隨著科技進步，關鍵工研供應零件走向精細，專訪阻尼工具機鍛造要求日益嚴格。院智抑振工業技術研究院智慧機械科技中心組長王仁傑於8日在「TIMTOS 2023」工具機展接受《關鍵評論網》專訪指出，機中借鏡具機「一點點共振都不行」，心王否則零件產生紋路，仁傑就是器研切入不合格的產品。我們很難想像：高過一個人、發工寬似台車的模組工具機，如何在重力的成功鍛造下，還要保持極致穩定，空中做出令空中巴士（AIRBUS）也買單的巴士「抑振器」。
台灣導入抑振模組，關鍵工研供應搶空中巴士訂單
目前，專訪阻尼台灣在機械領域產值超過新台幣100億元，院智抑振也是著名的工具機大國。多年來經濟部協助業者，搶攻國際大廠供應鏈有不錯的成果，例如協助亞太菁英導入工具機抑振模組，成功切入空中巴士市場，拿下A320機翼的製造訂單。
要拿到空中巴士的訂單可不容易，它們對於零件有極高的要求，出貨產品不能有一點痕跡，但是大型工具機要如何避免共振是大學問。尤其無時都在重擊鍛造，一直是各國大廠相當頭痛的問題。
例如：刀具加工時，機械的轉速會有好幾千轉，甚至是上萬轉，頻率非常高。王仁傑說，高頻率的震盪都還比較好處理，但若是大型工具機，共振頻率非常低，會引發「結構性低頻」的問題，就像是人在走吊橋，有些腳步、微風產生的振動頻率。
物理上，只要頻率相對就會有共振，如同吊橋、人的腳步頻率吻合，共鳴則越大。工具機的結構性低頻，會導致零件精度有誤差而產生痕跡，這對航太產業來說是硬傷，也是一大罩門。
共振問題：工具機要後天補救，還是要打掉重練？
他說：「這些零件要交給波音（The Boeing Company）、空中巴士。它們要求很高，零組件上不能有紋路（Ｍark），要非常光滑。」在過去，只要零組件發現紋路等問題，就必須再加一道工序將瑕疵拋平。
王仁傑還指出，航太產業追求輕量，如果要拋平，技術很高，還端看這些零組件的大小、材質和質量等都有學問。像是空中巴士A320的機底板；機翼上的工字樑等是否光滑完整。
Photo Credit: GettyImages 空中巴士（AIRBUS）工人正在組裝相關零件。
不過，後續加工會衍生許多成本，所以也在下刀切割時，有業者會將機器力度降低。王仁傑指出：「原本我切一刀，這麼深有低頻問題，我把那個切的深度降再低一點，切削的力量就變小，雖然可以降低低頻震盪，但反成效率不彰。」
王仁傑點出關鍵：「一般加工業者使用這樣的方式解決結構性低頻，可是在航太無法做到，因為它們是要拚加工的效率。」
時間就是成本，在商業上誰比較快就有機會搶得市場，如果今天是小零組件要再進行二次加工是比較快的，可是對照航太產業則曠日費時。
航太產業二次加工，時間拖更長。王仁傑舉例：「你想想看，飛機那個機翅膀多長，機台是五六公尺的縱深、長度，都要走一段時間，而且航太刀具在走的速度是很慢的，不像我們的一般小型刀具在走是一分鐘1、2米的速度在走。」
工具機被綁死，重新設計不划算
如果不要二次加工，有沒有辦法直接在工具機中改設計，降低「結構性低頻」的問題嗎？王仁傑指出，是可以從改結構，回去重新設計、分析，再回來產線上。但是，他說：「我們在設計結構的人很清楚，這還牽涉結構剛性、重量等，而且改機台結構看似容易，但是後面機台還會衍生岀更多自然頻率（natural frequency）的困境。」
自然頻率（natural frequency）：又稱特徵頻率（eigenfrequency），是指一個彈性體受激發產生自由振動，也可認為系統在沒有外力或是阻尼的情形下，會傾向於振盪的頻率。
他解釋，一般而言，工具機裡面的輪軸、螺絲等，受力方向不同，力道不一所產生的自然頻率都不一致。
可以簡單的把機台的鋼構骨架，想像成「筷子」，碰觸到筷子的長寬、任何角度造成的共振，間接影響鍛造的精度。因此設計者，如果打算從原本的設計圖更改、重新製造，也很難以克服這些困境。
最不好的狀況是，花了許多人力、物力，卻發現自然頻率沒什麼變動。此外，機台誕生時已經有大框架，例如大小長寬；相應的介面，也無法逐一調整。王仁傑強調，業者不會因為其中一個的頻率問題，連帶更新系統介面。
其實，過去有業者，不改大結構，試圖在機台裡面一些「吸震材料」，但是回過頭，每一個工具機製作切割敲打，最重要的是「剛性」。而本次工研院研發的抑振模組，像是外掛，可以從外部處理結構性低頻的問題。
他說：「工具機剛性的連接是一個串聯，如果有一個軟質材料夾在中間的時候，會弱化鍛造效果，也就是系統化的剛性最強、最弱不是從最強者決定，反而是最弱的地方決定。例如：拳頭和手肘，拳頭很硬，但是手肘關節很弱，整體來說力量就會不足。」
借鑑101研發「工具機抑振模組」，低頻抗振才是關鍵
工研院研發的「工具機抑振模組」，簡單來說是一顆避震器。它可以安裝在工具機之中，透過內建驅動馬達攢聲「相反振頻」，徹底解決機械手臂等加工低頻振動的問題。相較於過去只能將工具機大卸八塊、更改結構的設計而言，更有效率。
這種抑振原理，如同台北101的阻尼球，地震來時擺盪，阻尼球跟著建築物產生反方向的震盪，利用這個方式去吸收震盪而成的震盤系統。
Photo Credit: GettyImages 台北101的避震阻尼器原理示意圖。
工具機的條件都被綁死，工研院能做的是在既有的基礎上找到另一個解方。王仁傑回憶，當時工具機抑振模組被帶去韓國實驗，逐一把問題釐清後，在回台打造客製化系統，裝到韓國業者的機台上，解決了低頻的問題。
目前，這一種款新研發「工具機抑振模組」可以應用的產業相當廣泛。王仁傑指出：「不限定任何產業，包含了相當熱門的半導體產業。」他提及，舊有的系統參數都被綁死，無法快速更改汰換，因此業者需要這樣的設備，這是很大的市場。