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產業技術評析

2022年扣件市場與技術發展
發表日期:2022-01-05
作者:紀翔瀛(金屬中心)
摘要:
螺絲螺帽等具有緊固功能的產品統稱為扣件,螺絲係指圓徑較小之螺紋製品,如:螺絲、木螺絲、自攻螺絲等;螺栓係指圓徑較大的螺紋製品,如:六角螺栓、四角螺栓、基礎螺栓、T型螺栓等;螺帽別稱螺母,作為固定或鎖緊螺絲或螺栓,螺帽的強度需配合與其共同使用的螺絲或螺栓,例如一般高拉力螺絲或螺栓配合硬質的螺帽使用。

全文:

一、背景說明
 

螺絲螺帽等具有緊固功能的產品統稱為扣件,螺絲(Screw)係指圓徑較小之螺紋製品,如:螺絲、木螺絲、自攻螺絲等;螺栓(Bolt)係指圓徑較大的螺紋製品,如:六角螺栓、四角螺栓、基礎螺栓、T型螺栓等;螺帽(Nut)別稱螺母,作為固定或鎖緊螺絲或螺栓,螺帽的強度需配合與其共同使用的螺絲或螺栓,例如一般高拉力螺絲或螺栓配合硬質的螺帽使用。

扣件產業的結構分為上、中、下游及周邊通路廠商,如【圖1】所示: 上游指的是球化線材與不銹鋼線材,我國分別以中鋼、華新麗華為最大供應商;週邊產業則包括生產設備、熱處理、光學篩選、表面處理業等,以春日、精湛等廠商為主;中游即是各類型扣件生產商;下游產業應用甚多,以機械、汽機車、建築、電子為主,近年能源與生技產業崛起,風電基座、核電廠、手術機器人等皆需要客製化扣件,成為扣件產業高值化發展產品。生產製造流程的每一階段,從上游的原料,中游的生產設備模具、後端的熱處理、表面處理、電鍍及包裝等,皆可自給自足,且群聚於地理鄰近地區,行銷通路搭配國內貿易商、國外投資設廠之據點等行銷。
 

圖1 臺灣扣件產業地圖

資料來源: 金屬中心MII-ITIS研究團隊整理
圖1 臺灣扣件產業地圖
 

近年臺灣扣件生產朝研發高附加價值產品轉型,如汽車扣件、航太零組件、醫療扣件等,這類型產品除須符合國際級標準認證外,亦得接受客戶端自有驗證,國際大廠通路經營不易,故市場雖大但需要時間耕耘,切入門檻較高,如豐達科取得客戶認證後,已打入美國GE、法國Snecma、德國MTU Areo Engines等飛機引擎製造廠的供應鏈體系中。

此外,也有廠商採取國際併購方式,切入國際通路,例如世德併購德國大廠 Max Mothes GmbH(MMG)51% 後,切入歐洲汽車大廠包括BMW、Mercedes-Benz、VW等供應鏈,為Tesla供應鏈夥伴之一,並從汽車領域跨足風力發電零組件體系;恒耀併購德國ESKA後,交貨給中國大陸的BMW跟Mercedes-Benz車廠,亦為Tesla供應鏈夥伴之一。

隨著臺灣啟動風力發電4年推動計畫與前瞻基礎建設計畫等產業政策,未來將持續刺激對於風電及軌道扣件的需求,目前MHI Vestas成為唯一在臺灣本土採購葉片、葉片材料、配電盤、電纜線與扣件的風機製造商,其中,扣件部分與恒耀簽署了扣件合作協議,MHI Vestas風場預計在2023年完成安裝。
 

二、市場趨勢
 

Covid-19疫情自2020年起肆虐全球,扣件產業自2020年第二季業績快速落底後,受到臺灣防疫有成的有利因素影響,成為全球少數不斷鏈可穩定供應的國家,因此恢復迅速,自2020年第三季末起幾乎所有廠商皆反映出現接單盛況。因此2020全年扣件產業受疫情影響產值跟出口衰退13%,與其他工業相比,排名尚在前段班,優於其他因生產據點在海外或是訂單大幅萎縮的產業如紡織、電子等。

時至2021年10月,扣件產業整體出口表現已趕上2020年全年出口表現,金屬中心預估扣件產業2021全年產值可望達1,650億元新臺幣,將比去年成長26%。

細究產品應用領域,汽車扣件因車用晶片、缺工缺料等因素受到抑制,可說晶片荒導致2021年整體車用扣件訂單有收斂情形,不若過往熱絡;相對地,因疫情加強居家修繕以及新成屋銷售大增,因此建築扣件接單狀況非常好,但時至2021年底,建築扣件的客戶亦反映其庫存已到安全水位,因此成長動能也開始趨緩。
 

三、技術發展
 

(一)因疫情、環保、消費模式導致扣件產品主力更迭

值得一提的是建築扣件是這兩年疫情之下崛起的主流,包括鋼結構螺栓組件、木螺絲、石膏板螺絲、膨脹安卡錨栓、化學錨栓、内迫壁虎、外迫壁虎等,因受到疫情影響,人類活動多改為居家,刺激建築修繕需求而訂單爆發;再者,因歐美百年建築或橋墩都超過使用壽命,大型基礎工程需求大增之餘,對於符合安全與環保的認證也越來越重視,像是歐盟CE認證就是銷往歐盟的建築扣件必備身分證。

目前歐盟建築法規規定,建築物使用年限25年以上者,外露扣件需使用不銹鋼螺絲或複合螺絲,複合螺絲前端為碳鋼後端為不銹鋼,兩者採雷射焊接,製造工序多成本高;沃斯田鐵不銹鋼耐蝕性佳、應用廣泛且價格接受度高,以沃斯田鐵不銹鋼製成的自攻螺絲鑽尾需要足夠的硬度才能鑽入,且須保持其原有的耐蝕性,但國內無沃斯田鐵不銹鋼耐蝕性硬化技術,使產品應用受限,因此,金屬中心開發沃斯田鐵不銹鋼耐蝕性硬化技術,協助業者透過技術合作開發一體成形沃斯田鐵不銹鋼自攻螺絲,達到歐盟CE規範。

目前有兩個CE認證途徑,分別透過協調標準參考目錄與歐洲技術評估參考技術文件目錄進行認證,從2013年7月1日起,歐盟頒佈的建築產品法規 (Construction Product Regulation No.305/2011/EU 簡稱CPR法規) 已全面取代原來的建築產品CPD指令,進入強制實施階段,認證成功即得到CE認證。新的法規大幅提高對建材產品的各種要求,比如對防火耐火安全、節能環保、衛生健康以及噪音的影響,出口企業如果產品達不到相應要求的話,其產品很難在歐盟範圍內被廣泛接受,【表1】為建築扣件協調標準參考目錄品項。
 

表1 歐盟CE認證-建築扣件協調標準參考目錄品項
協調標準參考目錄 英文名稱 中文名稱
EN 15048-1 Non-preloaded structural bolting assemblies 非預加載荷結構螺栓組件
EN 14399-1 High-strength structural bolting assemblies for preloading 預加載荷用高強度結構螺栓組件
EN 14592 Timber structures– Dowel-type fasteners 木結構用銷型扣件
EN 14566 Mechanical fasteners for gypsum plasterboard systems 石膏板系統用機械扣件

資料來源:德國萊因TÜV實驗室。
 

疫情之下的贏家還有用在電子產品上的小螺絲,因社會多數線下活動受制於疫情轉成線上,包括居家娛樂電子設備(電視、電視遊樂器等)、遠距線上工作電子設備(筆電、遠距視訊等)雙雙增加,此外還有因疫情而成長的醫療電子設備,如居家用血糖測試機、額溫槍、耳溫槍等,使得電子用小螺絲訂單持續滿載,而電動車或自駕車被視為3C產品之後第四個C,移動的過程中,人們更強調車上的娛樂視聽享受,故電子小螺絲在新汽車工業發展之下,還有很大的成長空間。

另一個受到市場趨勢正面影響的還有能源扣件,各國紛紛祭出減碳淨零相關目標與措施,導致太陽能在2021年再度成為再生能源發展主力,而架設在戶外的太陽能板除了需要安全考量使用防鬆功能扣件之外,更需要防蝕,被視為高值建築扣件的衍生,將是不銹鋼扣件或複合螺絲可大幅發揮功能的應用領域。

電子類小螺絲生產技術已臻成熟,故略過不提。電動車或自駕車車體的電池部位所使用扣件則須考量到電位差,美國扣件大廠Stanley Engineered Fastening表示傳統車用扣件有可能造成電池的電力流失,因其導電係數不足,且電動車的溫度週期變化容易改變扣件的鎖固力,失去50%的夾持荷載,影響到電池接線端子的連接。若使用絕緣扣件,則可同時滿足鎖固和絕緣的需求。絕緣扣件可以把電路和系統絕緣開,確保不同電壓不會造成危險,因此可以把不同電壓的兩個零件鎖固起來,成為電動車扣件產品開發趨勢。

【圖2】為車用扣件部位使用比例圖,根據上市櫃扣件大廠世德、恒耀法說會揭示,單價最高部分在動力總成部位,包括傳動系統跟引擎;未來,傳統內燃式汽車的引擎將被替換成電池系統,此部位的扣件使用量將減少約千顆左右(目前一台傳統內燃式汽車使用扣件數量在3,000~5,000顆不等),但因涉及電傳導跟荷載能力,需要扣件製造商的高度精密設計與高度協同設計,因此,新的電池部位扣件數量雖然減少,但在單價與毛利部分將有顯著提升,獲利上可望優於傳統車用扣件。
 

圖2 車用扣件使用部位比例

資料來源: 恒耀2019年法說會
圖2 車用扣件使用部位比例
 

(二)因疫情缺工斷鏈等問題引發扣件廠認真思考數位優化

產能優化以重要性跟可行性來說,目前廠商最關切的技術議題為快速換模技術,因為換模技術在製造業生產自動化過程裡,扮演隱形的關鍵角色。受到疫情跟缺工影響,讓管理者響起警鐘,更認知到打造一個自動化、工人減少但可維持產能的智慧工廠,在未來會是重要的執行方向。

早期因為換模費時過長、人工換模精準度不足,或模具管理效率不彰導致生產上的瓶頸。尤其,早年的扣件成型機多為日本引進,機台本身毫無數據蒐集能力,調模純粹靠個人技術以及其經驗累積,無法形成一套換模的標準流程,在傳承上面很容易出現缺口。

因此,金屬中心積極透過智慧向量演算法開發快速換模系統,維持傳統打樣調機程序,透過三副試打樣本,隨人機介面情境引導各調模位置動作與角度,計算出最終需調整位置與決策。提供現場調模技術人員透過人機介面導引程序,進行扣件成形機之模座位置調整動作,可結合光學檢測設備或現有之精密量測方式,取得成形產品各部位尺寸,調整模座位置使成形扣件產品的偏心、桿長和頭厚等幾何參數進入生產規格。

除了製程智慧化,管理數位化是另一個議題,如義大利的Piloni公司對臺灣多數的中小型扣件廠來說是個很好的案例,Piloni專門從事鉚釘,螺釘和特殊零件的生產,生產大約14,000種不同的扣件,尺寸介於2MM~14MM,材質涵蓋鋼鐵、鉻、銅、鋁和黃銅,僅有22名員工,年銷售額為462萬美元。

為了確保生產控制和縮短交貨期間,即使是特殊生產,Piloni 自行抽線並擁有一個完整的車間維修成型機等機械設備,也有全自動包裝線,確保生產的連續性跟完整性,為了未來持續縮短交貨時間跟提高小批量生產的競爭力,Piloni開始思索數位轉型。

首先,Piloni思考如何整合現有機器,但也趁機更新一些新機台,要求原有的軟體合作夥伴D&B Hoovers第一步先做到讓公司全面內容連線;其次,Piloni利用了義大利《國家工業4.0計劃》提供的稅收優惠,數位轉型的過渡對於中小企業來說非常昂貴,因此政府的支持對中小企業選擇在數位轉型上進行投資至關重要。

Piloni的數位轉型讓機器之間的溝通是全自動的,能夠實時監視資訊,並使系統即時適應客戶的需求。由於Piloni生產特殊扣件,產品多達上萬種,產品的所有技術規格均以數字格式(例如3D模型、2D工程圖、控制計劃,和模具工程圖等)專門處理,因此每個工作人員都可以在需要時,輕鬆採用所需的生產資訊,還可以直接從辦公室檢查每個過程的進度,並對任何停機時間迅速做出反應,從而優化生產動態。

物流部門也從數位轉型中受益匪淺,在最重複的包裝運送任務中,消除多數人為因素導致的錯誤。例如,包裝線已完全數位化,工人不必手動設置包裝參數,托盤準備好後,機器將通過無線手持設備將所有資訊實時發送給工作人員;由於機台內容全面連線,包裝線也與其他部門完全互通,管理部門可以從ERP系統中檢測所有必要的信息,例如每箱件數,每托盤箱數,標籤格式等。
 

四、結論與建議
 

(一)在基本核心能力上建構開發高單價產品的實力

扣件有「工業之米」美稱,主要就在於所有的製造業幾乎都需要扣件的存在。因此,即便遇到疫情,扣件的消費量仍有基本盤,以往,車用扣件的淨利率多於建築五金等標準品,但此次疫情意外刺激建築扣件的需求大增,且環保意識抬頭,建築扣件不再局限於以往的低單價,如智慧綠建築就會大量使用到高單價的不銹鋼扣件或複合螺絲。

未來全球扣件的成長動力,主要仍來自汽車、航太、基礎建設等產業,尤以新興國家為主,如中國大陸的一帶一路戰略、航天技術;東協國家的智慧城市、高速鐵路建設等需求。我國扣件附加價值不高,加上行業進入門檻低,面對中國大陸及東南亞等新興國家產品的低價競爭,使得低階扣件產品的競爭越趨激烈。從美中貿易戰跟新冠肺炎疫情的經驗更可發現,訂單受到全球總體經濟因素影響最小的扣件業者,大多從事客製化特殊扣件、應用領域非僅限於汽車產業與五金標準品,且此類廠商對於智慧製造或是產品設計開發都非常願意投資。由此可知,加速朝向產品高值化轉型,才有可能在變動的環境中永續經營。

臺灣近年所推動的前瞻基礎建設陸續投資38項軌道計畫,交通部會同經濟部、工程會提出軌道建設帶動產業發展3大策略,期能透過國產化關鍵項目的選定、制定銜接國際的通用規格及標準、整合研發技術及檢測驗證能量及採購作業指引等措施,促成國內廠商參與軌道建設,軌道產業國產化政策利多,再加上目前需求大於供給的趨勢,國內廠商若想轉型升級找尋新產品開發方向時,軌道扣件是值得列入考慮的產品選項。其他前瞻基礎建設還包括離岸風電產業鏈在地化,也將是刺激國內扣件需求成長動力之一,應積極開拓利基型市場商品,如大尺寸風電螺栓等特殊扣件市場,規劃長期新產品線佈局。

(二)中小型廠更應掌握利基型產品,視為成長機會

不論哪個應用領域的扣件大廠,原本就擁有生產規模優勢,較具有跟客戶談判貿易條件的優勢;但很多專注生產客製化扣件的小廠則擁有生產靈活度、產品設計開模機動性高、專注少數客戶而更專注服務等特性。

因此不少歐美大型扣件批發商對我國中小型扣件廠下單的比例頗高,若能在全球供應鏈中掌握利基,來自客戶需求端的刺激將讓中小型扣件廠的生產與管理技術成長,對我國扣件產業全球市佔率和產業未來潛力發展非常有貢獻。

(三)工廠數位化可以循序漸進,但一定要前進

臺灣大多數中小型製造業都還在工業2.0的階段,也就是產線設備已具有基礎的大量生產能力,但對於各式生產數據,比如製程數據、生產時間等需要靠人工作業,使得數據無法即時呈現,同時也有抄錯及遺失的風險。

目前多數扣件廠正在嘗試從工業2.0提升到工業3.0,也就是導入自動報工系統或電子生產履歷,系統可以自動記錄每筆訂單的生產人員、真實的生產數量和作業時間等,並整合各式ERP、MES資訊系統,不管是生管、品管、倉庫,各方人員都可以快速取得生產數據,大幅提高工作效率,但還不需要做到所謂的大數據分析預測。

真正想要做到數據分析以及品質預測、設備預知保養的扣件大廠,勢必是因應客戶需求以及內部評估過有轉型需求,而相關的IoT基礎建設要更完整,蒐集到足夠多的數據,這樣分析出來的結果才會較準確,絕對不是短期就能達成的。

綜合以上,其實在扣件產業的智慧製造領域,沒有最好的解決方案,只有最適合的解決方案。研發、採購、生產與物流是扣件產業數位轉型幅度較大的部門,而行銷業務部門通常是最能從轉型中受益的部門。廠商需要真正的看見數位轉型潛在的價值後,再有階段性的規劃轉型策略,才能為數位轉型打下良好基礎。

並且,不論疫情何時停歇,臺灣高科技產業招募人才的排擠效應或是少子化趨勢,缺工跟人才斷層未來勢必是扣件等傳統製造業的不利經營因素,因此,除了趨勢使然以外,生產跟管理的數位化其實更是解決經營痛點的一劑良方。
 

(本文作者為金屬中心執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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