:::

產業技術評析

2017巴黎航太展對臺灣航空零組件加工機發展的啟示
發表日期:2017-07-26
作者:王興毅、葉立綸、熊治民、邱琬雯(工研院IEK)
摘要:
The Paris Air Show(巴黎航空展)是一個國際性的航空業商品展銷會,於每個奇數年的6月在法國巴黎附近的機場(Le Bourget Exhibition Centre)舉行。

全文:

一、巴黎航太展概況(The Paris Air Show)
 

The Paris Air Show(巴黎航空展)是一個國際性的航空業商品展銷會,於每個奇數年的6月在法國巴黎附近的機場(Le Bourget Exhibition Centre)舉行。該展覽始於1909年,主要目的是展示一些軍用和民用的飛機給採購者,並於展覽期間進行飛機的銷售。通常全球各國主要的飛機製造商如波音和空中巴士等公司都會參加展示,相關的軍備產品也共襄盛舉,故此展被譽為是全球最具有聲望的航空展,巴黎航展成為飛機製造商參展、銷售和航空產品採購廠商採購最新的創新產品和技術的平台,亦是供需行業決策者優先選擇相會和聚首的場合。每天近20場次的飛機實際升空飛行表演,包括民航機(如A380、737)、戰鬥機(F-35、Rafale)、直昇機...等,隆隆引擎聲總能吸引展場廠商與參觀者的駐足仰望欣賞。
 

巴黎航展每兩年舉辦一次,依筆者計算,今年第52屆共有47國參加展覽,地主國法國的參展廠商最多,有1186家;美國次之,有388家公司;再其次是英國有111家、義大利的110家、德國的109家,共計2,381家參展商,相較於去年增加3%。台灣也有工研院、中科院、漢翔、東台集團、大前等參加,並首度由經濟部策劃工具機形象館,結合數家工具機和精密工業廠商,在這個全球最盛大航太展爭取國際航太業者採用台灣產品。中國大陸則有15家企業參展,以色列、日本、韓國、俄羅斯、新加坡、馬來西亞、泰國、印度、東歐國家..等,亦有不少廠商參展。最吸睛的飛行器產品,今年共計有來自世界各地約150架飛行器前來參加展示,其中約40架參加了飛行表演。
 

今年的專業人士參觀者共計約有14.2萬名,一般參觀人士則超過18萬人,相較於去年均有略微減少的現象,推測應該與巴黎當時遭逢難得的超級熱浪侵襲一週,且有恐攻發生,安檢極為嚴格有關。依據主辦單位提供較為詳盡的資料顯示,前一屆(2015年)則共有來自包括法國在內的48個國家/地區的2300家廠商參展,攤位展出面積為201,637平方米,同時另有戶外展區,展示面積為192,000平方米。參觀者共計35萬多名,其中專業人士包含296個正式的民用與軍事代表團參觀者共計約為15萬名,一般參觀人士則超過20萬人,以及來自91個國家4,300名記者前來展會進行採訪報導。
 

今年展期是6/19~6/25,展覽前4天為專業展,後3天則開放給一般民眾參觀。有鑑於飛機製造、零組件、相關軍火產品…等展覽項目,目標客戶群非常明確,因此非常多的參展廠商會將重心放在前4天的專業展活動,至於後3天的民眾參觀時間,雖然人潮多於前4天,但是卻有許多的攤位就逕行結束設攤,人員直接撤離展場。
 

此次展覽的展品項目包含:(1) 飛機發動機、航太動力及相關設備等;(2) 飛機建造、裝配及飛機組裝產品等;(3) 機場設備和服務等;(4) 飛機整機、內飾、座位佈局等;(5) 航空維護、產品支援和零件運輸等;(6) 航空材料、複合材料和表面處理等;(7) 駕駛導航系統、機載設備系統等;(8) 航空生產設備和軟體和服務等;(9) 太空船、衛星通信等;(10) 空港設備與服務等。
 

圖1  2017 The Paris Air Show展場分布圖

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)。(圖-The Paris Air Show官網 (2017))
圖1 2017 The Paris Air Show展場分布圖
 

今年也有來自國內的至少三個團體蒞臨訪察,台中市長林佳龍率領台中市參訪團於6月20日參加台灣館的開幕儀式,並於21日上午假台灣館舉行與達梭的簽約儀式。經濟部歐洲創新研發合作拓展團則由工研院張培仁副院長擔任團長,張嘉祥技術專家擔任副團長,於21日上午參訪台灣館、Dassault Systems、Safran等。桃園市亦由副市長率市府團隊到會場參觀。
 

二、全球航空產業發展趨勢與產業鏈現況分析
 

全球最大的兩家製造商波音與空中巴士為2017年巴黎航空展重要的民航機展示廠商。主要展示的機種分別為787與A380,如圖2與3所示,同時此兩家民航機製造商將牽動全球航空產業鏈的發展。
 

依據波音公司之預估,未來二十年 (from 2015 to 2034) 投入航空市場之新客機總量為38,050 架,約為5.5兆美元之市場產值。亞太地區所需的客機數量最多,達14,330架,占全球客機需求數量的37.7%,價值合計為2.2兆美元,占全球客機需求市場價值的39.5%。中東、亞洲的客運量年成長率高達7.2%、中國大陸境內的年成長率也達6.2%,比北美、歐洲等地區都還要高。波音公司也預估,受到廉價航空和新興市場蓬勃發展的驅動下,中型單走道的飛機需求將是成長最高的產品。
 

空中巴士公司則在本屆展覽中,展示升級版的超大型客機A380 plus,號稱比舊型機更節省成本、載重量更高,新的機翼翼尖設計,可節省燃料4%,希望能提升此系列機型的買氣。
 

未來二十年之新客機投入,主要因應兩項需求為航空運輸量成長之新機需求與舊客機汰換後之新機遞補。目前預估58%為新機需求投入,而其餘之42%則為汰換舊客機之用。新市場成長最快者為亞太地區,預估二十年後,將超越北美地區,成為全球最大之航空市場,北美及歐洲地區則退居第二、三位。此外,未來20 年亞洲地區主要新客機需求的國家以中國大陸為主,預估需求數量為6,330架,占整體亞洲地區新客機需求數量的44.2%。並且預估中國大陸所需的新客機價值為9,500億美元,占全球新客機需求金額的43.2%。
 

圖2 Boeing 787

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)
圖2 Boeing 787
 

圖3 Airbus A380

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)
圖3 Airbus A380
 

進一步解構民用航空產業供應鏈,以波音與空中巴士飛機製造廠商為例,共分為四階供應商,其架構關聯見圖4。第一階為機體主結構、推進、飛航系統與主要零組件製造商;第二階為機上設施與次系統供應製造廠商;第三階為零組件供應商;第四階則為材料與製造支援服務供應商。各階層之供應商角色分別說明如下:
 

  1. 飛機製造廠商:研發、設計、建造完整飛機或引擎,及銷售、交付予客戶之事宜。

  2. 第一階廠商:系統整合廠商,期能設計、建造、組裝完整飛機主要系統,並交付給飛機製造廠商。此階層之廠商掌握完整之飛機次系統與零組件規格制訂及驗證權力。

  3. 第二階廠商:設計與組裝飛機主要設備、次系統與功能模組,其將次系統供應給第一階廠商。

  4. 第三階廠商:依據客戶(一般為第二階廠商)需求,製造完成次系統所需的零組件,並供應給第一階、第二階或其他第三階廠商。

  5. 第四階廠商:提供金屬材料或成形、處理(鍛造、鑄造、化學處理、熱處理、表面處理、精密加工、焊接、檢驗與測試等)。

 

圖4、航空產業供應鏈關聯圖

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)。(圖-ICF International (2012/08))
圖4、航空產業供應鏈關聯圖
 

臺灣廠商於全球航空產業供應鏈所扮演的角色是第三階廠商,主要供應製造完成次系統所需的零組件。然而目前飛機製造廠商在維持營業利潤之考量下,陸續將模組系統委外設計、製作,尤其Airbus之採購策略已將第一、二階之製造供應陸續釋出,飛機製造廠商僅掌握部分主系統整合與最終之整機整合項目及供應商管理等之工作。在新機訂單及新興市場高度成長情況下,臺灣航空產業廠商應掌握此產業機會,除了持續優化既有航空零組件的製造技術與流程,並能擴充航空零組件產品線,朝向製作大型與高附加價值的航空零組件產品,以充實未來能打入第一階或第二階之產業供應鏈的製造實力,提升產業效益。
 

三、重要航空零組件製造之工具機與自動化展品介紹
 

工欲善其事必先利其器。巴黎航空展中另一項重要的觀測重點為製造飛機零組件的設備與自動化設施。此次巴黎航空展除了FANUC攤位相對比較大以外,其他相關製造飛機零組件設備與自動化設施大廠,不是攤位較小(如Kuka Systems Aerospace、Okuma、DMG MORI france…),就是未於展區內展示實體的機台與設施。不過隨著航空市場需求日益提升,許多航空零組件的製造商,在考量產品的製作精度與成本下,對於工具機與產線所需之相關自動化設施的採購,將會衝擊全球的工具機以及自動化設施的市場需求。
 

在全球工具機消費市場中,航空產業的消費金額大約是占全球工具機消費金額約10-20%,為工具機重要的應用產業。並且隨著全球民航機需求的增加,將會進一步帶動航空零組件與加工航空零組件之工具機需求。臺灣為全球第七大工具機生產國,以及近年來在國機國造的政策引導下,臺灣工具機廠商的產品已有部份介入國內航空零組件的製造,例如國內知名廠商漢翔、拓凱、千附、晟田與長亨等。此外政府在推動航太產業發展相關計畫,其中如A+企業創新研發淬鍊計畫,目標是在擴充臺灣航空零件製造設備供應能力。故本文介紹國際重要的製造航空零組件之工具機之展示內容,做為未來臺灣發展製造航空零組件之工具機廠商的標竿。
 

首先介紹全球最大的工具機廠商DMG MORI,其展示的攤位位於Hall 4 D15。該公司製造航空零組件的工具機機種介紹如圖5所示。該公司的工具機產品可以製造七種航空零組件,分別為殼體、葉盤、中間殼體、起落架部件、起落架、吊艙架與副翼部件。主要製作航空零組件的產品以綜合加工機為主,其詳細的機種類型包含,DMC FD duoBLOCK® 系列帶托盤交換系統的5面/5軸萬能型加工中心、DMU monoBLOCK® 系列五軸萬能銑床、DMU portal FD 系列龍門式加工中心、NLX 系列萬能車削中心、NTX 系列車銑複合加工機、DMC duoBLOCK® 系列5面/ 5軸加工的萬用銑床與DMF180第二代動柱加工中心。
 

圖5 DMG MORI 航空產業之製造能力

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)。(圖-DMG MORI網頁)
圖5 DMG MORI 航空產業之製造能力
 

其次要介紹的是義大利的加工中心製造商MCM S.p.A. Machining Centers Manufacturing,其展示的攤位位於Hall 1 H317。該公司研製多種行業的加工中心、彈性製造系統與特製解決方案。該公司產品所涉及的客戶應用加工產業包含機械、汽車、航空航太、兵器、能源、液壓附件與模具產業。其中航空航太產業的客戶包含歐洲宇航防務集團(European Aeronautic Defense and Space Company)、空中巴士(Airbus)、中國航空工業集團公司、達梭集團(Dassault Group)、古德里奇(Goodrich Corporation)、中航工業瀋陽飛機工業、賽峰集團(Safran S.A.)等。
 

該公司與客戶共同合作提供一套全面解決方案,其包括高度客制化並具備高度加工彈性、精度與可靠性的生產系統以及交鑰匙工程。並且MCM公司提供多種系列的高速、高精度高端臥式加工中心,以及能夠滿足各產業複雜需求的多工藝模組化單元。同時,可根據客戶的需求提供一系列自動化模組協助其設置所需的生產系統。此外該公司獨立開發生產監控系統jFMX可協助客戶達成設備管理使用的設置、整合與優化等工作目標。
 

該公司新發表的產品為Jet Five 加工中心。該產品是針對需要加工大型零組件的領域研發的,如航空航太產業。可加工的材料從鋁合金到鈦合金到鎳基高溫合金,同時該公司研製的電主軸系列能夠在各種金屬上體現出卓越的切削性能。X軸的導軌與螺桿固定在立柱的頂端與底部,使得在最嚴格的加工情況下提供最佳的穩定性。並且機台可配置包括直線電機或5軸多工加工中心的車削工作臺。至於機台的其他細部操作參數包含:X、Y、Z 軸行程: 11.000mm x 2.000mm x 600mm;快速進給: 70 m/min;電主軸最大扭矩: 200 Nm;電主軸功率: 75 kW;電主軸轉速: 20.000 rpm;線性軸線測量系統: 密封式海德漢光柵尺;回轉軸線測量系統: 密封式海德漢編碼器。
 

圖6 MCM Jet Five 加工中心

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)。(圖- MCM網頁)
圖6 MCM Jet Five 加工中心
 

最後介紹在此次巴黎展中另一項吸睛的焦點自動化產品為FANUC M-2000Ia的機械手臂。由於航空零組件在組裝成為次系統時,由於零組件體積龐大與重量非人類可以雙手或其他工具進行搬運與組裝時,機械手臂則是在進行大型飛機零組件組裝或加工時,為不可或缺的設施。此次FANUC的展示攤位位於Hall 5 A250,該產品首先於2008年9月11日推出,主要應用於處理卡車、拖拉機和汽車零組件。並且在2008年IMTS期間展示,聲稱是世界上最大和最強的六軸機器人。M-2000iA / 900L可承受900公斤的有效載荷,垂直起升行程為6.2米。M-2000iA / 1200可以支持1200kg的有效載荷,而且在全力的作用下,可以處理以前需要兩台機械人的物體,同時機械人的手腕被IP67保護,可在惡劣的環境中操作。此外,機械人採用FANUC Robotics的R-30iA控制器,具有綜合智能功能的開放式系統,包括視覺和力感測。並且根據FANUC機器人產品經理Rich Meyer介紹該產品的手腕力量允許客戶將大型重型零件移動很大的距離,同時具有最大的穩定性。
 

圖7 FANUC M-2000iA

資料來源:IEK ITIS研究團隊整理(2017/07)
圖7 FANUC M-2000iA
 

四、IEKView
 

臺灣的廠商於全球航空產業供應鏈所扮演的角色,主要係供應製造完成次系統所需的零組件。因此在新機訂單及新興市場高度成長情況下,臺灣航空產業廠商應掌握此產業機會,除了持續優化既有航空零組件的製造技術與流程,並能擴充航空零組件產品線,朝向製作大型與高附加價值的航空零組件產品,提升產業效益。
 

然工欲善其事必先利其器,在提升航空零組件的製造技術同時,若能強化國產工具機加工航空零組件之能力,必可創造與提生出臺灣航空製造業與設備業的附加價值。因此建議政府對於航空產業的技術重點的研發項目如下所示:
 

(一)短期
 

  1. 零組件製造設備與生產線狀態監控/預測性維護。

  2. 金屬(難切削)零組件高速加工。

  3. 生產自動化。

 

(二)中期
 

  1. 引擎複合材料零組件製造。

  2. 數位製造應用方案(製程模擬/PLM)。

  3. AR/VR應用於零組件製造與MRO。

 

(三)長期
 

  1. 航太5軸專用工具機高階控制器。

  2. 航太領域積層製造應用方案(設備/材料/軟體/標準)。

 

透過上述的技術研發項目可以提升我國航空零組件製造與設備製造業之生產力、降低生產成本、提高品質穩定性與滿足新世代製造程序需求。
 

同時政府亦可促成臺灣工具機產業與國內航太產業中心廠(如漢翔)與零組件廠商(如拓凱、千附、晟田等)無縫合作,共同開發其航太零組件製造所需的工具機,不但可以促進臺灣工具機產品的升級,並且藉由國產化設備的效益提升國內航太產業的競爭力。
 

(本文作者為工研院IEK執行產業技術前瞻研究與知識服務計畫產業分析師)


* 點閱數5043
更新日期:2020-04-08

回上一頁 回首頁