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CNC線切割機,可說是台灣眾多工具機發展歷程中,較晚開發但成績卻竄升最快的機種之一,從1999年慶鴻機電工業股份有限公司推出首部國產CNC線切割機後,台灣就成為繼瑞士、日本之後,進入第三個量產CNC線切割機地區,隨後並於2002年達到全球線切割機第三大生產國規模。這種傲人的成績,背後一定有值得探討的故事與成功要素;與其他類型工具機相比,放電加工機與線切割機總體產值雖然不是工具機類別中最高的,但卻是少數自製率幾乎百分之百的台灣精品、以及具有「產業指引學、研投入,後由學、研帶動產業技術升級」的特殊發展模式,同時也讓台灣自主發展工具機控制系統,提供一個長期實際試煉與持續擴大應用領域的契機。
台灣放電加工設備業發展與重要成果
1960年代後正是台灣將機械工業列為發展重點的開端,加上美軍為就近支援越戰,擴大在台採購軍需補給與裝備保修品項,也促進各式工作母機的龐大需求與機械產品市場,也帶動各式小型機械加工廠如雨後春筍般的相繼成立與茁壯。在這段蓬勃發展的年代,各種新、舊設備成品與零組件被大量進口至台灣,連當時美、日二國也算是十分新穎的工具機-放電加工機,也有人開始引入。這種非傳統加工法與工具機,雖是美國於1943年首先商品化,但後來卻被日本趕上:先是由東京大學的鳳誠三郎博士,在1948年研究放電加工成功並將之命名為「放電加工法」,並於二年後發展出「振動式電弧放電加工機」,成為現今放電加工機的前身。
早期放電加工機多從日本進口,經過數年跟著日本技師學習的歲月,國人才漸漸熟悉放電加工設備操作與維修,隨後因部分機械業者因見有利可圖,就有人想辦法進口零組件與舊設備拼裝出售,此種學習與拼裝出售模式,逐漸為台灣機械產業累積了可觀人才、技術、聚落與市場;也因為有了這片沃土的滋養,才加速日後工具機產業的迅速壯大,不僅站上世界舞台更支援其他產業共創台灣經濟奇蹟。
1965年位在台南的台一電子機械股份有限公司,首先推出第一部自產的放電加工機,開啟台灣放電加工設備產業的序幕;到了1975年,剛成立的慶鴻領先業界研改速度,開始生產「全電晶體式」放電加工機,改善早期設備有「加工速度慢、電極消耗大」的問題。自此,台灣放電加工設備業就開始進入多方競爭的時代,也為10年後吹起研發、產製與行銷世界的璀璨序曲預作準備。
10年,剛好是一個世代,也是遠程計畫的分界點,若從台灣產製放電加工機年代開始觀察,並放眼至未來10年估算,也就是從1960年算至2020年止恰好一甲子,在每10年為一期劃分下,可概略分成「孕育期、萌芽期、茁壯期、成長期、轉型期與預測期」六個階段,各階段的發展主軸與重要成果如表1。
產官學研的合作方式與技術成就
經由各方資料與時間序列比對後發現,台灣放電加工設備業與學術、研究單位之間的合作關係,比較其他機械業更緊密,先是由產業指引學術與研究機構的投入,後逐漸變為研究機構支援及導引產業技術升級,而學術單位則日漸發散研究領域,為下一階段的技術應用鋪設基礎;另在政府支援政策方面,在1990年代前的政策支援,大多是採取租稅優惠政策,幾乎沒有專案計畫或經費補助民間企業執行研發工作。後來鑑於產業升級的迫切需要,意識到研發才是維持產業競爭力的核心能力,政府遂陸續推出業界科專、小型企業創新研發計畫(Small Business Innovation Research;SBIR)、主導性新產品開發計畫及國科會專案研究計畫等政策,期望透過經費直接補助,提升企業研發意願與各大學研究領域,達成產業升級目的。 以下就台灣放電加工設備業與學術、研究機構間的合作模式作一簡單說明:
1. 產業指引學、研投入:
在1980年代前,「放電加工」是全新的技術與知識,且技職學校與大專院校也還沒有這方面專長的老師可以開課,所以產業所需放電加工人才,多採師傅帶徒弟方式傳承,而這些師傅級人員,則啟蒙於剛引入時的原廠技師與(或)自主學習而來,也是早期創辦台灣放電加工設備工廠的主角;或者說,產業第一波的技術成長來自於創辦人經驗與主動學習、嘗試精神,例如台一、慶鴻、億曜企業股份有限公司(台南)的成長過程皆是如此。
當時的學術與研究機構對放電加工的研究甚少,就現今各大學從事放電加工研究的學者來說,就有不少曾經是台灣大學廖運炫教授研究團隊的成員,如今這些博士也分別在各校帶領學生繼續從事放電加工、線切割、微放電加工及複合放電加工機的研究。而廖教授則是在1986年收了一位家中從事放電加工機製造的研究生,以及該生從公司搬了一台實驗用的放電加工機運到研究室後,才開啟了教授對電加工技術與設備設計的一系列研究與豐碩成果。
又慶鴻於1990及1993年,陸續與工研院合作開發放電加工機、線切割機PC-Based CNC控制器,雙方在產業實際經驗與電腦運算技術相互學習下,很快就突破各自技術瓶頸,完成原型機製作並持續研改,最後將控制器內13片電路板簡化成3片,原控制器成本也由60萬元大幅下降到3萬餘元,創造出台灣CNC放電加工與CNC線切割機產業榮景,也順勢擴大工研院推動PC-Based放電加工與線切割的應用技術研究。

2. 研究機構支援產業發展:
經過與產業合作管道,工研院慢慢了解產業的需求,也逐漸建立自己的技術核心,近十餘年來則透過技術轉移方式,提供業者改善加工控制與工具機設計的關鍵技術,促進業界不斷有新功能、高精度機種上市,達成提升產品位階與價位,擺脫傳統機型獲利減少的困境,表2即為工研院近年對放電加工設備業者的技轉項目。
去年起,工研院在政府輔助「中部精密機械創新研發社群計畫」下,整合金屬中心、精密機械中心,開始促成業界組成研發聯盟,期望藉由專業社群活動的槓桿作用,將會員廠商個別的小個體力量,整合成一股巨大的力量,以促進產業升級與轉型,並培植和國際大廠分庭抗禮的實力。目前已在今年3月,促成國內前三大放電加工機製造廠-徠通、慶鴻及喬懋公司,以及水冷卻系統商-哈伯公司及電腦數值控制系統商-統達公司合組聯盟,以「A +旗艦級精細線切割放電加工機WEDM(Wire Electrical Discharge Machine)整合性計畫」,由徠通科技擔任主導廠商,共同向經濟部申請科專補助,全案預計在2010年底結束。

3. 學界基礎研究漸成體系:
廖運炫教授在放電加工與線切割的研究成果,不但成功多次協助產業開發新技術與新產品,促進台灣放電加工設備產業的蓬勃發展,而後在產業榮景以及廖教授的研究成果與放電加工領域碩博士逐年增多下,已吸引其他大學開設相近的學程與不同研究專題,擴大基礎理論與應用技術研究。其中較有系統投入專門研究主題的學校包含台灣大學、中央大學、台北師範大學、大葉大學及雲林科技大學等,相關研究如表3。

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