立志做到世界第一 金屬成形技術產學聯盟

 
2017/08/28 涂煥昌 | 特約文字編輯
林教授的「金屬成形技術聯盟」,以先進的技術,支援國內多家廠商,生產出極高品質的五金零件,外銷美、日多國。
航空零件是聯盟近年的支援重點,其特點是「少量多樣」。林教授利用先進的沖壓技術,能以較少的製作程序,較簡易的設備,達成航空零件製造嚴格的要求。
利用先進的沖壓技術,林栢村教授的團隊可以輕易打造出俱有複雜曲面的零件,並同時能兼顧輕、薄、與高強度。
工業4.0的核心概念是「數位化」與「智能」,林教授的團隊研發出一套讓電腦自行設計「數位模具」的軟體,作為國內發展「工業4.0」化的先驅。
「金屬成形技術聯盟」不斷研發領先全球的沖壓、鍛造成型技術,獲得國內外多項專利與重要獎項。
  • 林教授的「金屬成形技術聯盟」,以先進的技術,支援國內多家廠商,生產出極高品質的五金零件,外銷美、日多國。
  • 航空零件是聯盟近年的支援重點,其特點是「少量多樣」。林教授利用先進的沖壓技術,能以較少的製作程序,較簡易的設備,達成航空零件製造嚴格的要求。
  • 利用先進的沖壓技術,林栢村教授的團隊可以輕易打造出俱有複雜曲面的零件,並同時能兼顧輕、薄、與高強度。
  • 工業4.0的核心概念是「數位化」與「智能」,林教授的團隊研發出一套讓電腦自行設計「數位模具」的軟體,作為國內發展「工業4.0」化的先驅。
  • 「金屬成形技術聯盟」不斷研發領先全球的沖壓、鍛造成型技術,獲得國內外多項專利與重要獎項。
 

日常生活中我們常會碰到許多金屬材質的物品,如不鏽鋼餐具、手機金屬外殼、水龍頭與鐵釘等等,這些質輕、耐用的產品,都是用金屬打造出來的。高雄第一科技大學的林栢村教授,把工廠裡這種常見的「金屬沖壓」技術,積極發展到一個領先全世界的境地,並結合同好,成立了「金屬成形技術產學聯盟」,期望能把諸多先進的技術與想法,分享給國內相關的廠商,以利產業再升級。

 

悠久的技術 生活化的材料

 

考古學家認為「金屬材質」物品的出現,可說是人類脫離石器時代的一個里程碑;隨著「金屬材質」箭頭及各式金屬器具的陸續出土,顯示人類擁有冶金、鍛造、鑄造等,將「金屬」塑形、接合與加工的能力,並製造出有用的各種器具,已有一段不算短的時間。然而,由於生產不易,使得「產能」甚低,考古資料顯示,相對於其他材質,「金屬材質」的物品總是稀少許多。

 

「工業革命」之後,「資本主義」快速崛起,「工廠」形態的製造模式成為生產主流;而產線亦緊密結合有各式先進的科技,使我們得以更快速、更大量地製造出各種商品,其中尤以「模具」與「金屬成形」技術的應用,讓「金屬製」的產品,不再那麼稀有。「金屬材質」的東西在現代生活中已隨處可見,應是除「塑膠」商品之外,人們最習於使用的材質了。

 

精微沖壓成形 技術世界第一

 

「模具」堪稱是現代工業之母,若再配合「沖壓技術」,便能讓片狀的金屬原材瞬間就塑形成吾人預期的形狀;這種生產方式,能應付大部分尺寸「較不精細」的產品,但對於比較精微的產品,則因受限於「精密度」,與「金屬強度」的問題,若要做到量產,則需有極高的技術水準。

 

國立高雄第一科技大學的林栢村教授長期研究金屬「沖壓成形」的技術,在幾年前,他發現只要將精微沖壓沖頭的外觀略施巧妙的變化,便可透過應力的分散,而突破精微沖壓技術的限制,讓精微金屬的成形特性,得以大幅躍進;這項首創微凸脊沖頭(Microridge punch)的「精微沖壓成形」技術,至今仍然獨步全世界。

有此成就林教授並不藏私,反而成立「金屬成形技術產學聯盟」,積極推廣相關的技術,甚至,還邀請楊玉森教授、楊俊彬教授、及吳宗亮教授,一起加入聯盟團隊,擴大聯盟的服務深度,期望能在培育國內人才、推廣專業技術、及國家發展「工業4.0」 的目標上,盡一份心力。

 

全方位的團隊 全方位的支援

 

「金屬成形技術產學聯盟」是一個特別的團隊,其特點有二:一是,核心成員都曾服務於「工研院」或「金屬工業研發中心」,了解業界的運作形態與需求,因此在與廠商的溝通上,能夠暢行無阻,減少雙方磨合的時間;而出身「業界」,再轉投「學界」的經歷,讓團隊成員在技術研發上,大都帶有應用性,充分展現橋接「學術」與「應用」的特色。

 

特色之二是,核心成員,各自擅長「數位化模具開發」、「沖鍛成形」、「材料技術」與「自動化生產」,等領域,故在產品開發上,能提供廠商「Total Solution」:亦即,如果業界有目標金屬產品的量產需求,聯盟將可提供自最上游的模具設計與分析,結合各式先進的沖壓、鍛造技術,與材料選用的建議與處理,到最下游的自動化產線技術規劃,提供廠商一整條「從無到有」完整支援的生產線。

 

這種合作改善了以往的產學合作模式,廠商大都只能獲得某一項技術的移轉,僅解決了某單一的問題,但對於衍生、或後續的其他問題,則仍是束手無策。如今「金屬成形技術產學聯盟」提供的「一條龍式」的合作,應有機會幫助廠商真正解決問題,同時也提供了產業升級的機會。

 

「智能化」工業4.0的未來

 

「工業4.0」是2011年前後,由德國提出的一個生產概念,它統合了現下所有工業的相關技術,建立一個俱有適應能力、高資源效率的智能型工廠。「4.0」的意思,是暗指對第四次工業革命的深切期待。

 

林栢村教授曾前往德國取經,對「工業4.0」有其獨特的見解。首先,大部份人對於「工業4.0」的概念,容易用「智慧化」的工廠來詮釋,但林教授認為,應該用「智能化」工廠才比較貼切。這中間的差異是「intelligent」(智慧)與「smart」(智能),這也許是肇因於翻譯的盲點,但德國當初提出此概念時其意確是除了「智慧」之外,還要有「能力」去處理。

 

要發展「智能化」的生產,「數位化」是必要的先決條件,因為唯有數位化整個生產流程的資訊,才能及時聯接與掌握,並快速進行分析與應對。依照林教授的觀察,目前德國工業發展的特色是「快速整合」,亦即「效率」與「自動化」;而我國在「工業4.0」方向上,則是可以結合先進資訊產業的優點,進一步深耕「優化」與「預測」,如此應有機會發展出具有自我特色的方向。

 

以「金屬成形技術產學聯盟」的做法為例,在「數位化」開發產品的流程中,會先利用「光學量測技術」,建立目標產品的三維「數位模型」;接下來的「模具開發」便以該「數位模型」為基準,利用各種電腦輔助工具及數位化設備,同步進行模具開發的「分析」、「設計」、「製造」與「評估」;例如:實體模型(mock up)製作、產品成形「輔助面」設計、產品成形性分析、模具結構設計、模具零件加工、模具組裝、產品試製與產品精度驗證等相關流程。

 

以「數位化」方式開發產品,不但可以讓產品開發時程縮短、降低成本並提高品質,「數位化」所記錄的產品開發歷程,也可應用在員工教育訓練、相似產品開發、售後問題追查與對策等。

 

林教授表示,配合「智能化」生產,聯盟已完成「智能沖壓示範生產線」的建構。該生產線整合了四項先進技術,包含:電腦「自行」且「快速」完成沖壓模具設計的「結構零件設計」、「標準零件選用」、「零件出圖」與「零件表製作」等作業;即時檢測生產線上使用之沖壓材料及其處理是否正確,以減少沖壓品質變異;同步比對金屬成形分析負荷與實際成形負荷,以驗證沖壓產品品質;預測沖頭是否瀕臨損壞,便於及時更換沖頭,以避免不良品產生。

 

這個示範生產線展現了沖壓製造未來的方向,其最大的優點是及時「驗證」與「預測」,目前不但在包含德國在內的諸多先進國家所未見,比起過往在生產線上只倚靠「經驗」與「嘗試」的傳統做法,更是不可同日而語。

 

做到「世界第一」的條件

 

林栢村教授在「沖壓模具結構自動設計系統」、「精微沖壓成形」與「沖頭刀刃失效預測」等領域曾研發出獨步全世界的技術,對於如何才能做到世界第一,他表示只要「立志」就有機會;因為,唯有矢志做到「世界第一」,才會全心全意地投入,而無論是科學研究、研發技術或是任何領域,「全心投入」都是成功的不二法門。

然而,除了立定「大志」之外,林教授同時也點出另一個關鍵:短視的「淺碟文化」將是發展的最大障礙;如果成天只想立即獲得成效,那便不可能花心思,去厚實「根基」,而沒有堅實的基礎,哪有可能領取世界頂尖的桂冠?台灣在很多領域都有一些領先世界的技術與人才,也有機會能與歐美各先進國家一較長短;但在心態與觀念上如果不能夠看遠一點,想深一點,將會坐失良機,那就非常可惜了。

 

註:林栢村教授研究團隊獲科技部106年度「產學技術聯盟合作計畫」補助(計畫名稱:金屬成形技術產學聯盟,執行期間:2017/02/01~2018/01/31)。科技部推動「產學技術聯盟合作計畫」之目的,係為促使大專校院及學術研究機構有效運用研發能量,以其已建立之核心技術與相關之上中下游業界建構技術合作聯盟,以協助產業界提昇競爭能力及產品價值。

 
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