跨界创新的困难点不是不懂方法，最大的挑战是「不相信」会发生在自己身上。就像一句顺口溜，发生在别人身上的都是「故事」，发生在自己身上的都是「事故」。那我们来欣赏一下底下这个创新的故事吧。

我们想让你知道的是一点点震动都不可以，做为极致精细的工具机，只要内部零件的低频发生共鸣，就会对零组件造成磨损。工业技术研究院智慧机械科技中心组长王仁杰强调，我们发明客制化的阻尼器，可以安装在任一工具机之上，让工艺迈向卓越。

 

随着科技进步，零件走向精细，工具机锻造要求日益严格。工业技术研究院智慧机械科技中心组长王仁杰于8日在「TIMTOS 2023」工具机展接受《关键评论网》专访指出，「一点点共振都不行」，否则零件产生纹路，就是不合格的产品。我们很难想象：高过一个人、宽似台车的工具机，如何在重力的锻造下，还要保持极致稳定，做出令空中巴士（AIRBUS）也买单的「抑振器」。

 

台湾导入抑振模块，抢空中巴士订单

目前，台湾在机械领域产值超过新台币100亿元，也是著名的工具机大国。多年来经济部协助业者，抢攻国际大厂供应链有不错的成果，例如协助亚太菁英导入工具机抑振模块，成功切入空中巴士市场，拿下A320机翼的制造订单。

 

要拿到空中巴士的订单可不容易，它们对于零件有极高的要求，出货产品不能有一点痕迹，但是大型工具机要如何避免共振是大学问。尤其无时都在重击锻造，一直是各国大厂相当头痛的问题。

 

例如：刀具加工时，机械的转速会有好几千转，甚至是上万转，频率非常高。王仁杰说，高频率的震荡都还比较好处理，但若是大型工具机，共振频率非常低，会引发「结构性低频」的问题，就像是人在走吊桥，有些脚步、微风产生的振动频率。

 

物理上，只要频率相对就会有共振，如同吊桥、人的脚步频率吻合，共鸣则越大。工具机的结构性低频，会导致零件精度有误差而产生痕迹，这对航天产业来说是硬伤，也是一大罩门。

 

共振问题：工具机要后天补救，还是要打掉重练？

他说：「这些零件要交给波音（The Boeing Company）、空中巴士。它们要求很高，零组件上不能有纹路（Ｍark），要非常光滑。」在过去，只要零组件发现纹路等问题，就必须再加一道工序将瑕疵抛平。

 

王仁杰还指出，航天产业追求轻量，如果要抛平，技术很高，还端看这些零组件的大小、材质和质量等都有学问。像是空中巴士A320的机底板；机翼上的工字梁等是否光滑完整。

 

空中巴士（AIRBUS）工人正在组装相关零件。

 

不过，后续加工会衍生许多成本，所以也在下刀切割时，有业者会将机器力度降低。王仁杰指出：「原本我切一刀，这么深有低频问题，我把那个切的深度降再低一点，切削的力量就变小，虽然可以降低低频震荡，但反成效率不彰。」

 

王仁杰点出关键：「一般加工业者使用这样的方式解决结构性低频，可是在航天无法做到，因为它们是要拚加工的效率。」

 

时间就是成本，在商业上谁比较快就有机会抢得市场，如果今天是小零组件要再进行二次加工是比较快的，可是对照航天产业则旷日费时。

 

航天产业二次加工，时间拖更长。王仁杰举例：「你想想看，飞机那个机翅膀多长，机台是五六公尺的纵深、长度，都要走一段时间，而且航天刀具在走的速度是很慢的，不像我们的一般小型刀具在走是一分钟1、2米的速度在走。」

 

工具机被绑死，重新设计不划算

如果不要二次加工，有没有办法直接在工具机中改设计，降低「结构性低频」的问题吗？王仁杰指出，是可以从改结构，回去重新设计、分析，再回来产在线。但是，他说：「我们在设计结构的人很清楚，这还牵涉结构刚性、重量等，而且改机台结构看似容易，但是后面机台还会衍生岀更多自然频率（natural frequency）的困境。」

 

“自然频率（natural frequency）：又称特征频率（eigenfrequency），是指一个弹性体受激发产生自由振动，也可认为系统在没有外力或是阻尼的情形下，会倾向于振荡的频率。”

 

他解释，一般而言，工具机里面的轮轴、螺丝等，受力方向不同，力道不一所产生的自然频率都不一致。

 

可以简单的把机台的钢构骨架，想象成「筷子」，碰触到筷子的长宽、任何角度造成的共振，间接影响锻造的精度。因此设计者，如果打算从原本的设计图更改、重新制造，也很难以克服这些困境。

 

最不好的状况是，花了许多人力、物力，却发现自然频率没什么变动。此外，机台诞生时已经有大框架，例如大小长宽；相应的界面，也无法逐一调整。王仁杰强调，业者不会因为其中一个的频率问题，连带更新系统接口。

 

其实，过去有业者，不改大结构，试图在机台里面一些「吸震材料」，但是回过头，每一个工具机制作切割敲打，最重要的是「刚性」。而本次工研院研发的抑振模块，像是外挂，可以从外部处理结构性低频的问题。

 

他说：「工具机刚性的连接是一个串联，如果有一个软质材料夹在中间的时候，会弱化锻造效果，也就是系统化的刚性最强、最弱不是从最强者决定，反而是最弱的地方决定。例如：拳头和手肘，拳头很硬，但是手肘关节很弱，整体来说力量就会不足。」

 

借鉴台北101研发「工具机抑振模块」，低频抗振才是关键

工研院研发的「工具机抑振模块」，简单来说是一颗避震器。它可以安装在工具机之中，透过内建驱动马达攒声「相反振频」，彻底解决机械手臂等加工低频振动的问题。相较于过去只能将工具机大卸八块、更改结构的设计而言，更有效率。

 

这种抑振原理，如同台北101的阻尼球，地震来时摆荡，阻尼球跟着建筑物产生反方向的震荡，利用这个方式去吸收震荡而成的震盘系统。

 

台北101的避震阻尼器原理示意图。

 

工具机的条件都被绑死，工研院能做的是在既有的基础上找到另一个解方。王仁杰回忆，当时工具机抑振模块被带去韩国实验，逐一把问题厘清后，在回台打造客制化系统，装到韩国业者的机台上，解决了低频的问题。

 

目前，这一种款新研发「工具机抑振模块」可以应用的产业相当广泛。王仁杰指出：「不限定任何产业，包含了相当热门的半导体产业。」他提及，旧有的系统参数都被绑死，无法快速更改汰换，因此业者需要这样的设备，这是很大的市场。

 

台湾积极研发以外，还有包含西班牙朝这个方向努力。王仁杰说：「台湾还是相当有优势，西班牙虽然也在研发，但是它所使用的阻尼器是跟比利时买的，而我们是自己开发。」

 

此外，工研院研发的「工具机抑振模块」是进化版，过去称为被动式，经过4年研发后已经变成为「主动式」。王仁杰强调， 主动式更聪明，只要有了这个控制盒、主仪器，再加上包含感应、加速器等，变得智能可以预测震动的频率，做到极致细腻。

 

最后，经济部技术处表示，全球工具机产业虽面临通膨、碳中和与疫情等挑战，但2022年台湾工具机产值相比前一年度成长仍超过8%。

 

经济部强调，台湾工具机产业主要强在硬件，而软件则是需要再强化的部分，为辅助功能机业者切入高阶市场供应链，经济部技术处近4年投入近百亿元资源开发工具机，使其加工精度更高、效率更快、寿命更久的软硬整合技术。

 

未来，期待将解决工具机厂商的痛点，包括：可大幅提升4倍的加工精度的抑振模块及锻造自动调机软件等，取代现行仰赖国外大厂的进口；另外也开发了智能监控预警系统，可全方面监控检测加工状态，使工具机寿命可提升1.5倍，成为工具机产业发展的利基。

 

参考文章：关键评论