工研院高值化創新技術 打造台灣成為亞太廚衛製造中心

為協助台灣水龍頭及相關產業業者進行產業升級，工業技術研究院（工研院）在經濟部工業局的委託下，於2007年展開為期三年的「水五金計劃」。雖然這項合作計劃已於2009結束，但卻在那短短幾年間成功地結合業界力量，完成了諸多項創新技術及產品的開發，有效提升台灣水龍頭產業的核心競爭力。

2007年的水五金計劃是由工研院專案經理陳長雄先生主導，他率領機械與系統研究所的研究團隊，除了和廠商合作鑽研、開發各種關於生產、電鍍、創新產品的技術外，也負責輔導業者將研究成果導入工廠，其成果相當可觀。值得一提的是，台灣水龍頭產業第一個公會組織：「彰化水五金產業發展協會」，就是隨著這個計劃的進行，在2008年9月27日正式成立的，成立之初便有超過150家業者加入。這意味著該計劃不僅僅為這個產業，帶來技術提升的正面效益，也逐漸凝聚了業者之間對於團結的共識。

藉著水五金計劃，陳經理的團隊見證了台灣水龍頭及相關產業的發展潛力，為了讓他們和業者間共同努力的心血發揮更大的價值，陳經理今年已向經濟部提出另一個新的「四年計劃」，將持續率領原班人馬，同時以水五金計劃的研究成果為基礎，發展新的高值化創新技術，並擴大應用到廚房、衛浴等相關產品的領域裡，最終目標是在未來的幾年裡，把台灣打造成獨一無二的「亞太廚衛製造中心」。

為了更加詳細介紹新計劃，陳經理和另外兩位資深研究員：古有彬及江忠鍵先生，特別在台中工業區接受採訪，回顧水五金計劃的成果，並說明在新的四年計劃裡，工研院將繼續進行的工作為何。

工研院的首次輔導

2007年的水五金計劃，對以資訊科技研發而聞名的工研院來說，是第一次將它那世界級的研究資源奉獻給水龍頭製造這個傳統產業。陳經理說，當時他們的研究團隊雖然是由資深的研究員組成，但卻對這個產業相對陌生，所以花了不少時間，去從頭了解產業的運作，並親自不斷地拜訪業者，除了整合共識外，也必須掌握他們「實際需要」的技術革新是什麼。

水龍頭製造是台灣最古老的工業活動之一，最早起源於彰化縣鹿港鎮的頂番婆地區，並已發展出顯著的產業群聚效應。陳經理提到，從這個地區向外延伸三十公里的方圓裡，就有超過七百家的上、中、下游業者從事著相關生產，其密度堪稱全球之最，也因此在台灣光復後，這個產業便很快地隨著經濟起飛的腳步，蓬勃發展超過半個世紀。他說：「這個產業每年出口值超過新台幣60億元，其中絕大多數是銷往美國，具有很大的外銷拓展潛力，這也是為什麼當初工業局會將它選為重點發展產業。」

陳經理強調，隨著水五金計劃從2007展開、2008漸入佳境，到2009年的完成，他們的團隊已和業界培養出了合作默契，並且成功地協助他們提升當時各自所欠缺的核心競爭力，這也讓他們在2009時獲頒最優績效團隊獎這個殊榮。也因此，他的研究團隊對於這次「四年計劃」裡高值化創新技術的研發及推廣，乃至於將台灣變成亞太衛浴製造中心這個最終目標的實現，比起四年前突然接下水五金專案這個任務時，有著更豐富的經驗以及信心去達成。

根據陳經理透露，這次的四年計劃已經受到經濟部批准，並將撥發總計新台幣一千萬元的研究經費，為了讓每一分資源發揮最大的效益，他們因此決定延續水五金計劃裡三個重點項目的研發及推廣，包括重力鑄造及自動化技術、三價鉻電鍍及表面處理技術以及高價化創新產品的開發，做為這次四年計劃的基礎，秉著持續研發及改良的目標，努力將這些技術進一步應用到衛浴、廚房以及所有和水有關的設備及產品裡。

陳經理同時也更一進步提到幾個關鍵技術的開發，包括重力鑄造自動化解決方案、低壓鑄造、PVD可調色抗菌鍍膜、DIY水龍頭快接接頭、水發電熱水器、環保節水控水系統、低耗電電磁閥、智慧調控灑水技術等，這些在未來幾年裡將藉著工研院的助力，成為台灣業者的關鍵技術及外銷主力產品。

表面塗裝技術

在電鍍技術這方面，擁有著相關專業背景的江忠鍵研究員，在接下來特別介紹了近幾年來的研究成果，而在新的計劃裡，他也將繼續扮演表面塗裝技術應用及改良的關鍵人物。

江研究員曾在水五金計劃中，輔導數家電鍍廠，將業界長久以來普遍使用、具高汙染六價鉻的電鍍溶濟，全部以無毒三價鉻溶劑取代，並以合乎成本效益的方式導入電鍍製程，這使得台灣水龍頭業者能夠更加確保他們的產品完全符合歐美日漸嚴格的產品環保規章。在此期間，江研究員也協助業者開發所謂的「奈米鍍膜」，透過這種表面處理技術，能讓水龍頭的表面不易受到汙濁且容易清洗，除此之外，在耐磨性、外觀及觸感上也都有顯著的提升。他說：「當時我們幫助國內一家叫『利鈺』的電鍍廠導入這項技術，並成功打樣展出後，就有10幾家水龍頭廠對『奈米鍍膜水龍頭』非常有興趣，紛紛向我們表達了合作的意願。這種高值化技術能夠讓他們的產品，不論在功能性或外觀上都更有競爭力。」

事實上，做為奈米鍍膜基礎的PVD(物理氣相沈積法)技術，是江研究員在水五金計劃時的重點應用技術。該技術在台灣已廣泛用於手工具、機械零組件等，其鍍層較耐磨，且硬度與耐蝕性都夠，持久性與抗菌性都比一般電鍍技術高出甚多。然而，這項技術的導入，需耗鉅資添購專門的設備，且所需的電鍍材料也比一般高出許多，因此對台灣以中小企業型態為主的電鍍廠而言，是一項高門檻的投資，尤其對鹿港地區以水龍頭表面處理為主要業務的業者來說，非常不具成本效益。

因此，為了讓PVD電鍍達到成本效益，江研究員特別針對這項鍍膜技術，在製程方面做了改良，並以價格更加實惠的二氧化鈦做為電鍍材料，讓成本節省了數十倍。國內的老字號電鍍廠：滿益金科技，在看到了江研究員所推出的解決方案後，感到非常驚奇，隨後便決定投入新台幣數千萬元打造一條PVD產線。江研究員說：「鹿港地區的電鍍廠已慢慢注意到這項技術的可行性，雖然短期只有滿益金等少數幾家業者做為先趨投入，但隨著技術成熟，未來期望將有如星星之火一般，讓這項高附加價值的技術在業界裡，猶如燎原之火，廣泛地運用在水龍頭電鍍上。」

在未來四年裡，江研究員將加強PVD電鍍製程做改良及應用，希望提升台灣廚衛產品的附加價值，並持續扶植重點廠商。例如滿益金科技已決定繼續和工研院合作，開發『PVD可調色抗菌鍍層』，這項技術現階段已有初步的突破，未來除了應用在水龍頭上之外，也希望能取代光觸媒抗菌技術，讓台灣其他的衛浴產品更具競爭力。

由於新的四年計劃將不再僅侷限於水龍頭產業在技術端的開發，而是將加強台灣在全球廚衛產品供應鍊的關鍵地位，因此，江研究員也在今年初開始和美國國家衛生基金會（NSF）展開會商，希望該基金會能在台灣設立認證中心，讓台灣廚衛產品業者能夠加速取得NSF認證，更加打通美國市場。

江研究員提到，展開這項會商是基於美國國內對於水龍頭及閥製品皆要求須通過NSF認證，但從過去到現在的一個最大問題是台灣業者必須花數十萬元，將產品寄到NSF美國國內的實驗室進行物性及毒性測試，並經過一個月左右的時間才能收到認證，非常沒有效率，這也是為什麼工研院希望NSF能來台設立實驗室。他說：「雖然在經過將近一年的協商，我們還無法和NSF在這個議題上取得共識，主要是因為NSF過去以來從未在亞洲地區設有實驗室。不過，他們已漸漸傾向於同意將物性測試這塊業務，委託給台灣本地已通過ISO17025認證的驗證機構來進行，未來若成功，台灣廚衛產品業者將能在物性測試這方面省下不少成本。」不論如何，工研院的努力已成功讓業者感到欣慰。

鑄造自動化

另一方面，重力鑄造技術的改良研發，則是古有彬研究員的業務範疇。他在水五金計劃裡，透過這項技術的推廣，希望能喚起業者對於良率提升及工作環境改善的投入，進一步加強整體產業的核心競爭力。

古研究員提到，鑄造是水龍頭的上游關鍵製程，對產品品質的好壞有著絕對影響，尤其以著重金屬模具使用的重力鑄造更是相對先進的製程技術。然而，在過去數十年來，台灣業者卻都是以砂模鑄造為主，這造成了一個現象，那就是長久以來在成本考量下，整個業界對金屬模具技術較不重視，直接地影響了重力鑄造在國內的發展。諷刺的是，重力鑄造在歐洲已被視為水龍頭的標準製程技術，但在台灣卻只是項非主流技術。他說：「砂模的鑄造件在表層容易產生坑洞，良率幾乎無法和金屬模具比較，且砂模廠的工作環境也比較差，這也是為什麼年輕人不願意到這個產業工作的原因之一。」

基於上述的因素，工研院的水五金團隊認為台灣水龍頭產業在上游製程還有很大的改善空間，也因此決定積極推廣重力鑄造以及自動化技術。古研究員在2007年至2009年期間，已成功輔導四家業者，以重力鑄造取代原有的砂模鑄造，並且發表了一些金屬模具技術，例如複合層的應用，這是在某些模具件的內層裡塗上陶瓷層，以延遲金屬在模具裡的凝固時間，避免液化金屬在結構複雜的模具裡，因流動不順造成凝固不均的問題。此外，他還在工研院裡準備了一系列電腦輔助開發軟體，讓業者能夠直接使用電腦技術資源，透過更有系統性的分析和模擬，開發出成功模具，減少金屬模具因設計不良而造成開發成本的浪費，而這些成果也確實增加了業者往金屬模具及重力鑄造技術應用的意願。

對古研究員而言，未來四年裡最重要的工作，就是如何將自動化技術導入重力鑄造，以協助業者真正地改善工作環境、吸引年輕人的投入。事實上，他曾在水五金計劃期間，便試著以工研院現有的機械人技術，做為重力鑄造自動化發展的起點。然而物性因素卻讓這樣的嚐試遇到了挫折，他說：「我們原本是希望將整個產線給自動化，但在杓子的部份卻遇到了一個很難克服的問題，那就是氧化鋅的產生，因為液化金屬在杓子取倒過程中，會隨著時間的經過，在底部形成氧化鋅的沈積，這樣一來，會讓杓子每次所取的量產生誤差，而造成業者成本上的損失。」

雖然這項問題目前無法克服，但古研究員並未放棄，打算在新的四年計劃，以所謂的「半自動化」方式做為折衷方案，他說：「重力鑄造自動化能提升效率、減少員工於酷熱環境下工作的機會，雖然全自動化會有成本過高及物性原理等問題需要克服，但半自動化應是個可行的方案，這將是未來四年裡我們會繼續進行的工程。」

高值化產品

協助業者利用改良過後的製造技術來生產所謂的「高值化產品」，一直都是陳經理的研究團隊的最終使命。在水五金計劃裡，就有幾項創新產品，成功地為業者打響在國際市場的知名度，其中以「內建水循環發電系統感應式（IR）水龍頭」為該研究團隊最自豪的成品之一。

古研究員說，事實上國際知名品牌TOTO是全世界最先將水循環發電系統應用在感應式水龍頭當中，但TOTO的系統卻還不算是百分之百的水循環發電，因為它仍須以鋰電池做為輔助電力，來避免某次水龍頭使用後的水流量，不夠讓該系統產生讓下個使用者使用水龍頭的充足電力。為了讓水循環發電系統完全擺脫電池的輔助，古研究員投入了相當多的精力進行改良，最後成功開發出所謂的「超級電容」做為解決方案。

比起一般使用於水循環發電系統的電容，工研院的超級電容在透過更省電的感應器以及低慣量發電機的配合運作下，能夠更有效率地將系統每次所產生的電力給儲存下來，且幾乎不會造成產出能源的浪費，這也讓工研院推出的水循環發電系統可以完全無需使用鋰電池，而且確保了每次使用的電力儲存量。根據古研院的透露，台灣一家知名的感應式水龍頭製造商，已在工研院的幫助下，成功應用這套改良後的系統，推出新的感應式水龍頭，美國已經獲得UL認證，並從今年初起就開始出貨，平均每個月的出貨量可達1000套左右。他說：「這種高值化水龍頭的推出，除了對該公司的營收有貢獻外，對整個產業形象的提升也是一種無形的價值。」

在未來的四年裡，古研究員將繼續改良這套系統，目標是將超級電容、IC控制器及發電機給做成All-in-one模組，這樣一來可以更加擴大這套水循環發電系統的應用範圍，例如小便斗、熱水器及其他廚衛產品等。此外，該研究團隊也開始注意到了美國龐大的智慧型灑水器市場，並已聯合廠商著手開發內建有水循環發電模組的相關產品。古研究員說：「美國每年進口超過100萬組智慧型灑水系統，這對台灣業者來說絕對是一個值得開發的商機。」

最後，陳經理為水五金計劃的成果以及四年計劃的目標提出了結論，他說：「當初在臨危受命下，我們慢慢隨著水五金計劃的推動，充分了解到台灣廚衛產業在面臨日趨嚴峻的國際競爭下，亟需擺脫過去OEM的形象，往ODM這塊市場邁進，進而和新興國家的業者形成區隔，也因此在當時確定了幾個研究方向。在新的計劃裡，工研院將會繼續協助業者提升製造技術、開發高值化產品，來累積實力並吸引年輕人才。同時也希望促成整個產業界形成創新的能量，增加台商回流的意願，以共同打造台灣成為亞太廚衛製造中心。」