应对无人机、eVTOL (电动垂直起降飞行器)市场需求变化，以及净零排碳的可持续发展转型压力及供应链挑战，传统航天产业必须不断改善制程，例如采用轻量化结构设计，缩短量产进程，才能满足多变的市场需求。
投入国防、引擎制造、无人机的汉翔工业近期在一场活动中，分享汉翔工业如何推动智能制造及实现可持续发展转型，包括开发设计复合材料模具，提高热塑复材的开发效率、降低模具成本，为该公司迈向净零可持续发展及智能制造转型的实例。
轻量化结构及高速量产2大挑战
“航天业使用复合材料已是明确的趋势”，汉翔工业工业工程处结构分析组组长余孟骏说。
他分析使用复合材料有2个原因。首先是轻量化结构，在各种飞行器设计里，为了减少油耗、扩大航程、增加酬载重量，除了改善推进系统，另一个方式是让飞行器瘦身，通过材料或是轻量化结构设计达到目的，例如提高复合材料的应用率。
以目前市场需求快速增加的无人机、eVTOL为例，余孟骏指出，传统耗油的飞行器，随着飞行距离，消耗燃油得以减轻负重，但是无人机、eVTOL等新型的飞行器多使用固定重量的电池，并不会随飞行减轻电池重量，因此采用轻量化的结构设计对这类飞行器相当重要，尤其是载重有限的无人机，载重限制无人机的应用可能性。
促成航天业运用复合材料另一个原因是，高速量产的需求。传统飞机制造相当耗时，而无人机或eVTOL的需求，特别是无人机，需求量往往上百架、千架不等，远远超过传统飞机，因此航天业应对市场必须具备高速制造能力，必须通过新的制程来达到目的，例如开发热塑复材或是其他高速非压炉制程。
其中热塑复材(TPC)就具有潜力，余孟骏指出，传统热固复材(TS)的材料特性为不可逆的化学反应，如同煎熟的钱包蛋，一旦加热固化后就难以回复再利用，而且热固复材的固化时间约需2到3个小时，并且不容易将两个对象组装在一起，需通过扣件或胶合等方式组装。
至于热塑复材，尽管需要较高加热温度(300至400度)，但热塑时间只有几分钟，且为可逆的物理变化，具有可塑性，如同巧克力加热融化，易于再利用，也容易将两个对象接组成装，除了扣件或胶合，也能以焊接方式接合。
换言之，从航天产业应对市场需求，需要轻量化结构，使用复合材料，并且满足高速生产需要，热塑复材相较于热固材料具有优势，而且因为容易回收再利用，符合净零可持续发展的目标。
然而，复合材料在成化过程中，成品容易受到纤维方向，或是因为成化工具、纤维、树脂的热膨胀系数，甚至受到加热温度、压力变化的影响。
余孟骏指出，航天业在复材开发上面临挑战，在复合材料开发过程中，零件最终尺寸取决于模具不断调整修改，而模具送回修改往往耗费一个半月，修改模具也耗费资金。另一个更为现实的挑战是，少子化加上老师傅凋零，让过去靠口耳相传学习的制造经验难以为继。
集成设计及模拟缩短零件试制时间
这是传统制造业面临的挑战，促使制造业必须加速转型，例如以自动化生产降低对劳力的需求；传统制造依赖老师傅数十年的制造经验，取而代之的是AI搜集实体零件与设备数据进行分析，相关技术发展越来越成熟。
他认为通过制程模拟先期掌握重要参数，是自动化智能制造的出路。
至于复合材料开发挑战，热塑复材相较热固复材生产效率大幅提升，在无人机、eVTOL或下一代客机开发具有潜力，以无人机为例，虽然不像有人驾驶飞机要求制程繁琐及准确，但是无人机需要缩短制程时间，而使用热塑复材只要几分钟就能完成。
但是热塑复材需使用的模具成本高于热固复材，“制造过程中禁不起多次模具来回修改的成本，特别是钱买不到的时间”。
余孟骏表示，热压制程使用的模具修模费用高昂，由于加热压制成型，模具如果需要修模，压制的上、下模具都需要修改，需要花费上万欧元，而且耗费数周的时间，并且修模期间产线被迫停产。因此在制造之前，希望通过制程模拟，包括热压后零件的常温入回弹角度差异，让首次试产达到良好零件设计角度，同时缩短开发时间。
汉翔和达梭系统合作，为制造而设计(Design for manufacture)，以飞机机翼大量使用的翼肋为目标，翼肋需要三面折弯设计，制程中翼肋的三面折弯必须确保准确才能组装，他们通过MODSIM集成设计和模拟，通过模拟与验证翼肋的热压制程模具实例效果。
通过MODSIM集成设计及模拟，设置零件的尺寸、温度、行程、速度等制程参数化模型，通过不断调整、搜集及分析，找出模具开发的关键制程参数。
智能化产线制程
取得关键制程参数后，接下来汉翔在工厂、设备上安装监测器，搜集数据经由汉翔AIxWARE智能监控，通过智能监控后续量产时的制程品质，适时介入，避免生产缺陷。
余孟骏最后提到航天产线的智慧化发展，在原有老旧机台安装监测设，串联多个机台搜集数据，制程调度、品质控制都可从监控数据反映出来，并且计算能耗、碳排管理，随着AI技术的发展，不断精进提升数据的搜集分析，并且能够辅助决策，提升制程稳定，协助以更有效率的方式生产。
