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富田電機 工業4.0加值馬達創新製程 創造電動車動力系統新藍湖

富田電機
工業4.0加值馬達創新製程 創造電動車動力系統新藍湖

 

圖說:富田電機總經理張金鋒參與「智慧機械-產業聚落供應鏈數位串流暨AI應用」計畫啟動數位轉型,導入智慧供應鏈與AI應用技術,整合關鍵零組件業者,提升生產效能,優化製程,展現台灣製造電動汽車的實力。
圖說:富田電機總經理張金鋒參與「智慧機械-產業聚落供應鏈數位串流暨AI應用」計畫啟動數位轉型,導入智慧供應鏈與AI應用技術,整合關鍵零組件業者,提升生產效能,優化製程,展現台灣製造電動汽車的實力。
三月的苗栗銅鑼工業區,正被爆竹花花海包圍,映照著火紅標示「TESLA Supercharger」(電動汽車超級充電站)的告示牌,從苗栗交流道下來僅須十多分鐘,這裡不僅提供電動車快速充電,還設有便利商店讓車主也能休息,喝杯咖啡,欣賞山丘上各色變化的美景。這是富田電機苗栗銅科廠區經營的充電站,彰顯出富田電機與特斯拉深厚的合作關係。

2005年富田電機以豐沛研發技術打入特斯拉電動汽車關鍵零組件,如今特斯拉入列兆元企業,其關鍵技術廠商富田電機來到成長高峰期,更積極接軌工業4.0啟動數位轉型,導入智慧製造建立國內最大的電動車動力系統生產基地,更將以從賣產品轉為賣解決方案的新定位,迎接電動汽車爆炸般成長的時代。

電動車大廠特斯拉(TESLA)市值持續創新高,擠身美國前六大市值公司,2021年入列「兆元企業」。這間特斯拉的重點供應商之一,就是距離美國1,224公里,位在台灣苗栗的富田電機。自1988年創立至今,富田以豐沛的技術研發能力,為特斯拉電動汽車研發並生產製造馬達動力系統,助攻其坐穩全球最大電動汽車的寶座。更讓張金鋒眉開眼笑的是,與特斯拉合作在業界激起陣陣漣漪,使得日本百年汽車廠也委託富田開發電動車動力系統並積極量產上市,讓總經理張金鋒近年積極打造「馬達問題解決者」的品牌價值顯得熠熠生輝。

對照現今富田電機的榮景,17年前張金鋒排除眾議孤注一擲,讓特斯拉積欠應收款高達數億元依然力挺到底,旁人事後諸葛,讚嘆其慧眼識英雄容易,但當時卻是攸關公司生存的艱難抉擇。
 

 

技術創新 把乞丐生意做成獨門商機

張金鋒是典型工程師性格,對技術研發狂熱;工業馬達市場是技術與資金密集的產業,市場主導權掌握在東元、大同等集團手中。張金鋒曾在馬達相關企業負責研發設計、品管、業務、管理等工作,磨練出一身硬底的技術後創辦富田電機。在無法與大廠相抗衡的狀況下,張金鋒選擇專攻客製化工業馬達。對於他而言,不是在研發,就是正走在研發的路上。

實際上早期台灣有小馬達王國的美譽,但其中的關鍵元件 – 主要作為轉換能量功能並可降低電力輸配的電磁鋼片(屬於軟磁材料,因含矽量0.5~3%,又稱矽鋼片)多由日本進口,讓產品在銷量與推廣上屢被掣肘。
1989年,中鋼自行研發矽鋼片(Silicon lamination),雖然研發的產品在鐵損值較高,屬於較低等級的矽鋼片,雖非主力產品但也開始大量提供給國內小型電機廠。這般操作讓張金鋒宛如撿到寶,將新材質應用在工具機、橡塑膠的相關領域馬達開發。「我們的產能比不上大廠,只能挑少量、客制化的訂單。」張金鋒笑稱那時都做「乞丐生意」練功,竟也讓富田在工業用馬達站穩腳步。
後來經由中國生產力中心輔導,並以交流感應伺服器馬達的研究案,進一步申請經濟部工業局推動的「主導性新產品開發計畫」,同時積極參與馬達研發聯盟。因這層關係,2005年當時默默無名的特斯拉派代表來台尋找生產電動車馬達的供應商,便與富田電機一拍即合。

張金鋒表示,「那時電動汽車還是相當新穎的概念,富田也沒有生產製作汽車馬達的經驗。但我認為這是富田自傳統工業馬達製造廠跨入電動汽車領域的機會。」張金鋒表示,當時傳統汽車的馬達重達數百公斤,體積又大,轉換到電動汽車則要符合輕、小、環保的需求,技術、材質都是新挑戰。
另一方面,中鋼持續研發、改良矽鋼片的等級,功能與品質逐漸取代進口產品,能協助馬達業者提升效率,降低生產成本,滿足富田開發特斯拉電動車馬達的無限挑戰。

研發本是一條燒錢的不歸路,比得是誰的氣長。富田為特斯拉開發馬達系統,隨之而來則是積欠越來越多的貨款,卻收不到從特斯拉來的應收帳款,那是比富田資本額還要多出兩倍的研發成本,讓身為總經理的張金鋒飽受股東壓力。「被逼急了我就回答自己是失職,含混過去。」

直至Model S上市後收到貨款方緩解財務壓力,正所謂計畫趕不上變化,沒想到Model X上市又幾經波折,「真正等到2016年Model 3量產上市、特斯拉的營運才真正上軌道後,富田也順勢成長」,這中間長達十年的開發期,壓力真難以為人道之,張金鋒說。這過程雖然辛苦,但張金鋒的眼光看得遠,富田電機同年則投資15億元於新竹科學園區苗栗銅鑼大興土木,設置專用電動載具量產生產廠區廠區(簡稱銅科廠)並於2018年正式啟用,並獲得Model S/X車款的動力馬達訂單。
圖說:富田電機苗栗銅科廠區,火紅標示「TESLA Supercharger」(電動汽車超級充電站)的告示牌,在在彰顯出富田電機與特斯拉深厚的合作關係。
圖說:富田電機苗栗銅科廠區,火紅標示「TESLA Supercharger」(電動汽車超級充電站)的告示牌,在在彰顯出富田電機與特斯拉深厚的合作關係。圖說:中鋼自行研發矽鋼片(Silicon lamination),協助馬達業者提昇效率,降低生產成本,助攻富田成為特斯拉電動車的關鍵零組件的夥伴。圖說:中鋼自行研發矽鋼片(Silicon lamination),協助馬達業者提昇效率,降低生產成本,助攻富田成為特斯拉電動車的關鍵零組件的夥伴。
 
圖說:銅科廠的沖壓生產流程導入智慧生產製造系統(MES)串連現場CPS系統,建立製品管理物料追溯管理;人員行動裝置報工,生產工時統計等,並透過生產電子看板掌握生產效率。

圖說:銅科廠的沖壓生產流程導入智慧生產製造系統(MES)串連現場CPS系統,建立製品管理物料追溯管理;人員行動裝置報工,生產工時統計等,並透過生產電子看板掌握生產效率。
圖說:富田電機導入AI技術建立製程模型,優化馬達熱處理製程,避免人為經驗品質參差問題,產品良率由48%提升到60%。

圖說:富田電機導入AI技術建立製程模型,優化馬達熱處理製程,避免人為經驗品質參差問題,產品良率由48%提升到60%。
圖說:富田電機佈局電動車的動力系統,建立起從賣產品更賣解決方案新市場定位,讓日本百年車廠也洽談合作。
圖說:富田電機佈局電動車的動力系統,建立起從賣產品更賣解決方案新市場定位,讓日本百年車廠也洽談合作。
精實管理 接軌工業4.0啟動數位轉型

隨著特斯拉Model 3車款銷售量從96萬輛激增至140萬輛,成為全球第一台銷售破百萬輛電動汽車,富田在衝刺產能之時,生產效率與品質良率問題逐漸浮上檯面。過去富田與上游供應鏈業者在採購流程,例如:請購單、報價單、出貨單習慣以電子郵件(Email)、傳真甚至是紙本郵寄方式聯繫,無法即時傳遞資訊且容易發生人為疏失。又因為採購時間及等待時間過長,影響生產排程,進一步拖延交貨時間,若遇急單想要插件排入生產流程難以處理,絲毫沒有彈性可言,更無數位化資訊及時回覆客戶進度。

此外,研發製造端全憑經驗、缺乏數據;現場生產報表依賴紙本紀錄,缺乏生產履歷電子化管理與溯源機制;熱處理製程良率偏低;品質檢測過於倚賴人工,誤檢機率高。

張金鋒積極申請工業局推動的「智慧機械-產業聚落供應鏈數位串流暨AI應用」計畫,並以「富田供應鏈車用馬達智慧製造暨AI應用計畫」接軌工業4.0啟動數位轉型。透過計畫,富田建置「供應鏈協同管理系統」推動上下游供需數位串接機制,透通供應鏈生產資訊,縮短下單供料的時間。「傳產要成功導入智慧生產,人是轉型成功與否最大的關鍵。」因為零組件業者多數為中小企業主,規模小、人數少,資訊化程度低,即便富田已經建置功能完善的系統,他們卻經常嫌麻煩,找託詞不願意改變作業方式。

因此,富田採取「軟、硬」兼施的方式化解零組件業者抗拒的心。首先邀請他們加入「精實管理」工作會議,邀請業者分享管理實務及改善對策等;其次建立智能詢價/報價、智能採購、智能對帳等功能,進一步強化與業者生產供需的數位連結。導入後進貨作業從3天縮短為1天,成果立即可見,打動了供應商的心。

品質掛帥 AI優化製程即時生產

富田早年曾參與協助傳統產業導入自動化改善生產方法的計畫,提升產品品質,工廠已建立半自動化生產。然而,張金鋒直指問題核心:「設備老舊無法跟上客戶的生產需求,但必須務實地了解設備不可能全部更換,若要導入智慧化生產必須全面盤點,制訂方向擬定策略,更要從源頭改善。」他舉例解釋,做數學題時100-1=99,若在技術與品質方面100-1=0,品質是企業的根本。富田電機過去無一整合的資訊平台能提供完整生產履歷,多數依賴人工紀錄/管理作業,難以蒐集生產數據以及建立生產設備保全,更難以提升製程良率。

因此,張金鋒因應電動車生產需求,以銅科廠的沖壓生產流程導入智慧生產製造系統(MES)串連現場CPS系統,建立製品管理物料追溯管理;進行人員行動裝置報工,生產工時統計等,以即時檢視生產排程;此外,在生產設備上安裝感測器蒐集數據,管理模具保養時程,掌握設備稼動率;建立生產電子看板掌握生產效率,以及透過SCADA監控系統檢驗生產線的產品,並且進行品質資料蒐集,一旦被系統判定為不良品,系統會產生警示,避免不良品進到下一流程,必須等到現場人員檢視排除不良品後,其餘產品方能繼續生產,以提升產品的良率。

在導入智慧生產提升生產效能與品質良率後,富田更進一步透過AI技術,優化生產馬達「熱處理」重要製程。原本富田電機是將整段製程委外處理,但加工廠商因設備/產製狀況不良影響到出貨,因此張金鋒拍版將委外製程挪回廠內處理,以增加自主掌控度。但此製程相關參數以及品質檢測多以人工經驗法則判斷,缺乏標準化作業,造成產品品質參差不齊。為解決製程生產瓶頸,先蒐集過去製程的生產數據,如金相(晶粒度級數)、硬度測試等等後,透過掃描量測儀器、AOI等設備,進行部件表面偏差判斷與部件組裝不良等品質瑕疵檢測作業,紀錄生產實驗各種參數並反覆測試,接著針對欲檢測之產品照片進行標籤分類,再導入AI技術建立製程模型。經過優化製程後,除降低生產工時、減少人為誤判外,產品良率由48%提升到60%,更將此經驗技轉給委外的供應鏈業者,達到提升供應鏈技術能力。

此外,結合ERP,將所有資訊彙整進企業戰情室分析決策BI平台,從領料、沖壓、熱處理、品檢、雷刻到包裝,以及設備管理和銷售狀況,全部都一目瞭然,可進行即時的管理。也因此動力機械生產效能從41%提升到50%,採購前置時間及生產時間從59天縮短到54天,如此才能持續迎來電動車的量產訂單。

價值創新 從賣產品改賣解決方案

在後新冠疫情的產業發展,國際間重視汽車製造符合減碳環保已從選配變成標準配備,根據Allied Market Research的資料顯示,2025年整體電動車產業規模將成長到5,672億美元。

就像17年前孤注一擲篤定特斯拉會讓富田翻轉營運一般,張金鋒也預測未來10年電動汽車迎來跳躍式的成長。只不過,當年多少是靠著「憨膽」支撐;而現在,富田已經憑藉紮實的研發設計能力,智慧供應鏈發揮整合鋼材、控制器、煞車、驅動器關鍵零組件,佈局電動車的動力系統,在提升量產能例外,更加強研發力道,以技術驅動新一代電動車的系統設計。富田也不惜砸下重本,採購日本、德國一套就要上千萬的動力測試設備、動力平衡機等相關設備,打造電動車動力系統實驗室。

總經理張金鋒說,富田電機擠身電動車動力系的ODM(委託設計代工)主力廠商,現在不只是特斯拉的供應商,各大汽車廠商都陸續找上門要求協助研發。富田從賣產品的紅海轉型成為賣解決方案的新藍湖關鍵廠商,更將服務觸角延伸電動重機、電動腳踏車等產業。

就是這股底氣,讓這位馬達老將手握方向盤,腳使勁踏油門,駕駛電動汽車一路揚長而去,讓後方車輛依稀僅能看到車尾燈。
 

 

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