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机械资讯 773期

推动「智」造转型助攻台湾木工机械再发光

文/财团法人精密机械研究发展中心
智慧化设备发展处 邱俊达 专案经理

1 前言(全球木工机械产业现况)

依据ITC(International Trade Centre)资料(表1),2020年全球木工机械出口值金额约为80亿美元,以中国大陆位居第1位,占全球木工机械出口值比例的23.9%(18.92亿美元),其次是德国22.4%(17.72亿美元)及义大利14.5%(11.46亿美元),我国木工机械在全球的出口排名第4位,出口值金额约为7.13亿美元,占全球出口比例的9.03%,在国际市场上占有举足轻重的地位,我国木工机械于世界市场之产品定位如图1所示。
我国木工机械85%以上为外销,公会会员厂商数约251家(图2),多属中小型企业,超过8成的厂商集中在台湾的中部地区,以丰原、神冈等地区为主。经营10年以上的厂商约有200家,20年以上者约有30家,厂商从业人数约5,000人。木工机产业具有健全卫星体系,厂商可在短时间内取得所需的零件相互支援供应,是台湾木工机械发展最大优势,图3为2016~2020年木工机械产销概况。
依中华民国海关进出口资料库显示,2020年01~12月份我国木工机械总出口总额为708,564千美元,与2019年相比整体成长21.5%,约125,333千美元。木工机前5大机种分别为「锯床」、「车床及其他木工机」、「刨床、铣床或模制机」、「磨光机、砂光机或抛光机」、「木工钻孔机或榫眼机」。台湾木工机械出口前5大国依序为美国、中国大陆、加拿大、越南、德国,与2020年同期相比,美国市场成长49.1%,中国大陆市场成长26.1%,加拿大市场成长22.9%,越南市场衰退20.4%,德国市场成长11%,表2为2020年01~12月台湾木工机械前15大出口国家统计分析表。
受惠于2020 年美国和中国大陆采取QE宽松货币政策,带动其房市活络销售量,再加上美国因COVID-19疫情影响,消费者大多居家修缮而对DIY所用工具之需求增加,而美国贸易战也抑制美国本产业通路商对中国的采购,再加上国内家俱厂商因美中贸易战和COVID-19疫情等因素影响,而将产能移回国内生产,进而带动整体木工机产值,而 2021 年第1~2季美国房产景气仍将维持高档,预期可带动本产业产、销值年增率呈现明显成长态势。
依中华民国海关进出口资料库显示,2020年01~12月份我国木工机械总出口总额为708,564千美元,与2019年相比整体成长21.5%,约125,333千美元。木工机前5大机种分别为「锯床」、「车床及其他木工机」、「刨床、铣床或模制机」、「磨光机、砂光机或抛光机」、「木工钻孔机或榫眼机」。台湾木工机械出口前5大国依序为美国、中国大陆、加拿大、越南、德国,与2020年同期相比,美国市场成长49.1%,中国大陆市场成长26.1%,加拿大市场成长22.9%,越南市场衰退20.4%,德国市场成长11%,表2为2020年01~12月台湾木工机械前15大出口国家统计分析表。
受惠于2020 年美国和中国大陆采取QE宽松货币政策,带动其房市活络销售量,再加上美国因COVID-19疫情影响,消费者大多居家修缮而对DIY所用工具之需求增加,而美国贸易战也抑制美国本产业通路商对中国的采购,再加上国内家俱厂商因美中贸易战和COVID-19疫情等因素影响,而将产能移回国内生产,进而带动整体木工机产值,而 2021年第1~2季美国房产景气仍将维持高档,预期可带动本产业产、销值年增率呈现明显成长态势。

2 W-Team开启台湾木工机械新纪元

台湾木工机产业发展已经有30年的历史了,在国际上也已经奠定一定的市场基础与地位;不过,台湾木工机械厂商主要还是以单机销售为主,单打独斗,市场经营相当辛苦,而国外的业者早就以整线智动化为发展方向,也独占了国际高阶的木工机设备市场。在近年中国大陆与东南亚工资高涨下,使得木工机械朝整线智动化发展以减少人力依赖成为趋势,目前国际上领先的德国、义大利等大厂亦都是早就以整线智动化为产品主力并占有市场。
政府有关注到我们木工机产业发展的困境与挑战,101年成立「W-Team联盟」,产、官、研三方凝聚,「政府耐心促成、厂商有心投入、团队用心执行」,由经济部工业局指导,台湾木工机械工业同业公会推动,财团法人精密机械研究发展中心辅导下,成功建置10条W-Team 木工机械整线设备开发,包括:「W-Team 1自动化实木地板线」、「W-Team 2自动化指接备料线」、「W-Team3 智慧型板式家具线」、「W-Team 4自动化实木拼板裁切线」、「W-Team 5橱柜家具多功能量产线」、「W-Team 6单板木皮加工产线」、「W-Team 7自动化蜂巢结构胶合板备料线」、「W-Team8木屋木材结构加工生产线」、「W-Team 9木衣架自动化生产线」、「W-Team 10防火门自动贴合生产线」,其中W-Team 6、W-Team 10成功销售至国内终端使用客户,产品可应用于家具、装潢建材及木质防火门等,协助木工机械业者建置由单机销售转型为整线销售的创新营运模式,至今销售近200条产线,创造销售产值达新台币14亿元。

3 推动「智」造转型

机械产业向来是制造业的火车头,亦是各国制造实力的展现,而机械产业的转型更是各国制造业较劲的重点,故智慧机械被蔡总统列为5+2产业创新政策之一,目的是将台湾精密机械升级为智慧机械。因此,经济部推动「智慧机械产业推动方案」,设定「智机产业化」及「产业智机化」为目标,并以「碁盘扎根化」、「系统智慧化」、「服务整合化」为智慧机械发展3层次目标,透过强化智慧机械自主技术,协助我国企业进行数位转型,或发展以解决方案为基础之智慧机械产品。期能藉由整合各种智慧机械元素,使机械设备具备相关智慧化加值功能,例如故障预测、精度补偿、自动参数设定与优化生产排程等,使产业具备提供完整解决(Total Solution)方案之能力,提供整体解决方案及建立差异化竞争优势,并塑造机械产业完整价值链,促使推动产业智慧制造,打造台湾成为亚洲高阶制造中心。
精机中心运用产业辅导机制,发展产业所需之生产管理单元或服务应用系统,协助制造业导入智慧机械应用,提升生产效能,且以「碁盘扎根化」协助产业扎根强化基础工艺,以及「系统智慧化」深化产业机械业者实施虚实整合,辅导业者以感测器应用、自动化周边与设备的物联网技术,发展产业机械单机或系统所需之智慧化技术与关键模组,精机中心以3个亮点案例重点说明如下:
• 亮点案例1:恩德公司-「智机化开板生产线暨AGMVP云端平台」
恩德科技从最早期「W-Team 3智慧型板式家具整合生产线」,一直以能为全球市场提供一流工程与高品质产品感到自豪,同时透过各地区办事处,子公司、区域代理商来提供本地服务来保持客户联系。除了位于台湾的主要生产基地外,恩德集团在德国,墨西哥、巴西皆有生产据点,藉由全球策略规划之区域办事处与研发中心来为客户提供世界一流的销售与技术服务。
109年10月20日于恩德科技办理「智慧制造未来式研究主题展示活动」(图6),恩德科技从单机生产、板材之加工搬运、收料等作业须4人作业人力的传统作业模式,透过智机化门板生产线的开发,仅需1人作业人力,上下料周边整合系统,降低劳动支出与减少工安意外发生。
本案开发AGMVP生产管理系统(Anderson Group Machine Vertual Platform)(图7),搭配恩德新研发之WoodCAM Plus、 WoodCAM Nesting优化排版软体与CNC加工程式,精机中心的云端智慧诊断与后端生产资讯整合技术、刀具寿命与主轴健康预诊,架构「智慧化开板生产线暨AGMVP云端平台」,打造智慧化板材生产线,整合恩德自行开发的软硬体,汇整生产资讯。再依据使用需求不同,拆分成只需要注意生产资讯、机械稼动的管理介面,即时了解机器各部状态的操作管理介面,能立即提供机器操作历史的客服介面,产线资讯可以透过云端传递到使用者手机,延伸厂房讯息到客户服务和业务端同步监控产能系统资讯,成功外销国外终端客户,开发成功后AGMVP生产管理平台将扩大整合恩德集团-喷绘机事业部,扩大服务版图。
• 亮点案例2:胜源公司-「智慧化实木备料生产线成果发表暨交流观摩活动」
胜源机械自成立以来一直兢兢业业在台湾的木工机械产业耕耘,从最早期「W-Team 2实木指接备料生产线」、107 年「木工机产业首家导入 TPS 精实管理系统」与「荣获第 5 届潜力中坚企业」,以及 108 年 01 月行政院苏院长(贞昌)参访胜源机械、109年「中小企业加速投资行动方案」,苏院长(贞昌)大赞肯定「胜源机械」是台湾之光,「台湾的胜利」就从此为源头,目前更是台湾最大的专业四面刨木机领导厂商,四面刨木机的市占率更是位居世界第2,以自有品牌「LEADERMAC」行销全球。
109年10月21日于胜源机械办理「智慧化实木备料生产线成果发表暨交流观摩活动」,透过精机中心辅导胜源公司建置「实木备料暨LMC智慧化系统示范产线」,开发具备刨木及锯切的10轴刀刨木机。传统实木备料倚赖大量劳力生产,费时、费工,生产方式大多皆以传统单机生产为主,进行板材之加工搬运、选料、进料、收料及叠料等作业,藉由10轴刀刨木机设计,搭配周边自动分叠料系统等开发,解决传统实木备料单机设备繁琐作业,整合为智动化生产线,并导入设备联网数位化(IaaS)、联网服务平台(PaaS),使刨木机具备智慧化功能,透过开放式工业用云端来撷取机台电流资料以及建构自有的「DreamSet智慧化系统平台」,有效提高产能与生产效率,成功销售至国内终端客户。
此次成果发表暨交流观摩活动,邀请国内产、官、学、研专家共同观摩胜源公司于台湾木工机产业发展与推动,藉由整合上下料周边整合系统(进料/堆叠系统)协作,大幅降低劳动支出与减少工安意外发生,并导入智慧化元素开发,产线设备在线监控功能,让胜源机械能随时随地掌握客户的设备使用率,提供客户使用设备最佳化,并结合大数据分析,掌握刀具、机具使用状况,提高数据透明度,使客户对于各产品适用之刀具选择更清楚明了,进而提升客户生产效率、降低客户生产成本,达到木工机械制造厂与木材加工厂双赢局面。
• 亮点案例3:精机中心-AIAOI瑕疵检测技术
工厂自动化生产已日趋普及,但对于品检的部分仍须投入大量人力进行目视检查,在人员工时运用及手抄品管纪录皆是造成管理上的耗损,而精密机械研发中心观察到,至今自动品检的困难其实是瑕疵型态变异太大,使用一般视觉演算法无法辨识瑕疵,因此才会雇用大量品检人员来确保产品出货品质。为了解决此种问题,精机中心投入人力开发AI瑕疵检测技术,藉着AI能够自行学习特征的特色解决一般视觉检测演算法面临的瓶颈。此AI能够一并获取瑕疵位置、尺寸及瑕疵种类,搭配允收条件即可直接判定产品NG与否;另外,精机中心透过云端服务让操作者能够使用高阶主机训练模型,使模型不断优化,藉完整的AI系统,让产业走入自动化品检,自给自足教导模型、训练模型及使用模型,以AI与云端的结合,突破产业的困境。
「AIAOI瑕疵检测技术」不需要繁锁的软体开发,内建的演算法可以透过瑕疵样本进行训练,并创建其参考模型,训练的步骤简单,只需执行以下3步骤:
(1) 收集「瑕疵样本」的图像,载入系统。
(2) 透过系统让这些瑕疵样本进行训练,以学习并创建参考模型。
(3) 持续进行测试及微调,并开始检测异常。可以快速识别和分析缺陷区域,同时理解样本外观的自然变异,最重要的是,模型学习的瑕疵样本越多,检测能力越强。

4 愿景

综述以上,对于台湾木工机械产业而言,2020年因新冠肺炎疫情关系,全球经济受影响下,台币升值、原物料涨价、缺柜导致运费大涨等因素;2021年因疫苗不足,全球疫情并未趋缓,市场也尚未复苏,惟独将重心放在欧美国家的业者,因小型DIY 设备需求大增及受到中美贸易战转单效应的影响而获利,且台湾普遍木工机械制造商通过欧洲CE认证,可直接进入欧美市场,反观中国大陆为数不多木工机械生产生通过CE认证,纵观之下目前是稳固欧美市场并打开品牌知名度最好时机。市场重心于他国的业者,面对大环境不景气,重新审视企业体质及整顿体系将会是不二法门,加强人员教育训练,提升人员技术水平,导入数位化及智慧机械并持续开发智慧单机/生产线必定能加速产业之蓬勃发展。
另外,台湾木工机械的竞争对手德国与义大利已进入数位化、智慧化的领域多年,台湾木工机械业者想要追上一定要将产业转型才能拉近与德、义竞争对手的距离,同时展现产品的差异化突显性价比并且能够弹性的客制化,才能与中国大陆抗衡,期盼携手协助木工机产业转型,迈向智慧机械、产业智慧化,相信在产业与政府共同的努力之下,引领业者导入数位化及智动化,台湾产业必将迈向智慧机械,提升全球市场的竞争力,再创智慧制造的国际典范,一起期勉为我国木工机械出口缔造新高峰,迈向世界第3大出口国的目标扎下深厚的根基。
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