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汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

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汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

▲目前3D金屬列印技術已經可以打造火箭,用來製造內燃機不是問題,成本與產能才是!

第六篇報導當中,已經提到未來「3D列印+智慧工廠」具備下列三項驚人優勢:

優勢一  材質非常多元、特性充滿變化

優點二  造型無限、修改簡便、一體成形

優點三  材料耗損低、不需要模具、大幅降低成本

本篇將繼續闡述其他四項優勢(總結),讓讀者可以通盤瞭解未來的輕工業趨勢:

優勢四  全數位化研發與生產,加速產品更新頻率

優勢五  品管、易地、小規模、大規模製造更為容易

優勢六  降低庫存、倉儲、缺貨、待料焦慮

優點七  車輛、飛機、船隻、電器、家具…不同產品甚至不同品牌都能「混線生產」

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▲使用3D金屬列印製造的飛航渦輪噴射引擎(外燃機)

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▲Ford性能研發部門使用3D金屬列印機少量生產高性能引擎用進氣歧管

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▲在特殊工業用途方面,3D列印可以將數十個零件整合為一個!

智慧工廠  萬能產線  大小通吃

優勢四  全數位化研發與生產,加速產品更新頻率:3D列印其實是個「統稱」,箇中技術依然五花八門,但所有3D列印機都可以稱為「數位製造業」,這是工業4.0的精髓之一。以汽車研發與製造為例,昔日研發一輛車必須經過油土模型與各種實驗模具開發階段,中間還要經過無數次修改才能成為最終定案,電腦只是站在「輔助」而非「主導」地位,且實際成品還要考慮工廠能不能量產,完全突顯論與實際的強烈落差。

然而在數位製造的年代,電腦設計完成後,「只要一個按鍵」成品就會被製造出來,可以立即進行測試與修改,如果不符合標準,傳統模具生產方式必須「砍掉重練」,但數位製造可以輕易進行局部修正與測試,過往經驗值更容易堆加上去,省略龐雜繁複的研發程序,大幅增進研發效率與品質。

當年,Dyson花了五年的時間,測試了5,127個試驗原型,最終才研發出最滿意的「吸力不衰減」無濾網耗材氣旋塔式吸塵器,可以想像這五年大部分的時間都花在「製造與修改5,127個實驗模型」而不是在做實驗!如果談到汽車研發,那絕對是艱辛百倍,研發吸塵器、吹風機、電風扇…都比汽車引擎容易的多,畢竟前者不需要用到艱澀的「熱力學」。

未來數位製造科技實現之後,今日需要三~五年的新車研發時間,未來將縮短在一年以內,否則就會被淘汰並大聲哭喊「如果還有明天」!這對消費者來說只有一個「爽」字可言,但別以為汽車產業將欣欣向榮一片藍天,事實上各車廠最後可能都是灰頭土臉,高效研發對工程師來說乃是「無間地獄」般的試煉,完全沒有休息時間!因為「極快」的相對名詞就是「極為競爭」,稍微偷閒就會被超越,相信所有R&D人員都能體會。講到這裡,相信CPU、LED、液晶螢幕、手機…等研發工程師一定很想流淚!昔日郵局壟斷小包裹宅配,爽爽過日不會被「奪命連環Call」拼命催;今日網購拼1小時快速到貨,美食生鮮20分鐘到府直送,一堆物流士超速、蛇行、逆向行駛拿命送貨,「快」沒有錯,但太超過反而罪過!如何導正成為良性競爭,這問題值得深思。

優勢五  品管、易地、小規模、大規模製造更為容易:在傳統製造業的思維當中,有句話可以這樣說~有一種懶,叫做老闆覺得你很懶!畢竟「人」的效率高低落差相當大,厲害的員工可以替老闆創造極高的企業價值。但未來,有句話可以這樣說~有一種快,叫做老闆覺得你不夠快!這無關勤勞與否,因為生產線已經不需要大量的人力,那人要做什麼?答案就是規劃、管理、設計、創意…需要動腦筋的事。畢竟靠人力的時代,效率增進三倍並非不可能的事,老闆絕對會給你拍拍手但不保證加薪;但是在未來全自動化生產的年代,效率增進「十倍」並非不可能的事!因為「3D列印+智慧工廠」有一項傳統產業辦不到的特質,那就是「品管、搬遷、分散、集中」更為容易。

3D列印有一個特質,那就是程式無誤、材料無虞、機台一致,不論在先進國家或是落後國家,生產出來的成品都能達到一致的品質,變因相對少。相較下,傳統製造業經常存在鍛造壓力不夠大、真空泵退化、模具耗損與變形、熱處理溫度控制失常、CNC機台年久失修造成精度誤差、原料供應商偷斤減兩、上游供應商偷工減料…等品質疑慮,若牽扯到手工的部分,那變數更大!

使用3D列印技術後,因零件簡化,可大幅減少協力廠商,品管更為可靠。此外工廠不論是要縮編、擴編、拆解、訂單瞬間爆量需要尋求廠外短期生產支援、受到疫情影響需要快速搬遷、接到全新訂單需要修正生產線、面臨轉型必須做全面調整…,以上問題對於傳統產業來說都是鳥事,但是對於智慧工廠來說乃是好事,因為彈性大、容易改變,不但更能適應環境也更容易生存。

基於此,未來設置智慧型工廠「地點」的考量,廉價勞工不再是衡量的基準,土地成本、在地消費水準、可靠且低廉的電能、高速且保密的5G網路、妥善快速的交通建設與物流服務,這才是發展智慧工廠的本錢。台灣目前存在最大的疑慮,其實不是消費、電力、網路、交通等問題,而是長久以來炒房炒地皮的惡習與劣法,導致土地成本「超級高」難以吸引外國廠商來投資!

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▲昔日渦輪葉片輕量化必須靠昂貴的鈦合金,使用3D列印技術後可以從結構下手。

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▲未來中小型工廠不需要太多人力,工作環境乾淨無震動噪音,而且可以跨領域生產多樣產品。

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▲今日消費者很習慣左方的零件,未來則是會進化成右方的樣式,重量可減少30%以上,金屬使用量可減少50%以上,不懂機械製造與應力結構、有鏤空斷裂障礙的人可能會很不習慣!

優勢六   降低庫存、倉儲、缺貨、待料焦慮:在傳統製造業的經營思維當中,生存之道乃是大量生產、以量制價,相對的必須具備一定的原料、零件、半成品、成品庫存,勢必會增加倉儲、管銷、物流等成本,而且任何環節一旦出問題,整個供應鍊就會失衡甚至斷鍊。

然而3D列印科技普及後,大量生產的思維會漸漸轉為「量身客制、受訂生產」等大方向發展,很多大型工廠也會拆解為區域型小規模工廠,並轉型為多功能複合式智慧工廠。此時,如果廠商還在搞大型倉儲、大量庫存、長途貨運…,其成本壓力一定會把企業壓垮!

優點七  車輛、飛機、船隻、電器、家具、不同產品甚至不同品牌都能「混線生產」:重頭戲來了!如果大量使用3D列印技術生產汽車,大幅減少甚至完全不使用模具製造,那麼未來一輛汽車的智慧財產精髓,說穿了就是一堆設計與製造程式、一個高容量的隨身碟。換句話說,只要偷取了程式,就等於偷走了整條產線!然後找一個設備等級相同的智慧工廠合作,即可產出一模一樣的車型,竊取、盜版、修改、複製變的非常容易,甚至可以做到「青出於藍」小改更厲害、贗品超越正品的境地!因此「保密」這件事,在智慧工廠裡乃是與品管一樣重要的事情,5G科技之所以非常重視「資訊保護」可想而知,美國與中國之間的大戰,竊取工業與軍事機密也是導火線之一,未來不會消失只會越演越烈。

一輛車既然就是一堆程式,那麼轉換工廠或是易地生產就會變的非常容易,企業間談結盟、合作、代工也變得更容易更輕鬆。再來想想其他發展空間,在台灣一輛汽車一定要有空調系統,汽車生產線既然要生產與裝配壓縮機與冷凝器,何不順便生產個電冰箱或冷氣機呢?反正不用模具,箱型結構直接3D列印就行。未來的電動車進入自駕領域之後,為了娛樂車上的乘客,大型液晶螢幕與多聲道音響絕對是標準配備,工廠內既然有此現成機件,為何不順便生產電視機、顯示器、平板電腦、筆記型電腦、手機等相關商品。

以上是向下延伸,如果向上呢?一座智慧工廠既然能夠生產汽車,如果空間足夠、設備支援,為何不生產貨車、中巴、卡車、聯結車?甚至可以生產捷運與雙層遊覽車!既然可以生產大型商用車,為何不能生產輕航機、直昇機、漁船、遊艇?目前人造衛星、載運火箭、燃氣渦輪引擎(飛機使用的外燃機)已經可以用3D金屬列印技術製造,未來需要努力的地方就是成形更精進、效能更迅速、價格更便宜,技術方面已經不是問題,目前礙於設備成本太高、生產效率太差,否則,很多傳統工廠、工藝、工頭、工人、工匠、工具…通通都會消失!

汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

▲使用3D金屬列印製造的「橋樑」!3D列印技術都可以用來製造飛機的機翼,造橋當然不是問題。

汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

▲目前對於3D列印最感興趣者並非汽車業,而是醫療業,尤其是牙醫!

汽車、飛機、遊艇、電器…同廠生產!《3D列印+智慧工廠》非常神奇(七)

▲3D列印機結構並不複雜,難就難在關鍵技術以及生產速度,未來還有很大的進化空間,不只是成品的剛性與強度表現,還有成本與產能,但是在過渡時期,3D列印用於研發輔助以及模具製造相對有利,直接用於成品製造,目前還是不能和傳統製造業相抗衡。

當然,要到達這一天,其實還很久,但問題不在於何時來臨,而是企業與消費者有沒有準備迎接這一天的來臨!最後來談談一個真實案例:大約在2000年的時候,攝影界開始慢慢進入數位相機的年代,初期數位相機的像素不高、品質不好、價格昂貴,當年個人在龍潭TIS賽車場拍各種比賽時,使用的器材依然是底片相機,一日要消耗20~40捲不等的幻燈片,每逢週五比賽前,都會在雜誌社的暗袋內,靠雙手的觸感分裝100呎大底片,技術門檻比起摸麻將只差一點點!寧可付出高昂的底片沖洗費,也不可能將數位相機放在胸前,但短短3年,數位相機完全驅逐傳統135鐵殼底片!

此時很多攝影老前輩,還覺得未來的世界是「低階數位、高階底片」,反正很多攝影工作者還擁有中型相機,常見底片規格為6×4.5~6×9公分,遠大於一般單眼相機的24×36mm,專業攝影者甚至擁有大型相機,底片尺碼達4×5英吋或8×10英吋!想說數位相機再厲害,也不可能追上這麼誇張的解析度。沒錯,當年的數位相機確實辦不到,但後來也不需要辦到,因為「數位相機+Photoshop」就能輕易克服此問題,而且完全不需要暗房,無須長時間沖片等待,以及關在紅燈房間內暗無天日的忍耐!沒錯,差不多又過了3年,中型相機與大型相機都成為「裝置藝術品」,只能來證明個人的資歷以及年紀,但已無關技術,不禁令人唏噓!

今日的3D列印機與無人工廠,分開來看,好像都不怎樣!嗅不出絲毫能掀起革命的氣息。但未來的量產型3D金屬列印機+智慧工廠,其威力就像是「數位相機+影像軟體」那樣可怕!早年還在黑白攝影的年代,美國知名風景攝影師安瑟 亞當斯曾說「許多攝影師辛勤耕耘一年的時間、才創造出一幅好作品」!但現在呢?因數位化高效率的緣故,別說是一年、一月、一天,有時候「一小時沒有創造出一張滿意的作品」都覺得對不起自己!更誇張的是,以往錄影與攝影是二種不同的專業,但今日二者已漸漸合併,不只併在相機(錄影機)裡,且早已結合在手機當中。

編輯觀點

最後,3D科技的進步會對產業帶來多大的衝擊?首先考驗工廠與企業的眼光與轉型速度,比如說HP Metal Jet這台量產等級3D金屬列印機普及後,企業主必須審慎評估此機器能不能生產出高強度的關鍵零組件?可否淘汰傳統高端工藝?如鍛造製程高強度輕量化鋁圈或車體硼鋼鈑件?當然,目前還是不能,僅能針對現有生產模式進行優化無法大量汰換。沒錯,科技的進化並沒有這麼快,無法瞬間改變整個產業,一切還是循序漸進,但是業主必須時時緊扣科技趨勢並勇於挑戰,否則很容易成為下一個Nokia或Kodak!

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