勝傑:由於提供加值服務及智能化模組,預期增加8~10%機台價格並爭取新訂單
14
玖、案例說明(3/5)
案例 2
一、企業名稱:盈錫精密工業股份有限公司
二、主要產品/服務:工具機專用精密螺帽、刮刷片、螺紋加工等
三、近1年營業額:新台幣 3.6億元(國內精密螺帽市場占有率達80
%,外銷比例占其總盈收50 %)
工具機使用者
四、員工人數: 177 人
Machine Tool Plus: MT+
(也是零組件供應商)
互為供需體系、相互影響
提高客戶滿意度
降低產品生產成本
創造機台的價值
刀具振動預警系統
(感測器及軟體整合方案)
1. 評估刀具損耗狀況
2. 評估加工狀況
3. 決定後續處理動作
效益(勝傑)
1.鍛鍊工具機產業鏈服務
系統,擴張服務能量
2.預期可增加8~10%機台
價格並爭取新訂單
協同改善現況、提升價值
交付零組件
勝傑
(工具機)
盈錫
(精密螺帽)
交付工具機
自動回饋控制
提高產品生產品質
生產線
(硬體及控制器系統整合)
1. 切削加工中心機
2. 料件輸送裝置
3. 自動上下料
效益(盈錫)
1.提升螺帽生產管理效能,
每人管理4部機
2.準確更換受損刀具,提升
產品生產品質20%
3.預期年營業額成長25%
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玖、案例說明(4/5)
案例 3
一、企業名稱:慶鴻機電工業股份有限公司
二、主要產品/服務:CNC放電加工機、CNC線切割機、CNC高速加工機及CNC深孔機
,模具設備製造服務提供者。
三、近1年營業額:新台幣 14.69億元(集團合併營收),我國放電加工機
及線切割機業第一大品牌廠商,全球前五大放電加工機製造廠。
四、員工人數: 320 人(集團總人數)
五、製造業服務化:
(一)執行內容:
1.控制器自主研發,發展智能化軟體
(1)開發網路監控軟體,可透過手持通訊裝置,即時的正確
掌握故障資訊,便利技術支援與外地維修,降低維修成本。
(2)可搭配客戶ERP系統,提供客戶即時性稼動率及生產履歷等生產管理資訊。
2.成立應用技術中心
(1) 提供刀、夾治具、CAD/CAM整合應用方案,客戶應用技術教導與問題處理。
(2) 從被動叫修轉變為主動的機台健康診斷保養。
(二)預期效益
1.高度垂直整合,提供軟硬體整合解決方案
慶鴻自行發展控制器,產品重要零組件自主性高達90%以上,從機台設計開發、驗
證測試、量產、銷售、售後服務全為總公司主導。
2.在台投資
台中精密機械園區二期設廠投資3.2億,預期106年完工。集團內舜鵬控制器於嘉義
大埔美設廠投資3.6億,預期107年完工。
16
拾、後續規劃作法
 提供整體解決方案的背後,需要更積極的資源整合與運用。
提升產品設計能力
創新生產製造價值
強化全球銷售服務
業
界
資
源
整
合
服務
提供整體解決方案,建立服務系統
產品
產品組合、產品範疇與經營規模
技術
建立機電模擬設計、加工應用技術
人才
加工應用、問題診斷分析及軟體設計人才
互補資源
政
府
資
源
整
合
工業局
技術處
國科會
刀具、夾治具、自動化、資通訊服務等
輔導廠商建立客製化產品開發驗證能力。
輔導廠商提升機械、電控、軟體及資通訊等系統整合能力。
推動工具機產業形成服務體系,發展全球服務並永續經營製造業服務化。
建立控制器自主研發能力,掌握核心技術作為發展智能化模組之基礎。
深化工業基礎技術,提升精密組裝、控制、加工等基礎技術能力。
教育部
系統及軟體人才養成,運用產學合作,校園內培訓,彌平產業人才缺口。
17
拾壹、附件
18
附件1 工具機智慧製造之產業現況與缺口
○東台
○發得
○台中精機
△油機
○東台
○易立威
○上研
○歐特嘉
製程
自動化
Know-how 系統整合
有供應能力
Δ開發驗證中
技術
△
成熟度
國際
競爭力
△
○東台
○台中精機
○百德
○永進
○協鴻
○崴立
○程泰…
○台中精機
○程泰
○勝傑
△哈廷
○東台
△東台
△台中精機
△崴立
△百德
△友嘉
△永進
生產
管理
夾
治具
切削力
CAD
(刀具、材料) /CAM
△東台
△台中精機
△崴立
△永進
△協鴻
△東台
△台中精機
△崴立
△永進
△東台
△永進
△大立
△崴立
△麗馳
伺服 高效率優化 3D干涉 機台精度量測
匹配 加工模組 防護模組
補償模組
加工應用
Turnkey 系統
○東台
○台中精機
○永進
○大立
○百德
○程泰
智能化模組
△
○
○
△
○
○
○
○
○
△
△
△
X
○
△
△
△
△
發展
現況
及
瓶頸
製程Know-how:
• 特殊專屬的製程掌握於客戶,未如DMG針對特定應用領域成
立卓越中心(Center of Excellence)。
• 東台等業者對於鋁輪圈等市場大量需求的加工製程亦有經驗。
自動化系統整合:
• 東台具備系統整合自主能力。
• 提供工具機整線自動化系統整合的業者不多,例如易立威提供
三軸關捷型上下料機械手臂、上研與歐特佳直角座標上下料。
• 控制器沒有系統整合影響傳輸速度,智慧化能力不足。
生產管理:
• 機械業軟體人才不足,結合資服業者提供生產管理系統,包含
機台稼動資訊、避免停機之預警通知系統。
• 系統開發人員需解決跨控制器介面,開發費時、成本高。
夾治具:
• 工具機使用者創造高利潤的關鍵在於夾治具的設計及切削刀具
的選用。
• 東台購併晉奕夾治具公司,用於汽機車用夾治具設計開發。其
他工具機業者多委由專業夾治具業者合作開發客製化夾治具。
切削力:
• 穩定均勻的切削力分佈是提升刀具
壽命與工件表面粗度的關鍵。
• 切削力的研究仍多為學界理論,國
內業者對此掌握程度仍然不高。
CAD/CAM:
• 多數工具機業者已可成熟使用加工
程式,並可培養內部人才。
• 採用HyperMill, PowerMill等
CAD/CAM業者提供之加工方案。
伺服匹配:
• 國內多由控制器廠商於工具機出廠
時設定,此後即一直沿用。
• 工具機廠並未掌握參數調整的方法,
無法因應同加工需求配合變更調整。
智能化模組以生產效率(Productivity)、機台精度
(Precision)、安全防護(Protection)等為主,多由控制
器廠商提供選配;工具機業者自主開發之智能化軟
體多為簡易功能,欠缺深厚的應用技術及演算法則,
價值有限提升;建立模型需要專業經驗及資料累積,
機會成本高,業者投入少;模組硬體成本高,仍未
能商品化。智能化模組包含:
高效率優化加工模組:
• 包含加工導航、切削顫振迴避、適應性切削、參
數優化等,目前國內業者僅可掌握參數優化技術,
其餘則如前述原因,仍發展中。
3D干涉防護模組:
• 包含3D防撞、加工模擬等預防主軸、刀具、夾治
具彼此干涉。除數家業者移轉機械所技術之外,
技術尚未普及。
機台精度量測模組:
• 包含熱變位補償、五軸空間精度量測補償等模組。
除數家業者移轉精機中心技術外,技術尚未普及。
國際
標竿
廠商
MAG (德國)
DMG (德國)
MAZAK (日本)
MORI SEIKI (日本)
MAKINO (日本)
DMG (德國)
MAZAK (日本)
MAKINO (日本)
MORI SEIKI (日)
DMG (德國)
MAZAK (日本)
MORI SEIKI(日本)
MIKRON(瑞士)
OKUMA (日本)
註:○-具備研發製造能量 ; △-具備部分供應能力;X-不具備供應能力
19
附件2 具體作法與案例說明(1/4)
一、輔導產業發展機電模擬設計
整合性製造服務能力
與控制器廠商合作發展機電模擬設計,結合
國內學研機構共同參與,累積經驗及建立國
內自主技術。
加工應用
系統整合
機電匹配
機電模擬設計+系統整合+加工應用
推動項目
控制器業者
技術應用服務
中心
機電模擬設
計
•機電模擬設計導入
中興、中正大學
研究團隊
機電模擬設計
(以Tapping Center為載具)
•系統整合人才養成
•加工應用人才培育
結構設計分析模擬
機台檢測驗證
從案例中累積經驗...
機電模擬設計(Case 1)
廠商:工具機業者(Maker)
機型:臥式加工機
作法:法人媒合、檢測驗證
合作對象:西門子等控制器業者
機電模擬設計(Case 2)
廠商:工具機業者(Maker)、加工業者(User)
機型:Tapping Center(小型高速加工機)
作法:1.規劃使用機構模擬軟體進行開發機台動態模擬
2.進行機台測試與調機,讓法人輔導開發之T/C性
能可以等同或超越Fanuc機台。
20
附件2 具體作法與案例說明(2/4)
二、成立應用技術中心
東台
• 整線生產方案,例如汽
台中精機
車零組件、鋁輪圈等。
永進
百德
• 單機生產方案,
慶鴻
例如模具。
崴立
友嘉
協鴻
執行現況:
已有東台等8家業者
成立加工應用中心。
成品導向服務系統
(Result-Oriented
Systems)
• 提升功能
應用及加
工性能
一般工具機業
者之服務部門
●
●
●
●
●
●
-
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
使用導向服務系統
(Use-Oriented
Systems)
• 維持產品
正常使用
產品導向服務
(Product –Oriented
Services)
21
附件2 具體作法與案例說明(3/4)
三、發展雲端服務平台
加工參數建議
USER 1
Maker 1
資料庫
USER 2
Maker 2
Maker 3
訊號分析
雲端服務平台
Agent 1
Agent 2
Agent 3
USER 3
執行現況:
1.規劃雲端服務的業者包含東台、永進、陸聯、勝傑、台中精機等5家。
2.國內最大電信業者中華電信與精機中心合作,投入機械雲營運,提供安全
、彈性運用的雲端服務平台。
22
附件2 具體作法與案例說明(4/4)
四、舉辦雲端CNC應用APP
• 競賽主題:1.工具機與機械手臂整合應用
2.CAD/CAM
3.感測器應用
•
•
•
•
競賽目的
培育軟體人才
促進產學合作
提升軟實力能量
參與對象:全國大學校院在學學生組隊參加。
決賽時間:2013/09/27 - 決賽評比與頒獎典禮
推廣活動:舉辦北中南各乙場說明會,累計3場次、136人次
人才培訓:1.舉辦2次遠端連線程式設計課程,計26人次
2.專題研究課程導入:高雄應用科技大學機械工程系
• 贊助廠商:永進、油機、榮田等
 衍生效益:產學合作軟體人才養成
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