製造業的數位能力變強、體質變佳，就能連帶提升供應鏈韌性。對於工具機產業來說，正好趁此機會透過數位轉型提升營運效能，加速布局差異化產品，以維持競爭優勢，靜待寒冬過去。
疫情未歇，2022年在俄烏戰爭、通膨、原物料上漲、升息等黑天鵝的干擾下， 原來預估可成長20%的臺灣工具機銷售量從第三季開始逐步下修，成長幅度僅剩9%。
臺灣工具機暨零組件工業同業公會理事長、永進機械總經理陳伯佳指出，2023年全球工具機預估產值約841億美元，消費額約794億美元，年減3%-6%；臺灣工具機產值與出口預估額分別為40億美元及32億美元。2023年全球工具機產值下滑，即使臺灣整體呈微幅上升，幅度也僅約5%。
「衰退」是2023年全球產業代表字。不只工具機產業喊出「寒冬至」，2022年下半年起半導體、面板、記憶體等科技產業早已成為重災區，為庫存去化問題傷神，就連臺積電總裁魏哲家也在法說會中指出，2023年全年記憶體之外的半導體產業下滑4%，晶圓代工產業則下滑3%；半導體分析師陸行之認為，今年晶圓代工除臺積電外，多數公司衰退幅度可能在8%-12%。
寒冬下如何維持競爭力？數位轉型找出路！
除了景氣下行，另有一股趨勢加速進行中。疫情引爆供應鏈危機，加速疫後全球供應鏈重組腳步，為壓低成本，製造業多年來拉長供應鏈策略逐漸朝短鏈模式邁進，連帶影響研發、產銷、庫存、物流，而長鏈到短鍊得以成功過渡，需仰賴科技與數位化。換言之，製造業的數位能力變強、體質變佳，就能連帶提升供應鏈韌性。雖然景氣冷，對於工具機產業來說，正好趁此機會透過數位轉型提升營運效能，加速布局差異化產品，以維持競爭優勢，蹲低為跳遠，靜待寒冬過去。
事實上，數位轉型-智慧製造也是製造業前進工業4.0的必經之路，業者必須跳脫大規模、低成本的製造思維，從客製化、高附加價值甚至少量多樣高單價著手，不論是運營模式或製造現場都要導入數位思維與做法，才能走在正確的趨勢上，維持競爭動能。
臺灣工具機暨零組件公會（TMBA）從2021年起與精機中心（PMC）及軟體服務業者、會員廠商合作，推廣智慧製造SaaS微服務，將單一應用程式劃分為多個獨立的小型服務程序，藉由雲端智慧模組提供加值服務，協助金屬加工業者克服系統整合、軟體開發能量不足等問題。SaaS微服務是數位轉型的精緻化表現，具備敏捷、滾動式更新和無限彈性擴充等特性，利用應用程式介面
（Application Programming Interface；API）進行溝通，容易分解與組合，快速堆疊所需情境，各廠商可以跨平臺整合與溝通，因此能有效解決生產現場最常發生的設備故障診斷與生產最佳化等問題，協助企業落實智慧製造及數位轉型。
| 圖1 : 經濟部技術處支持工研院開發「五軸加工機主軸動態負載感測方案」。(Source：經濟部) |
|
此外，「TIMTOS x TMTS 2022工具機展」中，工研院與經濟部等多家法人聯合展出高智能國產五軸加工控制解決方案、五軸加工機主軸動態負載感測方案、智慧機械雲、減速機智慧化動力組件與先進雷射應用技術等28項技術成果，提供臺灣工具機產業多種數位轉型解決方案，從控制器、減速機、感測方案到雲平臺，力促「製造業服務化」。
臺灣產業升級2大關鍵：高階控制器與感測器
經濟部技術處處長邱求慧指出，過去國內長期仰賴德國、日本進口工具機控制器，自主能力偏低，高階感測元件有高達90%以上的外購率。工研院開發的國產高階控制器應用範圍從二軸車床及三軸銑床到大型五軸同動及多軸車銑複合加工機，已有逾30家國內工具機業者導入相關技術，逾500部機臺完成終端加工驗證。國內已有3家控制器大廠接受技轉，年產量約8萬至10萬套，產值逾50億元。
五軸加工機可在3D空間的任一平面和曲面上複合加工，與其他加工機相較，樣態更多，效率也更高，但是，五軸加工機的控制器等關鍵零組件技術仍掌握在歐日大廠手上，工研院開發的全國產控制器可提升國內控制器技術的自主能力，節省約50%的電控組件成本，縮短交貨時間，有助提升臺灣工具機產業的整體競爭力。
工研院指出，以往國內控制器產業高度分工，主軸、馬達等元件製造商多半各自接單，未能有效整合，「高智能國產五軸加工控制解決方案」可以促進產業鏈整合，促使高階零件國產化。此外，控制器技術提升後可適用於航太、醫療、車用等高值化產業，透過全數位化國際標準通訊協定還能快速連結機械雲，從單一機臺控制擴充至產線整合及供應鏈資料串接，使二到三軸標準機臺的控制能力也能跨入五軸控制器。
至於感測器，過去多仰賴國外進口，價格昂貴，國內業者在導入時可能遇到感測器尺寸與機臺不符的問題，加工資訊也多掌握在設備商手上，自主性不足。工研院研發的高強度感測器體積輕薄，內建於工具機主軸，加工當下就能得知切削狀態、切削力道大小、加工精準度等資訊，數據搭配邊緣運算模組就能立即診斷異常，即時調整，大幅優化加工品質。
除了高階控制器與感測器，智慧機械雲被喻為「工業版APP Store」，搭配符合標準的工業數位機上盒（SMB）即可下載不同品牌軟體，協助企業快速數位轉型。機械雲平臺上的軟體多為可視化基礎資料，進階版APP則導入資料分析或AI深度學習模組，適合診斷製程問題、事前模擬及事後優化，適用於塑膠、紡織、電子、扣件、金屬加工、金屬成形等產業。
工研院機械所開發的迴轉機械設備預兆診斷演算法結合內嵌式振動感測器，可應用於減速機分析齒輪磨耗與斷齒等故障樣態，具備監測即時化、維護預測化、診斷智能化等功能，可提升98%以上的傳動效率達；主軸健康預診系統
針對主軸進行動態預壓力量測，搭配溫度與振動特徵訊號擷取，可視化資訊讓使用者掌握主軸狀態，降低非預期停機損失，提升機臺稼動率；雷射源光路及驅控等關鍵技術整合國內業者生產的雷射二極體，搭配光路智慧偵測系統監控製程，平均可縮短逾50%的高反射金屬（銅、鋁）及異質金屬銲接加工時間。
也有不少研究單位及業者投入「綠色工具機」領域，如開發低碳排機種，提升馬達、齒輪、減速器等零組件的效能，以加強散熱能力，或減少加工過程的摩擦與耗損。工研院就透過熱固纖維複材回收技術開發可回收複合材料應用，與傳統電熱爐加熱回收法相較，可減少20%-40%能耗，回收過程也不會產生有害氣體，至於回收碳纖維成本較原生碳纖維降低逾60%。此外，導入AIoT、數位雙生(Digital Twin)等新興科技，有助強化加工精度，監控產品整合與製程，減少資源浪費。
| 圖2 : 智慧機械雲提供整體解決方案，解決產業設備通訊及後端整合時間問題，圖為工研院與鳳記共同展出的「押出機參數監測與異常警示分析模組」。（source：工研院） |
|
科技龍頭微軟(Microsoft)就利用數位雙生技術，透過虛擬模型及資料蒐集、預測與分析組建機臺設備，可以在無實體物件時透過軟體直接計算數據與訊號，加速機臺製程並減少錯誤率。導入Microsoft Teams、Surface Hub等數位解決方案就可以從機臺設計階段與各品牌端協力工作，讓品牌端與客戶端即時掌握測試狀況並即時調整，加速生產流程。
工具機業者擁抱改變 積極數位轉型
除了政府與研究單位加速推動工具機數位轉型，許多業者早已積極投入數位轉型與智慧製造。永進機械總經理陳伯佳指出，不少新型工具機具備聯網、智慧監測等功能，發展智慧製造及數位轉型可以朝API串聯零組件、系統及服務等商業模式新思維發想，建構微服務API資料交換格式的產業共通標準規範，如此才有機會建構跨領域、多元產業的軟體服務聯盟。
永進機械於2006年導入「豐田式生產管理系統」（Toyota Production System，TPS），在2022年的TIMTOS x TMTS展中發表全新多軸化智慧彈性製造單元，結合智慧自動化、智慧設備、智慧管理等元素導入自有廠房，從鑄造、機械製造、機臺組裝、檢驗到包裝出貨都在廠內完成，透過YCMPS生產模式，滿足少量多樣、大量客製化等需求。多軸化智慧彈性製造單元結合先進的技術及研發能力，提供高精度五軸同動加工，操作簡單、安機快速，採樂高積木概念搭配周邊功能，可以在最小占地下依不同Job shop需求靈活擴充，有效提升加工精度與品質，適用於一般零件及模具加工。
| 圖3 : 高性能五軸立式加工機提供高精度的切削性能。(Source：永進機械) |
|
永進機械也希望供應商共同數位升級，因此建立「供應鏈管理數位平臺」。永進的智慧管理系統採用機臺自動化操作系統整合在同一介面平臺的「All in One」設計，透過微服務（Micro Service）體系及雲地共生架構，讓所有功能模組依不同需求採取獨立或組合方式導入，透過雲端技術與平臺協作做到跨廠異地管理、共享資訊，資訊串連後就能提升生產效率，後端中控中心則執行分析、管理、控制流程，隨時掌握人機料法環現狀，大幅提升操作便利性、整體生產效率及產品良率。
| 圖4 : 左圖：CP/CPK製程能力評估：以實機加工方式進行機臺加工穩定度驗證； 右圖：實機切削。(Source：永進機械) |
|
臺灣瀧澤科技將2020年視為數位轉型元年，陸續完成2條智能化產線，串連既有ERP管理、CRM、B2B、B2C、資訊安全等資源，打造智能製造結合數位整合系統的戰情室，進一步落實製造數位化、研發數位化、品質數位化的目標，並且開發所需軟體和SaaS微服務程式，至少提升逾50%綜效。
在2022年的TIMTOS x TMTS展中，瀧澤科技也展出多款模組化超精密、高效複合機種，如超精密加工機搭配X-Z軸向液靜壓滑軌、高剛性與高精度車銑複合機，以及雙主軸、雙刀塔車銑複合機等。高剛性與高精度車銑複合機採取高度模組化的節省空間設計，具備6種軸向配置，可選用車/銑削刃物臺或Y軸、芯押臺、副主軸等，還可選配各種高精度配件、上下料機構以利自動化生產，滿足多樣加工需求。
| 圖5 : 雙主軸多工車銑複合機。(Source：臺灣瀧澤科技) |
|
生存之道在轉型 轉型從改變思維做起
微軟(Microsoft)客戶成功事業群總經理李乾瑋觀察，製造業正從「被動轉型」轉為「主動轉型」。除了數位轉型，當2050年淨零碳排與相關法規陸續上路，供應鏈碳管理同樣勢在必行，數位解決方案可以協助製造業打造綠色供應鏈。他建議製造業採取「數位轉型」與「ESG淨零轉型」雙軌並進策略，先從文化、組織、人才、流程等各面向積極落實「轉型」思維做起，再談數位轉型與ESG淨零轉型。
臺灣的工具機產業多年來以「打群架」概念共榮共存，在數位轉型之路上，腳步並不一致，未來的挑戰在於如何讓工具機業者的數位化進程步調一致。另一方面，工具機業者的共同敵人與挑戰是，如何趕上德國與日本的產品品質與精密度優勢，以及克服中國、韓國產業崛起的競爭壓力。除了數位轉型，還要想辦法提高產品及服務的附加價值。數位轉型是一道不容易跨越卻不得不跨的檻，但是不進則退，臺灣工具機業者能否持續靠打群架固江山，「數位化」這一仗很關鍵。
