漢翔工業實現永續及智慧製造轉型的關鍵，以設計模擬找出關鍵製程參數，結合AIoT產線監測控管品質

因應無人機、eVTOL (電動垂直起降飛行器)市場需求變化，以及淨零排碳的永續轉型壓力及供應鏈挑戰，傳統航太產業必需不斷改善製程，例如採用輕量化結構設計，縮短量產時程，才能滿足多變的市場需求。

投入國防、引擎製造、無人機的漢翔工業近期在一場活動中，分享漢翔工業如何推動智慧製造及實現永續轉型，包括開發設計複合材料模具，提高熱塑複材的開發效率、降低模具成本，為該公司邁向淨零永續及智慧製造轉型的實例。

輕量化結構及高速量產2大挑戰

「航太業使用複合材料已是明確的趨勢」，漢翔工業工業工程處結構分析組組長余孟駿說。

他分析使用複合材料有2個原因。首先是輕量化結構，在各種飛行器設計裡，為了減少油耗、擴大航程、增加酬載重量，除了改善推進系統，另一個方式是讓飛行器瘦身，透過材料或是輕量化結構設計達到目的，例如提高複合材料的應用率。 

以目前市場需求快速增加的無人機、eVTOL為例，余孟駿指出，傳統耗油的飛行器，隨著飛行距離，消耗燃油得以減輕負重，但是無人機、eVTOL等新型的飛行器多使用固定重量的電池，並不會隨飛行減輕電池重量，因此採用輕量化的結構設計對這類飛行器相當重要，尤其是載重有限的無人機，載重限制無人機的應用可能性。

促成航太業運用複合材料另一個原因是，高速量產的需求。傳統飛機製造相當費時，而無人機或eVTOL的需求，特別是無人機，需求量往往上百架、千架不等，遠遠超過傳統飛機，因此航太業因應市場必需具備高速製造能力，必需透過新的製程來達到目的，例如開發熱塑複材或是其他高速非壓爐製程。

其中熱塑複材(TPC)就具有潛力，余孟駿指出，傳統熱固複材(TS)的材料特性為不可逆的化學反應，如同煎熟的荷包蛋，一旦加熱固化後就難以回復再利用，而且熱固複材的固化時間約需2到3個小時，並且不容易將兩個物件組裝在一起，需透過扣件或膠合等方式組裝。

至於熱塑複材，儘管需要較高加熱溫度(300至400度)，但熱塑時間只有幾分鐘，且為可逆的物理變化，具有可塑性，如同巧克力加熱融化，易於再利用，也容易將兩個物件接合組裝，除了扣件或膠合，也能以焊接方式接合。

換言之，從航太產業因應市場需求，需要輕量化結構，使用複合材料，並且滿足高速生產需要，熱塑複材相較於熱固材料具有優勢，而且因為容易回收再利用，符合淨零永續的目標。

然而，複合材料在成化過程中，成品容易受到纖維方向，或是因為成化工具、纖維、樹脂的熱膨脹係數，甚至受到加熱溫度、壓力變化的影響。

余孟駿指出，航太業在複材開發上面臨挑戰，在複合材料開發過程中，零件最終尺寸取決於模具不斷調整修改，而模具送回修改往往耗費一個半月，修改模具也耗費資金。另一個更為現實的挑戰是，少子化加上老師傅凋零，讓過去靠口耳相傳學習的製造經驗難以為繼。

整合設計及模擬縮短零件試製時間

這是傳統製造業面臨的挑戰，促使製造業必需加速轉型，例如以自動化生產降低對勞力的需求；傳統製造仰賴老師傅數十年的製造經驗，取而代之的是AI蒐集實體零件與設備數據進行分析，相關技術發展愈來愈成熟。

他認為透過製程模擬先期掌握重要參數，是自動化智慧製造的出路。

至於複合材料開發挑戰，熱塑複材相較熱固複材生產效率大幅提升，在無人機、eVTOL或下一代客機開發具有潛力，以無人機為例，雖然不像有人駕駛飛機要求製程繁瑣及準確，但是無人機需要縮短製程時間，而使用熱塑複材只要幾分鐘就能完成。

但是熱塑複材需使用的模具成本高於熱固複材，「製造過程中禁不起多次模具來回修改的成本，特別是錢買不到的時間」。

余孟駿表示，熱壓製程使用的模具修模費用高昂，由於加熱壓製成型，模具如果需要修模，壓製的上、下模具都需要修改，需要花費上萬歐元，而且耗費數周的時間，並且修模期間產線被迫停產。因此在製造之前，希望透過製程模擬，包括熱壓後零件的常溫入回彈角度差異，讓首次試產達到良好零件設計角度，同時縮短開發時間。

漢翔和達梭系統合作，為製造而設計(Design for manufacture)，以飛機機翼大量使用的翼肋為目標，翼肋需要三面折彎設計，製程中翼肋的三面折彎必需確保準確才能組裝，他們通過MODSIM整合設計和模擬，透過模擬與驗證翼肋的熱壓製程模具實作效果。

透過MODSIM整合設計及模擬，設定零件的尺寸、溫度、行程、速度等製程參數化模型，透過不斷調整、蒐集及分析，找出模具開發的關鍵製程參數。

智慧化產線製程

取得關鍵製程參數後，接下來漢翔在工廠、設備上安裝監測器，蒐集數據經由漢翔AIxWARE智慧監控，透過智慧監控後續量產時的製程品質，適時介入，避免生產缺陷。

余孟駿最後提到航太產線的智慧化發展，在原有老舊機臺安裝監測設，串連多個機臺蒐集資料，製程排程、品質控制都可從監控數據反映出來，並且計算能耗、碳排管理，隨著AI技術的發展，不斷精進提升資料的蒐集分析，並且能夠輔助決策，提升製程穩定，協助以更有效率的方式生產。