學術貢獻 〉第一屆國家產學大師獎:高雄科技大學機械與自動化工程系特聘教授林栢村
2019-3-07
臺灣模具王國背後推手 研發前瞻應用科技

走進高雄科技大學的「智慧製造實習工場」,除了各大廠自動化沖床設備矗立, 擺在入口處顯著位置一字排開的,是學生參加各項實務專題競賽得到肯定的模具作品。

林栢村拿起每一項作品細細講解設計理念,臉上表情比自己拿獎還開心。

影響一輩子的大學實習

高雄科技大學第一校區工學院院長林栢村在沖壓模具鑽研已久,1999年辭掉中華汽車技術部主任後,在高雄第一科大(已併入高雄科技大學)一待就是近20 年, 期間曾擔任創新育成中心、區域產學中心執行長,也曾赴德國阿亨工業大學研習工業4.0。

能獲得本屆國家產學大師獎,與林栢村在沖壓模具的精微化、自動化及智能化的研究斐然有關,而且透過大量產學合作案, 讓受惠廠商遍及製造業、汽車產業與航太業。

致力於產學合作,除了因為曾在中華汽車待了7年,更因林栢村本人在大學期間強烈感受到產業實習,對自己的助益。

「還記得在淡江機械工程學系第一年, 成績都是10幾名,在大一暑假時,我主動到系辦詢問有沒有實習機會,經介紹到大同公司實習兩個月後,大二以後成績就開始突飛猛進,拿到第一名,」林栢村說。

實習的影響深遠,造就傑出學業成績與熱愛業界實務。林栢村服完兵役後,積極加入與產業互動密切的工研院機械工業研究所服務5年;當他從密西根大學機械工程博士畢業後,沒有像多數人一樣直接進入大學教書,他先在中華汽車服務7年。

從汽車業跳槽到學界

林栢村分享,在中華汽車任職期間,浮現到大學教書的念頭,即便當時中華汽車的待遇、福利都不錯,但最後他選擇在40出頭的年紀跳出習慣圈、轉戰學界, 來到高雄第一科大服務。

「當時正值中華汽車的巔峰,公司有個制度是每個員工幫公司賺1 萬塊,該年度的年終總獎金就多一天,依此類推,若該年度賺30億,那麼3千名員工每人除了基本的4 個月,還有100天的年終獎金。」林栢村回憶,因為這個福利,讓員工上下一心,促成了當初的榮景。

後來在大學有自己的研究室,林栢村仿效中華汽車精神,除了提出研究願景,也提供優渥獎助金激勵學生,好讓學生無後顧之憂,不需到外打工就能維持生活開銷,專心研究。

高雄是臺灣最大的汽車零組件產業聚落,林栢村來自汽車業的背景,讓他在加入高雄第一科大後,便聚焦於汽車零組件產品開發流程的建構。

「還記得當時廠商說,因為我們跟他可以講同一國語言,所以合作之初就滿順利的。」林栢村說,當時高雄汽車零組件開發尚未有系統導入自動化,學校的角色就是透過數位工具,協助廠商建立自動化及數位化產品開發系統。

開發從30小時變成5小時

隨著與汽車產業的合作日深,林栢村也將研究朝向尋找重量更輕或強度卻更強的材料,最後找到「錳硼鋼」。林栢村說, 錳硼鋼因加溫達950℃,成形後強度是一般鋼鐵的5 倍以上,透過高溫成形的技術,用較輕的鋼材就能做到更高的強度。

「同樣的道理,後來也曾運用在手機外殼。」林栢村接觸到3C 廠商,希望開發更輕薄的手機外殼,研究團隊也透過可在160 ∼200℃間成形的鎂合金,做出更輕且強度更高的手機外殼。

林栢村說,因開始接觸3C產業輕薄短小的需求,才讓研究團隊正式走向「精微沖壓模具技術」的道路,希望在現有技術上更上一層樓。

「製造精微沖壓零件的模具已存在超過百年,要在技術上創新,難度不低。」林栢村說,為了提升沖壓模具在精微引伸的成形性,團隊在沖頭表面設計微凸脊來分散成形力量,如此一來,不但可以降低胚料成形的變薄率,也可提升精微沖壓的引伸率。 
此項研究除了讓精微沖壓引伸率,超越現有世界最佳紀錄30%以上,與3家廠商進行的產學合作計畫,更曾獲經濟部學界科專、科技部專題研究等計畫挹注,並在2013年拿下烏克蘭發明展金牌獎,並衍生SCI 期刊論文5篇,以及中華民國、中國大陸及美國等國發明專利共6件。

除了呼應消費者需求,林栢村的研究方向也未忘卻產業的困境。

林栢村分析,模具設計長期存在人才缺乏、品質不一、時間過長等問題,主要原因在於模具設計是一個煩雜且技術性很高的工作。 但臺灣向來有模具開發王國的美譽,由幾代人所打下的產業競爭力,該如何延續下去,一直是林栢村放在心中的使命。

為此,林栢村開始研發沖壓模具的「自動化設計系統」,以堆積木的概念,依功能特徵做成各種模組,比起傳統模具用點、線、面三維設計的概念,模組化可簡化及彈性化設計流程,讓設計者只需輸入最基本設計需求,就可由電腦軟體自動設計模具結構,工時更由動輒超過30個小時以上大幅縮短為5 小時以內,並有一致品質。

這項創新構想與技術除獲得2項國內發明專利,發表4篇SCI期刊,並陸續與3家公司產學合作,堪稱世界第一套「連續沖壓模具自動設計系統」。

導入智能化開發

臺灣先進的模具技術,曾讓許多產業創造臺灣奇蹟,包含居於全球頂端的自行車產業、世界級的機車產業,以及頂尖汽車零組件,進而在高雄、桃園形成兩大汽車模具廠商組裝聚落,供應全球。

林栢村分享,從自行車約需300多個零組件、機車在700個以上,汽車則是動輒2、3萬個零組件,自動化與精微化的模具設計系統,可大大提高開發效能。

在轉進高科技製造業後,3C產品汰換的週期更短,光是自動化已不能滿足廠商的需求。為了因應臺灣高科技產業對「智能生產」的需求,林栢村也遠赴德國阿亨工業大學國際學院研習智能製造,希望模具開發也能朝向智能化發展,協助廠商更有競爭力。

為此,林栢村很早就與沖床大廠協易公司,一同建構超越歐美日的「智能沖壓示範生產線」,在過去自動化設計的基礎上, 搭配線上即時材料監控、品質驗證及沖頭刀刃失效監控等系統,大幅降低生產過程的不良率。林栢村說,以目前的研究進程來說,臺灣在智能沖壓模具上已走在歐、美、日等國之前,但要落實到產業,仍須擴大產學合作的規模。

為此,林栢村大力推動「金屬成形技術產學聯盟」,從最上游的模具設計與分析, 結合各式先進的沖壓、鍛造技術,到最下游的自動化產線技術,規劃「一條龍式」完整支援,以幫助廠商徹底解決問題,提供產業升級機會。

因為擁有產業經驗,讓林栢村近20多年來的研究,得以嘉惠汽車、傳統製造業,乃至3C 等高科技業,接下來,林栢村將把沖壓模具的技術導入航太產業,成為「國機國造」最堅實的後盾。

林栢村指出,配合政府「國機國造」計畫,高科大在教育部技職司的補助下,除了建置「航太零組件製造類生產線場域」, 並開設「航太製造人才培育學程」,讓學生在理論的學習後,能實際在生產線場域實習飛機零組件的製造,為航太產業培養新血輪入。

「實際的產線,永遠是最好的老師。」由於本身在大學的實習受惠良多,讓林栢村在進入學界後,始終不忘透過各種產學合作案,為學生打造最好的實習場域。

林栢村的下一個目標,是透過智能沖壓模具技術,協助更多臺灣廠商,及早取得工業4.0的門票。

參觀人數:1197651  Copyright © 2015 Innovation in Higher Education Bi-monthly All Rights Reserved
參觀人數:1197651
Copyright © 2015 Innovation in Higher Education Bi-monthly All Rights Reserved