標準與客製化運動解決方案：採購流程中應考量的 7 大因素
作者：Brian M. Fink 產品經理
許多先進製造與檢測相關專案及流程的最終成功，往往取決於一套高精度的運動控制解決方案，該解決方案由機械定位平台、控制電子元件與軟體所組成，它代表了整個流程所依賴的基礎平台。
要定義一個既能滿足正確技術要求，又符合專案預算的運動系統，即使對經驗最豐富的運動控制設備採購方來說也極具挑戰，不過這項困難可在採購流程初期，透過考量標準化與客製化解決方案的適用性來有效降低，雖然許多採購方能輕易理解採用標準產品解決方案的便利性，但及早考慮客製化方案的選項，往往也同樣值得。
然而，在標準與客製化之間的選擇遠非黑白分明；此外，適用於某個應用的方案，未必是另一個應用的最佳途徑，產品和解決方案在被定義為標準或客製化時，存在不同程度的區別，而專案成功的關鍵要素之一，便是更深入地理解這個連續光譜，以及在選擇過程中必須做出的權衡取捨，以下七個因素可作為採購團隊在採購精密運動解決方案時的起點。
標準解決方案的適用性
標準運動解決方案包含型錄級別的產品，例如線性與旋轉定位平台、馬達和控制器，這些產品都已經過完整設計與文件記錄，並具備經過驗證的效能特性，其細節通常詳列於運動控制供應商的規格表中，標準運動定位解決方案主要有兩種類型：標準現貨供應與標準按訂單配置。
標準現貨供應
標準現貨供應解決方案，例如馬達、控制電子元件及預先配置的定位平台，由運動控制供應商預先生產並完成品質驗證，由於這些商品通常直接從供應商的庫存出貨，因此交貨時間可以非常迅速，而且越來越多產品可透過線上訂購取得，因為它們不需要額外的工程設計工作，這類解決方案在成本方面可能更具優勢，此外，這種標準化模式也有助於提供直接明瞭的技術支援。
標準現貨供應解決方案在產品選擇、可得性及應用適用性方面也可能受到限制，這會導致採購方必須做出技術上的妥協、接受更高的技術風險，並投入大量時間進行整合。
標準按訂單配置
標準按訂單配置的解決方案為採購方提供了額外的靈活性，因為它們可以更貼近應用的具體需求，透過這種方式，採購方可選擇多種可配置的參數，例如：行程長度、馬達與回授選項，或是放大器電流與匯流排電壓，供應商隨後會使用已完成規格制定、設計及測試的元件，來打造符合採購方期望配置的產品，圖 1 展示了一個範例。
圖 1. PlanarDL，一款雙軸 XY 機械軸承直驅平台，即為標準按訂單配置產品的例子。
標準按訂單配置解決方案為採購方提供了靈活的選項，而無需面對完全客製化解決方案的所有複雜細節，當產品被設計成擁有多樣化且完整定義的配置選項時，供應商不必執行額外的工程工作（這會增加成本並延長交貨時間），而採購方也無需處理外部的專案管理，如同標準現貨供應解決方案一樣，直接明瞭的技術支援是按訂單配置解決方案的一大特點。
當標準運動解決方案是採按訂單配置時，一個額外的好處是供應商可以承擔部分的多軸整合工作，從而減輕採購方的這項任務，這可能包括將不同平台組裝成多軸堆疊、執行精密的軸向校準、優化控制器調校，以及在使用者指定的功能性工作點進行平台校準。
標準解決方案的限制可能導致採購方在技術上做出妥協，雖然供應商可以協助進行軸層級的整合，但大部分系統層級的整合工作仍需由採購方負責。
客製化解決方案的適用性
運動定位系統可以依據不同程度進行客製化，客製化運動控制設備的供應商，會利用其工程與製造資源，將採購方的需求轉化為一套量身打造、具備專門文件記錄的解決方案，以滿足獨特的要求，客製化運動定位解決方案可分類如下：
客製化工程元件解決方案
對於希望自行完成大部分機器建構與整合，但卻找不到標準元件（如馬達、控制器與平台）來滿足其運動與定位需求的採購方而言，客製化工程元件是一個值得考慮的合理選項，較簡單的客製化項目包括修改封裝與安裝模式，圖 2 便是一個例子，其中展示了將標準驅動電子元件重新封裝於機架安裝模式，以便在終端使用者的設施中更容易整合。
圖 2. 客製化驅動器機架，由標準的驅動電子元件和軟體構成，專為簡化客戶的整合與封裝而打造。
中等程度的客製化可能涉及修改驅動器韌體，或為線性平台創建特殊的行程長度，最後，某些應用需要一套完全客製化的解決方案，專為單一終端應用而設計，圖 3 展示了此類解決方案的一個範例，該方案是為了一個需要 10 度旋轉、6800 N 負載能力及次角秒級定位解析度的應用而打造。
圖 3. 此款客製化測角儀經過精心設計，以滿足一系列獨特的要求，包括超高負載能力和次角秒級的定位重複性。
客製化工程運動系統解決方案
一套由標準與客製化產品精密組裝而成的系統，會運用供應商的標準核心建構模組，來產生一個獨特的設計以符合採購方的需求，這通常需要特殊的組裝考量，例如：纜線管理、安裝支架與精密校準，甚至可能涉及全域工作點或機器規格的設定，客製化工程運動系統有助於將技術風險降至最低，因為絕大多數的運動整合工作皆由供應商執行，與自行組裝的解決方案相比，客製化工程運動系統不僅提供較低的整體持有成本，還有助於使用者從其流程中獲得最大效益，並維持競爭優勢，圖 4 展示了一款客製化工程運動系統的範例。
圖 4. 用於客製化雷射切割應用的雙橋式龍門系統，每個橋架配有四個橫軸滑台，圖中未顯示的驅動電子元件與控制器，被封裝在一個獨立的電氣箱中。
整合式自動化系統解決方案
有時為了滿足一套獨特具體且詳細的客戶需求，必須採用完全客製化、從零開始打造且具備更高整合度的解決方案，儘管需要投入更多資源，完全客製化的解決方案所需做的技術妥協最少，且長期下來通常伴隨著最低的整體持有成本以及更簡化的供應鏈，此外，選擇整合式自動化系統能讓採購方輕易地從原型過渡到可量產的系統，從而盡快將終端產品推向市場，同時達到採購方及其終端客戶所要求的產能與品質，圖 5 描繪了一套完全客製化的整合式自動化解決方案。
圖 5. 一個整合了零件處理、機器視覺和整合式安全系統的製程製造單元，即為整合式自動化系統的一個例子。
運動解決方案的總預算
在與供應商接洽之前，採購團隊應草擬一份初步的工作說明書，不僅提供初步需求的技術描述，也應涵蓋運動解決方案的預算價格範圍。
從採購方的角度來看，標準運動解決方案最初可能看似比高度客製化的解決方案更經濟實惠，然而，採用標準解決方案時，採購方的工程與生產團隊很可能會產生額外成本，這些成本與填補其需求和賣方供應範圍之間差距所需的設計、製造及整合工作有關，在原始設備製造商 (OEM) 的專案中，高產量會放大這些額外成本，因此，OEM 與終端使用者或可從考慮客製化解決方案中獲益，即使初期價格可能稍高，客製化解決方案長期來看仍可能帶來更大的節省。
客製化解決方案可能涉及一次性費用，以涵蓋與工程服務、特殊工具及固定裝置相關的成本，雖然這可能導致初期成本較高，但對於那些無法或不願承擔這些責任的採購組織而言，此流程可以降低其技術與財務風險，特別是對於高產量的運動系統，一次性成本在專案的生命週期內相對微不足道，且投資回報可以非常迅速。
設備交付的時間範圍
標準現貨供應的品項通常在下單後數天內即可收到，而標準按訂單配置的品項則可能需要稍長的時間，因為需要將元件與子系統組裝成最終產品。
大多數採購方會將客製化與漫長的交貨期聯想在一起，然而，情況並非總是如此，由標準型錄產品或甚至輕微修改的標準產品組裝而成的客製化系統，其交貨時間可能與構成其核心元件的產品更為接近，不過，必須考量到客製化解決方案在製造開始前，總會有一段工程設計期，這段期間的長短從數小時到數個月不等，取決於專案的複雜程度。
從交貨時間的角度來看，提前規劃有助於讓採購方的選項保持開放。
應用靈活性
決定採用標準或客製化運動設備，也取決於技術應用需求能在多大程度上被定義以適應標準解決方案，以及客製化解決方案能多好地被量身打造以符合應用，此外，採購方必須清楚地區分「必要需求」與「期望需求」。
在許多情況下，客製化解決方案能比標準解決方案更有效地滿足應用中更大比例的需求，舉例來說，可能需要客製化設備來達成嚴格的精度與重複性規格、幾何或動態運動效能要求，或是在超高真空或無塵室環境中的運作相容性。
反之，採購方也可能考慮圍繞著標準運動解決方案的能力來設計其應用或流程，這對於多種應用來說可能是一種明智的做法，儘管對於高度複雜的專案可能會過度設限，一個經驗豐富的運動控制供應商，會願意協助採購方定義運動解決方案的能力與工作說明書，並考量標準與客製化產品在應用需求方面的權衡取捨。
採購方與供應商的工作範疇
擁有完整編制的工程與生產部門的大型組織，可能更有能力執行精密的整合與客製化工作，因此他們可能更願意考慮購買標準運動解決方案，然後根據其應用需求進行客製化與整合，另一方面，這些組織的工程與生產人員可能已身負大量積壓的工作，且往往更專注於其核心的加值流程而非運動整合，此外，獨立承擔較大工作範疇的採購方，也同時承擔了更大的風險，基於這些原因，客製化解決方案對大型組織而言，可能提供一種具吸引力的便利性。
資源較為有限的小型組織，也能從購買客製化運動解決方案中獲益，即使採購組織有能力在內部執行更高層級的整合，小型組織可能會發現在為經大量客製化的設備提供服務與全球支援方面，充滿挑戰，透過與經驗豐富的運動控制合作夥伴合作，這個風險可以輕易被降低，該合作夥伴將會提供客製化運動解決方案所需的全方位售前與售後支援，此外，若考量到與擴大工作說明書相關的軟性成本，包括工程服務、專案管理、技術支援與維護，客製化解決方案的整體持有成本可能相當吸引人。
解決方案的預期用途與生命週期
在一次性的使用情境中，採購組織可能是為了內部使用（例如用於研發或生產機台）而採購運動設備，或是用於為終端客戶單次建構的整合系統，在這種情況下，假設技術與商業期望得到滿足，標準運動解決方案是一個完全合理的考量，快速且有效率地採購標準設備所帶來的便利性，有時會超過因使用標準產品而產生的一次性設計、效能妥協，或是承擔更高層級整合責任的考量。
當在一段較長的時間內需要許多相似或相同的系統時，客製化運動解決方案則能提供益處，除了擁有專為達成關鍵技術要求而設計的明確優勢外，客製化運動解決方案的吸引力還在於它們為採購方提供了顯著更高程度的變更控制，不同於標準運動產品由供應商在產品生命週期中全權負責管理，客製化解決方案在採購方與供應商之間建立了一個開放、協作的流程，在這方面，客製化解決方案讓採購方能共享產品生命週期與變更管理的控制權，這對於 OEM 及其他較高產量的採購方而言，可能特別具有吸引力。
結論
這七項因素將有助於採購團隊集中精力，找出最符合其需求的運動定位解決方案，一個成功的採購團隊會及早與運動控制供應商接觸，並與他們頻繁溝通，重要的是，應傾向選擇那些提供卓越技術與專業知識、對採購方的應用與需求展現出深刻且透徹理解，並承諾提供全球性售前與售後支援的運動控制供應商，一個技術精湛的運動控制供應商，將會公開討論標準與客製化解決方案的權衡取捨，以及任何與客戶專案相關的決策。
最終，成功根植於採購方與供應商的協同合作，以便在一個原本複雜的環境中，做出理性且資訊充足的決策。
關於作者
Brian Fink 是 Aerotech 公司負責平台、馬達、六足平台及其他機械裝置的產品經理，他在精密運動控制領域擁有超過 15 年的經驗，曾擔任研發、應用工程、銷售及市場行銷等職務，Fink 擁有匹茲堡大學的機械工程碩士及企業管理碩士學位。