堅持到底的競爭力 深耕工業基礎技術 - 系列文章11

新代科技 五軸高速控制器勇闖智慧生產新領域

文 / 遠見雜誌整合傳播部企劃製作      2019-11-29
新代科技  五軸高速控制器勇闖智慧生產新領域

(圖說: 新代科技總經理蔡尤鏗與研發團隊主要專注於創新研發機床自動化領域)



根據TrendForce旗下拓墣產業研究院預估,2022年全球智慧製造的市場規模將會逼近3700億美元,2019〜2002年複合成長率達10.7%。臺灣工具機控制器領頭羊新代科技,挾帶著技術優勢,早已準備好迎向全球智造浪潮,再創巔峰。

智慧製造的新趨勢,正在顛覆傳統印象中的「黑手」產業。機器人、物聯網、AI人工智慧,新科技一波接著一波襲捲而來,在這樣的變局下,臺灣製造業如何跟上世界的腳步,再創傳奇?

在一片轉型的迫切呼聲中,身為臺灣工具機控制器三大龍頭之一的新代科技,早已預見未來,整合技術與資源,提前布局中、美、泰、馬、越、土市場。在核心立基產品CNC電腦數值控制器(CNC, Computer Numerical Control,透過事先編輯的精確指令讓CNC工具機進行自動加工,可說是工具機的大腦)之外,近年來積極研發難度極高的五軸控制器,透過領先技術區隔市場,下一步將㩦手臺灣機械設備上、中、下游產業,揮軍進入虛實整合的智慧生產新領域。

深耕技術 精準切入市場缺口

創業,本就是一條艱辛的道路,新代科技總經理蔡尤鏗的體會尤其深刻。

創立新代科技之前,蔡尤鏗曾在工研院機械所服務8年,帶領團隊進行線性切割控制器,對產業帶來極大的貢獻。

憑著一股熱情,蔡尤鏗1995年成立新代科技,但受限於線性切割機的經濟規模太小,加上上下游配套尚未成熟。努力3年後,毅然轉向開發CNC工具機控制機。

「臺灣本來就是電腦王國,所以在整個PC供應鏈非常完整,這為我們發展以電腦為基礎的CNC (PC-based CNC)控制器非常有利。」蔡尤鏗說。

2018年臺灣的工具機產業產值排行世界第五,但地位等同於工具機大腦的「控制器」,過去卻長期由日、德大廠壟斷,這是新代科技在轉型之初所面臨的市場困境,新代如何才能打破國外壟斷的局勢,在市場找到定位?(圖說: 新代科技總經理蔡尤鏗積極研發難度極高的五軸控制器,揮軍進入虛實整合的智慧生產新領域)

蔡尤鏗分析,工具機控制器的市場可以分成垂直整合及共享經濟兩個角度,相較於國際大廠提供從控制器、機台、齒輪、磨刀機到零組件一體化的標準化解決方案,目前台灣生產的高階工具機,大多選擇搭載進口的CNC控制器。

面對品牌知名度、通路、資源皆不足的困境,蔡尤鏗卻敏銳嗅到新的機會。蔡尤鏗觀察到,各控制器大廠各有獨特的通訊介面,各廠牌的元件無法通用,更不會開放軟體讓廠商可依需求運用,過去未被滿足的缺口,將成為新的商機。

因此新代科技選擇主打客製化及彈性等差異化市場。在技術層面,研發團隊深入軟體技術創新,提供多種產業專用控制器;而在應用服務上,新代科技持續協助客戶,進行產品應用開發和服務,強調開放與整合性,,不僅能夠直接與市場上主流的機械元件及模組串接,也提供極為便利的軟體平台,讓客戶可依需求選擇所需模組程式,滿足過去客戶無法從大廠控制器得到的彈性開發及客製化需求。

逐漸站穩腳步的新代科技,又搭上2000年臺灣廠商西進熱潮,搶佔先機在中國進行市場布局。如今,新代不只成為臺灣少數以機械控制軟體及服務為主的廠商,在中國的市占率可說是逐年成長。

追德趕日 發展精密五軸控制器

「新代科技的主要核心競爭力,在於研發創新與銷售服務。」蔡尤鏗表示,新代科技所生產的工具機控制器在精度及功能上,早已追上世界知名品牌Fanuc、Siemens、Mitsubishi的腳步。

除了其中最能展現新代科技強大技術實力的,便是CNC五軸加工機的核心—五軸控制器。

五軸加工機可針對3D空間的任一平面和曲面,進行複合加工,透過旋轉角度設計,大幅提高加工效率,並減少工件的裝夾次數,最終產品可達到極精確的品質,目前大多用於航太、生醫、汽車、國防等產業,可說是評斷一個國家工具機產業水準的重要指標。

而五軸控制器是五軸加工機的核心,用以控制五軸同動的軌跡,以及運動的補償。可以說,光有機台,卻沒有控制器,就無法發揮出五軸加工機的價值。目前全世界只有少數幾家廠商能夠提供五軸控制器,而新代科技正是其中一家。

新代科技早在2009年便開始投入高難度的五軸控制器技術研發,箇中辛苦外界很難想像。蔡尤鏗舉例說明:工具機對精度的要求多為微米,比髮絲還細(頭髮直徑為60~90微米),而想要達到最終的幾何公差要求,就必須研發出精準度更高的控制系統。

另外,機器組裝必然存在誤差,蔡尤鏗表示,根據ISO規範及數學模型的推導,五軸加工機的誤差高達43種,如何量測和補償各種類型的誤差,也是五軸控制器最大的挑戰之一。

儘管困難,但五軸控制器卻是展現新代科技研發戰力最強而有力的展示。

(圖說: 五軸加工機可大幅提高加工效率且達到極精確的品質,而五軸控制器是五軸加工機的核心)

在研發團隊努力下,機械系背景的工程師針對五軸機構進行理論研究;數學系背景的工程師投入幾何學推導及演算法設計。3年來,團隊歷經無數次失敗、討論、驗證。舉例來說,五軸加工機的移動和旋轉會涉及馬達所要控制的速度及加速度,只要一個參數不對,就會影響加工成品的表面光潔度;或是如何微調刀具的角度來提升性能,背後都是高難度的幾何學運及運動學計算。數不清重新來過了幾次,最終才有了初步成果。

理論推導告一段落後,緊接著面臨的是軟體難題。

因為過往的控制器軟體,無法實現五軸控制器的功能,於是,研發團隊又花了半年時間,調整軟體架構及測試,最後才真正將五軸控制器成功研發出來。

蔡尤鏗感慨地說,回顧這段艱辛的研發歲月,每一個階段都有不同問題等待被解決。過程中並沒有宛如電影般戲劇化的突破點,只有每位研發人員日夜兢兢業業、努力不懈的畫面,他們在推導過程中追求完美,在挫折中耐心重新來過,最終才收穫了甜美的成功果實。

「雖然五軸控制器營收占比只有5%,但極具指標性意義。」蔡尤鏗尤滿自信地預告。成功研發五軸控制器只是一個起點,接下來團隊還會針對五軸應面進行深入研究,譬如:持續精進機台量測設備的整合和誤差補償,才能提高五軸加工機的精度,改善加工的表現。或是簡化控制器的參數,讓客戶的操作過程變得更加友善直覺。

智慧製造 整合上中下游產業

雖然新代已在工具機市場站穩腳步,但唯有持續創新,才能保有市場的領先地位。蔡尤鏗指出,新代科技未來的成長策略包含兩大面向,一個是深耕技術研發,包含高速五軸機、高速複合機的控制功能,以及高精度工業感測器、高速串列通訊等,都是未來研發重點。

(圖說: 全世界只有少數幾家廠商能夠提供五軸控制器,五軸控制器是新代科技研發最強而有力的戰力展示)

另一項趨勢,則是加速應用整合,透過自動化機台、機器人的控制整合,不再以單機功能為考量點,而是提供系統化方案,與客戶攜手邁入工業4.0的智慧機械及智慧生產。

目前,新代已能透過機台聯網,將蒐集到的數據上傳雲端,透過資訊串連整合,實現即時監控、數據分析、遠端派單、維修保養履歷等功能,並透過大數據的分析,持續優化生產流程。

蔡尤鏗表示,這套工廠虛實整合的自動化管理方案,可大幅降低智慧工廠的應用門檻,讓過去受限於規模與財力的臺灣中小型加工廠,也能跟上工業4.0的浪潮,提高競爭力。

「製造實力是臺灣的國際護照,我們可以做到世界第一,但是要做到工業4.0虛實整合,不能只有單一產業,而是要形成生態系。」蔡尤鏗比喻,新代就像是工具機界的蘋果公司,透過提供一個開放的界面,串連第三方應用,最終目標是形成上、中、下游,一套完整的智慧製造生態系統。

著重人才向下扎根的培育計畫

目前新代科技的研發團隊主要專注於創新研發機床自動化領域,但是他們並沒有忽略人才培育。蔡尤鏗指出,目前產業最缺乏能夠不斷學習、進化的跨領域「章魚人才」,向下扎根便成為公司重要的人才策略。

為了培養新一代的智慧機械及光機電自動化整合人才,新代科技每年都會舉辦暑期研習營,募集全台機械系優秀學生,由新代科技工程師親自授課,結合專業知識與動手實作,提供實習機會,並擇優提供獎學金。

「我們希望機械系的學生在大學時代就可以接觸到智慧製造的專業知識,並認知未來的路可以很寬廣,進而相信臺灣製造的品牌價值。」

重視研發人才的招募與團隊經營,絲毫不敢懈怠的研發創新及虛心傾聽客戶虛求,強化售後服務機制,再加上近年來領先市場的五軸控制器技術發展,以及緊跟著未來趨勢的智慧製造平台,新代科技的創新步伐邁得愈來愈快,帶著世界看見台灣製造的金色招牌。

五軸控制器簡介
定義:五軸控制器是一個可以控制五個座標軸(三個直線座標及兩個旋轉座標)的控制器,安裝在工具機上,輔助以馬達及電腦程式驅動,可以切割出複雜幾何形狀的成品
特色:與多系統整合,提供結合智慧化、全自動化及客製化的差異化服務影響:猶如工具機的大腦,對工具機產業發展極為重要市場
成就:兩岸五軸控制器兩岸最大供應商,中國市占率接近20%
研發困境:對精度要求為微米,必須研發高精度旋轉軸控制。在機器組裝上必須控制量測與補償各類型的誤差

關鍵字: 製造業


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