新型態產學研鏈結計畫團隊

智慧製造虛實系統整合技術-五軸數控重切削戟齒輪加工機開發

計畫主持人:國立中正大學前瞻製造系統頂尖研究中心 執行長 林清源                                                                                                         

計畫摘要

        本價創計畫將發展以智慧機械為設計基礎的創新戟齒輪加工機為終端產品。研究團隊包括具有豐富整機與零組件設計經驗之各校學者與法人,運用本研究團隊的齒輪雙面雙切削工法、直立式機台設計、智慧化數控路徑、適應性切削力、虛整合系統等關鍵技術,開發出相對優勢的成本、相同的加工精度以及友善的人機使用界面之機型以進入市場。

  • 結合中正團隊傘齒輪加工技術工程學理與法人單位精密機械設計經驗,設定並整合智慧機械所需的感測器和致動器裝置系統。
  • 同步建立虛擬-實體整合系統,使本產品在區域聯網,運程即時監控,大數據資量分析與長期使用健康診斷上均可主流雲端系統相連接。故本計畫提出智慧製造虛實系統整合技術-五軸數控重切削戟齒輪加工機開發。

團隊介紹

        本團隊組織架構如下圖所示,由計畫主持人及協同主持人負責全案之總督導,CEO負責執行營運計畫及掌控產品開發進度,並由校級鑑價暨內控委員會評估團隊內部控制之健全、合理性、有效性,以及智慧財產價值鑑定;另聘請科技顧問團隊給於科技研發、專利分析、產業分析、企業管理、與法律背景等專業諮詢。

圖1,團隊組織架構圖

(1)計畫主持人暨經營管理團隊執行長:林清源

        清大動機系碩士班畢業,曾任工研院機械所副組長,中興電工數控事業處副總經理,工研院智慧機械中心主任特助;早期帶領工研院精密機械設計團隊協助國內工具機業者主要機型設計開發工作,於中興電工集團負責製造體系升級與轉型,承攬來自美國應用材料(AMAT)、美國GE公司及漢翔、長榮等主要客戶業務。

    (2)協同主持人:馮展華、劉德騏

國立中正大學教授劉德騏博士

        畢業於美國密蘇里大學(University of Missouri, Rolla)工程力學研究所(1988)。曾任美國通用汽車公司,先進車輛研發部資深工程師(1988-1991)。

國立中正大學教授馮展華博士

        其專長在於齒輪原理與製造、機械設計及製造實務、電腦輔助機構設計、最佳化理論,曾經共同主持過國科會產學合作計畫多年,亦曾與工研院合作過多項研究計畫,目前擔任國立中正大學校長。

計畫目標       

        本計畫預定開發直立式戟齒輪加工機開發,及搭配該設備的戟齒輪刀具磨銳機。本團隊由產品開發、關鍵資源取得、供應鏈建立、生產技術建立、試量產,到最後市場銷售,擬定初、中、長期三階段營運計畫,其營運里程碑如下圖所示。

  1. 營運初期:以F280切齒機取代現有傳統齒輪加工機,此階段以單機銷售為新創公司主要收入,主要產品為F280切齒機;同時可支援柱狀及傘形齒輪加工為主要優勢,結合CNC控制及齒形閉廻路補償為技術亮點。
  2. 營運中期規劃:以S280磨齒機切入高階齒輪加工產業,同時帶動切齒機的整體銷售。
  3. 營運長期規劃:完成P400檢測機之開發並強化智慧製造功能,以整廠整線技術輸出齒輪使用者。

圖2,營運里程碑

市場壁壘       

        對於本產品的技術面而言,螺旋傘齒輪和戟齒輪為重要的相交軸和交錯軸傳動零組件,其製造機台的設計和製造技術門檻相當高,國內齒輪製造廠商大多仰賴國外昂貴的國外機種,然而此種機型無法與國內發展的雲端系統與物聯網系統相整合,如果產業界持續仰賴國外進口工作母機,將無法聯結本國在精密機械後端雲端計算與物聯網的優勢。高階技術軟硬體整合為本計畫成功的重點;本計畫合整機與零組件設計分析超過15年之各校學者與法人,運用本研究團隊的齒輪雙面雙切削工法、直立式機台設計、智慧化數控路徑、適應性切削力、虛擬-實體整合系統等關鍵技術,開發出相對優勢的成本、相同的加工精度以及友善的人機使用界面之機型以進入市場。本機為能專用中正大學前瞻中心團隊最新齒輪高效加工軟體技術,必須採用與市面上全然不同的新構型,此為突破戟齒輪加工市場壁壘之關鍵亮點。

圖3,市場壁壘突破技術關鍵

預期市場規模     

        根據台灣工具機計零組件工業同業公會整理,2015年金屬切削工具機累計出口金額約847億,其中齒輪切削工具機佔的比例約6.3%。齒輪切削工具機進出口值,如下圖所示,以美元兌換台幣32元計算,2015年出口值約54億,進口值約17億台幣。依據歐洲工具機工業聯會(CECIMO)報告,2015年歐洲工具機總出口額約186億歐元。若以齒輪切削工具機佔比例6%來計算,則出口值12億歐元。台灣出口的齒輪切削工具機主要為非數控的傳統機台,而台灣進口的機種主要為數控機台,其中又以歐美進口的戟傘齒輪加工機為主,機台價格依選配機能及軟體加值而異,約在2500~4000萬之間。一旦本計畫開發完成後,售價約為進口機台的50~60%,以此高性價比為銷售策略,未來預估5年內本產品在國內市佔率高達30%以上,以及全球約5%以上戟齒輪機市場佔有率。

圖4,2011-2015年台灣齒輪切削工具機進出口值