以五力分析及競爭策略來探討模具產業導入3D列印的競爭力 - 以A公司為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學商學院經營管理碩士學程碩士學位論文. 以五力分析及競爭策略來探討模具產業導入 3D 列印的競爭力 - 以 A 公司為例 The Study of Tooling Industry Implementing 3D Printing Using Five Force Analysis and Competitive Advantage – The Example of Company A. 指導教授：羅明琇博士研究生：鄭坤木撰. 中華民國 109 年 03 月. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(2) 摘要隨著中國供應鏈的崛起，台灣模具產業在模具外銷上原有的優勢逐漸被中國供應商取代。中國模具廠的低成本優勢，及逐步提升的製造品質，近十年來對台灣模具業帶來很大的衝擊。為了避免陷入削價競爭，台灣模具業必須思考如何擬定經營策略來提升競爭力，其中之一是探討是否透過導入新技術。本研究以台灣某模具廠商⸺A 公司為研究對象，以文獻探討方式，使用「五力分析」及「競爭優勢」理論，並使用個案分析方式，來分析 A 公司在導入 3D 列印後的差異與優劣勢。結果發現 A 公司優勢為技術成熟及後續整合能力，整體可降低開發成本；劣勢為潛在競爭者進入障礙偏低。本研究建議，台灣模具產業應透過導入新的技術來提升差異化來維持在產業內的競爭力且避免陷入削價競爭。以上建議，可做為 A 公司及模具產業擬定行銷策略的作為參考。. 關鍵字: 模具產業、五力分析、競爭優勢. 3. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(3) Abstract With the rise of the China’s supply chain, the advantage that Taiwanese toolmakers once had in the tooling export sector is slowly being replaced by Chinese suppliers. In the recent decade, Chinese mold makers with their low-cost advantage and their increasing improvement in quality and standards improving manufacturing quality and standards, results in a tremendous impact on Taiwan’s tooling industry. The purpose of this research is to study the business strategies of traditional toolmaking industries when implementing new technologies such as 3D Printing. This research examines Company A (one of the toolmakers in Taiwan) as a sample of case study and analyze the case by employing Michael E. Porter’s Competitive Advantage Theory, and Five-Force Analysis Theory. The findings of this research include Company A has the strength implementing new technologies, as well as integration capabilities, both of which drives down overall manufacturing cost. Weakness include low entry-barrier which will require a long-term strategy to avoid product homogeneity with potential and existing competitors. This research suggests that Taiwan tooling industry needs to invest in technologies that can increase product differentiation in order to maintain its competitivity and avoid price-cutting competition. The results of this study make contribution for A company and the tooling industry to when implementing new marketing strategies.. Key Words: Tooling Industry, Five-Force Analysis, Competitive Advantage. 4. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(4) 目次摘要. ................................................................................................................................. 3. Abstract. ................................................................................................................................ 4. 目次. ................................................................................................................................. 5. 表次. ................................................................................................................................. 6. 圖次. ................................................................................................................................. 7. 第1章. 緒論 ......................................................................................................................... 8 第一節研究背景與動機 ........................................................................................ 8 第二節研究目的 .................................................................................................... 9. 第2章. 文獻回顧 ............................................................................................................... 11 第一節. 3D 列印的進化史 ................................................................................... 11. 第二節五力分析模型 .......................................................................................... 14 第三節競爭優勢 .................................................................................................. 17 第3章. 研究方法與流程 ................................................................................................... 20 第一節研究架構 .................................................................................................. 20 第二節研究設計 .................................................................................................. 21 第三節研究方法 .................................................................................................. 23. 第4章. 研究結果與分析 ................................................................................................... 25 第一節導入 3D 列印的前後分析 ....................................................................... 25 第二節導入 3D 列印的五力分析 ....................................................................... 27 第三節導入 3D 列印的競爭優勢 ....................................................................... 29. 第5章. 結論與建議 ........................................................................................................... 33 第一節研究發現 .................................................................................................. 33 第二節研究建議 .................................................................................................. 34. 參考文獻 ............................................................................................................................... 35. 5. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(5) 表次表 1-1 台灣塑膠模具產業生產量及出口情況 ........................................................................ 8 表 2-1 3D 列印常見應用材質 ................................................................................................ 12 表 2-2 五力競爭因素之性質 .................................................................................................. 15 表 2-3 競爭策略風險 .............................................................................................................. 19 表 3-1 使用 3D 打樣對產品研發的影響 ................................................................................ 24 表 4-1 傳統模型製作工法 ...................................................................................................... 26 表 5-1 導入 3D 列印前後比較表 ............................................................................................ 33. 6. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(6) 圖次圖 2-1「五力分析」結構圖 ................................................................................................... 14 圖 2-2 競爭優勢結構圖 .......................................................................................................... 17 圖 3-1 研究架構圖 .................................................................................................................. 20 圖 3-2 開模流程 ...................................................................................................................... 22 圖 4-1 打樣模式比較圖 .......................................................................................................... 31. 7. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(7) 第1章緒論第一節研究背景與動機一、研究背景在亞洲四小龍時期，台灣中小型模具廠因為在製作能力和品質能夠和日本匹配，同時又有價格上的優勢，使得台灣模具業在外銷方面蓬勃發展。但隨著中國模具產業的崛起，從大規模的工廠設備投資以及逐漸成熟的製造品質和技術，中國模具業的產能及價錢優勢慢慢取代了台灣模具廠商在外銷上的競爭力。由表 1-1 可見，台灣模具的出口外銷值，從 2010 年的 $8,017,331(千元)，到 2018 年縮減到$4,426,614(千元)，在不到十年內外銷量減少了超越 40%。由此可見，台灣的模具業在這十年來不斷的在萎縮。表 1-1 台灣塑膠模具產業生產量及出口情況年份. 類別. 生產量 (千元). 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009. 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值) 總計 (塑膠模具總產值). 10,668,729 11,112,911 11,421,012 12,268,968 13,244,663 13,521,556 12,499,498 15,641,810 15,410,954 13,269,004. 年增率銷售量 (%) -0.040 -0.027 -0.069 -0.074 -0.020 0.082 -0.201 0.015 0.161 -. 11,320,204 11,544,389 11,895,527 12,715,755 15,822,458 14,195,042 13,227,427 15,833,884 15,644,860 13,295,661. 資料來源: 台灣模具公會 1，本研究加以彙整. 直接外銷值 (千元) 4,426,614 4,911,471 4,590,773 5,123,091 6,801,256 5,856,489 5,576,459 7,253,548 8,017,331 6,284,467. 年增率 (%) -0.099 0.070 -0.104 -0.247 0.161 0.050 -0.231 -0.095 0.276 -. 但是，模具業的萎縮並不代表模具本身對整個生產工業鏈的影響力有減少。市面上大多產品無論是在最初構想研發期，到上市量產階段，都無法避免開模的需求。然而開模所需要的製作及修改時間往往無法達到客戶所期許的時效性。例如，在開發期難免會有許多設計修改及變更，而每一次的設計更改，在模具也必須做對應的變動。但是由於模具修改不僅費工費時，時常會影響到後續產品測試的時間。而這樣來回反覆的設計變更，最終嚴重甚至可能會導致. 1. https://www.tmdia.org.tw/export_import_output.asp (歷年台灣模具進出口統計表, 2019). 8. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(8) 產品上市的十件被延後。在推出新產品時，無法搶得先機對客戶而言非常容易造成極大的損失。此外，以往開模是一筆在研發初期就必須投入的費用，其中不包含後續因設計變更所引發的模具修改費用。光在研發期因為開模所累積出來的成本，往往會對許多小型或個人的新創公司造成資金上的壓力，導致許多好的產品構想無法實現。然而這些客戶在研發期間所遇到的難題，隨著 3D 列印的導入及技術的成熟，慢慢地能夠逐一被解決。例如，3D 列印大幅縮短打樣所需的時間，使得客戶能夠在短時間內可以測試產品設計並得到回饋，協助他們更精準快速地修改產品設計到可行的版本後，再進行開模。這不僅大幅降低開模後因設計變更所引發的模具修改費用和時間，也能有效降低開模的失敗率。除此之外，利用 3D 列印做打樣也能降低客戶在研發初期時的資金壓力，讓客戶能夠省略開一套樣品模具的成本。3D 列印可以讓客戶用較低的成本取得樣品，且在做完功能測試並確認設計可行性後，再評估是否要開量產模，協助客戶做更好的財務決定。由此可見，3D 列印對模具產業可達到輔助的效果。. 二、研究動機由於許多專做外銷模具的製造商在過去的 10 到 15 年中，除了面臨來自其他國家的競爭之外，模具產業的人才斷層，導致許多中小型的模具廠商看不到未來的前景。在無法挹注更多資金，購入更新的設備時，他們要如何突破瓶頸，至少維持原有的業績來避免工廠停業或者轉行的窘境。台灣的模具廠商是否可以借鏡歐美同業，運用 3D 列印的技術提升模具的價值及產值。如何與上游客戶有更密切的合作，藉由 3D 列印協助加快客戶產品的上市時間及減少模具的開發週期。除了保有現有客戶的業務來源，有機會開發更少量多樣的產品客戶群，讓公司營運正常甚至有成長的機會，也能展現台灣模具產業能夠以小蝦米對抗大鯨魚的精神，持續在國際市場上突破危機，並創造更多商機。. 第二節研究目的 A 公司於 1987 年成立，以生產及外銷塑膠射出模具為主，近年來因為中國供應鏈的崛起，受到不少業績上的衝擊及發展上的影響。 9. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(9) 面對中國共應鏈的崛起還有逐漸成熟的製造能力，台灣廠商必須思考如何維持自己在市場上的競爭力，避免陷入削價戰爭。同時也該思考發展新的整合策略，提供具有成本優勢且創新的服務來提升競爭力。本研究希望擬出有效的經營策略，使 A 公司能夠在模具產業及中國外銷市場上維持競爭力。因此本研究將探尋台灣模具產業，以台灣模具廠商為研究對象，並設定以下議題作探討: 1. 台灣模具產業所面臨的困境是否可以透過導入 3D 列印來找到利基? 2.. 台灣模具產業該如何擬訂經營策略來達到競爭優勢?. 10. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(10) 第2章文獻回顧企業在導入新的技術之前除了要考慮技術本身是否成熟到可以運用，同時也要分析企業是否能透過此技術來和市場做區隔並從中獲利。本章節將運用三個章節來分析相關文獻及理論: 1.. 3D 列印的進化史. 2.. 五力分析. 3.. 競爭優勢. 第一節 3D 列印的進化史在 1980 年代，隨著隨著資訊科技的進步，電腦輔助設計 (CAD: Computer Aided Design) 2 、電腦輔助製造 (CAM: Computer Aided Manufacturing) 3 以及電腦數值加工 (CNC: Computer Numerical Control) 4的技術開始蓬勃發展，這些技術也奠定了快速成形 (RP: Rapid Prototyping)的基礎 5。在 (Campbell, Bourell, & Gibson, 2012) 的文章中提到，所謂的加法製造 (AM: Additive Manufacturing) 6，就是透過電腦輔助設計出來的圖檔，再利用電腦控制技術對材料使用堆疊式的加工方式來呈現實體成品，也就是市面上俗稱的 3D 列印。以往傳統的加工方式都是採用減法製作原理 7，由一大塊原材料漸漸雕琢成型，這不僅會讓產品受限於加工上的限制，也容易造成不少材料浪費。相較之下， 3D 列印所使用的加法成形是靠疊疊堆層的原理，使得產品設計不受限於任何加工方式，也能夠減少許多不必要的材料浪費。 3D 列印的技術源自於 1980 年名古屋工業研究所的研究員，小玉秀男(Hideo Kodama) (Kodama, 1981)，他提出了利用固化聚合物的三維模型增材製造方法。而在 1984 年，美國 3D Systems 公司的 Charles A. Hull 發明了立體平版印刷技術(SLA: Stereolithography Appearance) 8，利用紫外線雷射來固化光聚合物做成形，更在 1988 年. http://mbinfo.mbdesign.net/CAD1960.htm (Bozdoc, Introducing CAD, 2003) http://mbinfo.mbdesign.net/CAM-Intro.htm (Bozdoc, Introducing CAM, 2003) 4 https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/history-cnc (Definition and history of CNC machining, 2016) 5 http://www.efunda.com/processes/rapid_prototyping/intro.cfm (Rapid Prototyping-Introduction, 2020) 6 https://3dinsider.com/3d-printing-history/ (A Detailed History of 3D Printing, 2017) 7 https://marketbusinessnews.com/financial-glossary/subtractive-manufacturing/ (Jones, 2018) 8 https://edition.cnn.com/2014/02/13/tech/innovation/the-night-i-invented-3d-printing-chuck-hall/index.html (Ponsford & Glass, 2014) 2 3. 11. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(11) 開發出第一台商業化的 3D 列印(快速成形)機台 9，使得 3D 列印開始有應用上的發展。但是由於早期許多 3D 列印技術相關的專利都掌握在機台大廠手中，使得應用層面無法普及化。直到 2010 年開始，隨著許多專利陸續到期，3D 列印才開始被廣泛地運用在工業以外的行業，如軍事、航太、汽車、建築、醫療生技、飾品、等。然而 3D 列印的應用並非一開始就完美無瑕，應用層面也會因技術的成熟度受限。首先，早期的機台無論是加工上的精準度或打印出來的材質密度都無法與 CNC 打樣相比，使得 3D 列印出來的成品無法做功能測試來驗證產品設計。此外，3D 列印機台可打印的材料非常有限，材料選擇性非常少，使得測試階段只能用最接近或甚至不同的材質來代替，導致打印出來的成品無法提供準確的參考價值，甚至只能做外觀檢測，無法做機構和強度驗證。以上所提到的問題也隨著新技術的研發，逐漸得到改善。例如 Scott Crump 所發明的即熔融沉積成型技術 (FDM: Fused Deposition Modeling) 10以及 Carl Deckard 發明選擇性雷射燒結技術 (SLS: Selective Laser Sintering) 11 都有效提升加工上的精準度以及材質的密度，更擴增了材料上的選擇性，使得打印出來的樣品可以與產品設計達到百分之九十以上的相似度。然而 3D 列印的應用也不僅限於設計打樣，目前的技術正邁向直接打印出可使用的成品。當產品有少量生產的需求且數量又無法攤提模具成本時，使用 3D 列印做量場便可以滿足這塊利基市場。近幾年來 3D 列印的材質開發也逐漸採多樣化 (如表 2-1)，滿足消費者的需求。甚至有些材質是可以直接列印成產品直接銷售或這安裝在設備的某個位置，而不需要再開模具來量產。比如像美國一家矽谷新創公司所研發的 3D 列印設備 12，就可以直接列印出 Adidas 的運動鞋底。也許在不久的將來，3D 列印技術可以取代部分塑膠射出的製程。或許是模具製造商需要思考的一件重大改變。. 表 2-1 3D 列印常見應用材質材質. 簡單說明. https://www.3dsystems.com/our-story (Our Story, 2019) https://www.stratasys.com/fdm-technology (What is FDM Technology?, 2019) 11 https://patents.google.com/patent/US5155324A/en (United States 專利號碼 US5155324A, 1992) 12 https://www.carbon3d.com/case-studies/adidas/ (Carbon, 2018) 9. 10. 12. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(12) PLA. 聚乳酸。作為可生物降解的熱塑性塑料，PLA 比大多數類型的 3D 列印機長絲更環保，由每年可再生資源如玉米澱粉或甘蔗製成。. ABS. 丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）是第二大最受歡迎的 3D 列印機長絲。由 ABS 製成的產品具有高耐久性和耐高溫能力。. PETG (PET PETT). 聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是世界，上最常用的塑料。. 尼龍 Nylon. 尼龍是許多工業應用中常用的合成聚合物系列。. TPE，TPU. 熱塑性彈性體（TPE）基本上是具有類似橡膠質量的塑料。. PC. 聚碳酸酯，非常耐用，可抵抗物理衝擊和高溫，能夠承受高達 110°C 的溫度。. 資料來源: 本研究自行整理. 13. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(13) 第二節五力分析模型在 (Porter, 1980) 的 Competitive Strategy 書中所提到的五力分析模型，是一個以產業組織為經濟基礎，用來判斷產業內的競爭及獲利能力的工具。透過了解產業的長期獲利空間與可影響獲利能力的因素來評估產業的吸引力。而足以影響產整個產業的競爭情度及獲利空間主要來自於五大力量的影響:「買方的議價能力」、「供應商的議價能力」、「潛在進入者的威脅」、「替代品的威脅」、「現有競爭者的威脅」 (方至民, 2006)。這五大力量如圖 2-2，會隨著產業的差異及產業的發展而產出不同的組合。 (Porter, 1980) 認為透過詳細分析這五大力量即可幫助了解整個產業的競爭狀態及獲利能力，並協助企業擬訂經營策略。. 圖 2-1「五力分析」結構圖資料來源: (Porter, Competitive Strategy: Techniques for Analyzing Industries and Competitors, 1980, 頁 35). 以下是針對 (Porter, 1980) 所提出的五大力量說明並彙整如表 2-1: (一). 購買者(買方/客戶)的議價能力購買者的議價能力除了決定於購買數量之外，購買者對產品的知悉程度、轉換成本的高低以及自身向後整合的能力都是主要影像因素 (簡永順, 2010)。其他購買者議價能力因素包括: 供需失衡 (當供給大於需求時)、購買者的產品無差異性、購買者向後整合之可能性、購買者的採購量占了供應商產能之程度...等因素 (方至民, 2006)。 14. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(14) (二). 供應商(賣方)的議價能力供應商的議價能力來自於基本的勞務或主要的零件是由少數廠商供應且無替代品，同時本身又欠缺向上游整合的能力 (簡永順, 2010)。其他供應商的議價能力因素包括: 供需失衡 (當需求大於供給時)、供應商所處產也 (產業集中程度)、供應商之轉換客戶成本價低、產品及服務獨特性、向下整合的可能性品...等因素 (方至民, 2006)。. (三). 潛在進入者的威脅所謂潛在進入者為在不同產業但卻有能力成為公司對手的競爭者，這些新進的廠書除了會帶進新的產能之外，還有可能會分享既有市場，甚至拿走一些資源 (簡永順, 2010)。 (Aaker, 1988)認為，在業界凡採用市場及產品擴張策略、垂直整合策略、擁有特殊能力或資產代價而估等策略的公司均為潛在競爭對手。影響潛在競爭者的進入障礙因素包括: 規模經濟、產品差異化、轉換成本、資金需求、通路或供應來源取得、政府政策的限制、既存廠商反擊之預期...等因素 (方至民, 2006)。. (四). 替代品的威脅當替代品(或服務)取代現有品的比例增加時，現有產品的獲利與成長空間都會萎縮，導致供應商只能靠降價來獲取剩餘的利益 (林郁穎, 2017)。而替代品威脅因素包括: 替代程度、替代品的價格與效能、移轉成本的高低...等因素。替代品的威脅除了帶來競爭威脅之外，同時也是一個鞭策產業不斷提升產品品質、產品服務，及經營策略的力量 (方至民, 2006)。. (五). 現有競爭者的威脅所謂現有競爭對手指的是同業，而同業間的競爭是最直接影響產業內獲利能力擊市場占有率的因素 (林郁穎, 2017)。其中影響產業內競爭強度的因素包括: 現有競爭者之規模與市場勢力均衡之程度、產業成長率、退出障礙、高固定成本之壓力、轉換成本、低成本業者主導市場...等因素 (方至民, 2006)。. 表 2-2 五力競爭因素之性質因素. 性質 15. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(15) 購買者. 替代品產業. 同業競爭者. 供應商. 潛在進入者. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •. 寡買或獨買的現象有幸後整合的威脅很少的轉換成本標準品或無差異產品擁有全部的情報價格、性能比較佳由利潤豐富的產業製造預期報復同業多，旗鼓相當產業成長緩慢固定或儲存成本高產能增加競爭者多元化重大戰略價值高退出障礙無替代品買方非重要顧客擁有強大的向前整合進入障礙預期報復進入的阻擋價格. 資料來源: (曹中天, 2003), p17-2~17-5. 16. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(16) 第三節競爭優勢 (Porter, 1980)認為維持產業競爭力的基本原則是在產業之間找到好位置。而企業在產業中的「競爭位置」會決定企業的獲利能力是否與產業品均水準相持。若企業希望長期維持在產業平均水準之上，同時也必須持續在產業的「競爭優勢」。 (Porter, 1985)所謂的「競爭優勢」分為兩大基礎: 「低成本」與「差異化」。將兩大基本競爭優勢，與企業為爭取兩種競爭優勢所採取的行動範圍結合，可獲得維持水準以上的的三種策略。這三種策略如圖 2-2 顯示為: 「低成本」，「差異化」及「集中化」，其中「集中化」又可細分為「成本集中化」與「差異集中化」。. 圖 2-2 競爭優勢結構圖. 資料來源: (Porter, Competitive Advantage: Creating and Sustaining Superoir Performance, 1985, 頁 12). (Porter, 1985)認為企業必須從三種策略中成功地實施一項，才能讓企業有獲利的能力。以下是針對的三種策略的描述並彙整如表格 2-2： (一). 成本領導策略所謂的成本策略就是實現成本領先，意味著企業成為行業內的低成本製造者 (林清河, 2006)。不同於差異化策略，成本領導策略建立在必須取得與競爭對手同等或機進的程度，才能把成本優勢發揮到最大效益。此外，成本優勢也因為企業經營範圍的大小而受影響。由於成本領導策略涵義著企業持有成本領導權才有優勢，因此成本領導權同時也是一種仰賴 17. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(17) 「先發制人」的策略 (沈侑德, 2004)。其他成本優勢來源包括: 經濟規模、技術專利、優先取得原料...等因素。 (二). 差異化策略所謂的差異化策洛就是實現差異化，意味著企業在行業內占據獨一無二、無人取代的地位，並且廣泛地被顧客接受和欣賞 (林清河, 2006)。執行差異化策略的企業，必須重視顧客所在意的領域，設法獨樹一格並把自己置於獨特定位來滿足客戶需求 (沈侑德, 2004)。若企業能多方面形成差異性，便能提升在產業內的競爭優勢。雖然成本並非差異化策略的首要目標，但是企業不能為了執行差異化而不惜成本。差異化優勢來源包括: 創新設計、產品特色、顧客服務...等。. (三). 集中化策略所謂的集中化策略就是實現聚焦集中，意味著企業成為某一細分市場或行業中的最佳企業 (林清河, 2006)。不同於成本領導策略及差異化策略，集中化策略僅限於在企業所屬的產業中，選擇一個特定目標為競爭範圍，然後專精化。差異化策略和集中化策略的不同分為，差異化策略注重客戶所重視的特質來建立企業的獨特性; 集中化策略是從產業內找到特殊目標並盡全力滿足它 (沈侑德, 2004)。集中化策略又分為兩種: 「成本集中化」和「差異集中化」 a) 「成本集中化」:企業把焦點放在追求特定目標中的成本優勢 b) 「差異集中化」:企業把焦點放在追求特定目標中與眾不同的特質. 總結競爭環境會因產業的差異而有所不同，因此企業必須適當應用不同的競爭策略。此外，企業需要衡量本身所擁有的資源及在產業的定位來擬訂競爭策略，創造競爭優勢。此其中，面對競爭對手的策略或產業結構改變時會遭受的風險，表 2-4 說明每一項次略可能會面臨的風險。. 18. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(18) 表 2-3 競爭策略風險成本領導策略差異化策略集中化策略成本領導地位無法維持差異化無法維持集中化策略、目標區段失去結構上的吸引力 • 競爭者模仿 • 競爭者模仿 • 結構被侵蝕 • 技術變革 • 形成差異化的因素 • 需求消失對顧客的重要性降 • 成本領導的其他基低礎受侵蝕產品的相似性無法維持產品的相似性無法維持廣泛目標的競爭者進占該區段 • 該區段和其他區段的差異縮小 • 生產多種產品的優勢提升焦點成本廠商在產業區段焦點差異廠商在產業區段新的差異化廠商進一步細中達到更低的成本中建立更大的差異分產業區段資料來源: (Porter, Competitive Advantage: Creating and Sustaining Superoir Performance, 1985, 頁 21). 19. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(19) 第3章研究方法與流程本章針對個案公司在導入 3D 列印前後的營運提出分析，擬定研究架構如圖，並蒐集數據說明對個案公司的影響。. 第一節研究架構本研究以個案公司為主要研究對象，擬定研究架構如圖 3-1。首先整理研究相關理論與文獻探討，敘述個案公司的實際導入 3D 列印案例，本研究主旨利用 (Porter, 1980)的五力分析模型及競爭優勢理論來分析導入 3D 列印對個案公司所帶來的影響。. 產業目前的營運方式. 透過 3D 列印的改變. 預計的結果. 實際的導入. 結果分析圖 3-1 研究架構圖 A 公司為一家已成立逾 30 年的專業塑膠射出模具製造商。所製造的模具有 98% 出口至歐洲、北美、南美洲、中東等地。客戶在產品設計完成後，將 3D CAD 檔案傳給 A 公司進行開模可行性分析 (DFM-Design for manufacture) 13. 13. ，然後再將意見回饋給. https://www.itsfun.com.tw/DFM/wiki-6983496-9959276 (DFM, 2019). 20. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(20) 客戶做最後審查及定案。雙方面針對更新設計做最後確認後，即可進行模具的設計及加工製造。然而總是有一些功能或者外觀的問題會在拿到試模樣品後進行一次或多次的設計變更。這也導致需要在模具做設計變更。不過，有部分的更改是無法遷就原始的模具設計，因此客戶有時需要再投資重新開模具來滿足設計變更後的產品需求。對於 A 公司來說，有開新的模具機會，但有時卻必須吸收一部分的成本，如果客戶是 VIP 級，而且持續支持業績成長的。透過 3D 列印，客戶有機會可以先做功能或外觀的測試及評估，可以有效降低產品在模具試模後修改的機率，雖然 A 公司減少了開新模具的機會，不過協助客戶將模具如期完成增加客戶的信心，也提供公足夠時間承接新的案子。所以利用 3D 列印是可以滿足客戶及供應商的基本需求，並且提高了 25%的業績。客戶產品的外觀設計 (工業設計)、機構設計、表面顏色、功能設計之外，上市時間是決定其成功的重要因素之一，亦是如何將好的產品迅速導入消費市場，讓消費者在最快的時間內購買到並享用其帶來的便利及樂趣。因此如何將紙上設計快速導入量產，已是 A 公司與合作客戶的挑戰。任何新技術的導入及運用，必定會有其條件及限制。3D 列印當然也不是個例外 (林世健, 2013)。研究中也會分析市場上的重要 3D 列印技術的運用及其實質上對廠商所帶來的協助。到底 3D 列印帶給廠商的加分有多少? 利用案例的分析來說明這個技術的引進，在產品測試及上市時間的改進多少影響? 另外也提出對於產品製造商未來繼續運用 3D 列印的趨勢及願景，以及國際上在 3D 列印技術的進展將如何影響新產品的設計，測試等 (林敬智、林得耀、莊傳勝、林士隆、陳安利、曾文鵬, 2013)。. 第二節研究設計本研究的重點在於探討 3D 列印所帶來的優勢，因此將利用分析傳統的製程及引進 3D 列印製成的成本、時間和效果做數據的比對。同時提出 A 公司與客戶專案分析數據，探討如何使用 3D 列印導入在產品開發的階段中，以及導入過程中所碰到的困難。. 21. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(21) 一、文獻分析法為了做深度的個案分析，事先閱讀了公司多年來製作 3D 列印的所保留的文件及部分技術經驗值，另外也從各大 3D 列印設備製造商的官網中，蒐集最新的技術及運用發展方向。還有國際知名的技術網站上的研討說明內容，以及市場趨勢和未來的運用。最後並與案例客戶 Elgin S.A. 公司的工程部經理針對案例客戶端所獲得的改善數據列表分析，以確認 3D 列印的應用帶來了甚麼效益。. 二、個案分析法探討 A 公司運用 3D 列印協助客戶改善產品設計，加快模具製造時間及減少修改的次數。A 公司也因此得到客戶更多訂單，並爭取其他產業客戶的合作的機會。另外，分析運用 3D 列印，可以協助模具製造加工哪個階段提升效益。本研究的案例比較客戶運用 3D 列印與否的模具開發及產品設計流程、成本、時間的差異。新模具開發設計可行性分析 DFM 模具設計圖. 模具加工. 模具試模. 樣品檢測. 模具量產圖 3-2 開模流程當客戶預計要製作新產品的模具時 (開模流程如圖 3-2)，所面臨的幾個重要決定有以下幾點: 22. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(22) 1.. 如何確保提供給模具製造商的產品設計圖 3D CAD 是最終及正確的?. 2.. 是否有比較確實的方案可以做設計變更認證?. 3.. 如果模具加工中發現產品需要做改善或設計變更時，如何確保降低模具的修改成本及時間?. 4.. 是否有方法可以在開模期間持續做產品的驗證、組裝測試、包裝評估，甚至於提供客戶或消費者做試用評估?. 評估 3D 列印在 A 公司中的角色，是否有助廠商提升產品的品質、上市時間、提早問題解決及改善的效益。. 第三節研究方法本研究選定的案例是以 A 公司協助巴西公司 Elgin 設計的新型發票列印及刷卡機。選定與 Elgin 公司的合作案為案例分析的主要原因 A 公司本身與 Elgin 公司合作已逾 15 年，且 A 公司內有有葡萄牙文的溝通人員能減少溝通上的障礙。此合作案，Elgin 的御用設計公司 Pronto Design 強力推薦 Elgin 使用 3D 列印方式做為發票列印和刷卡機的產品驗證。A 公司同時透過 3D 列印在開模前做更完整的 DFM 分析報告，減少開模後續加工上的失誤及調整，順利協助客戶將產品上市時間提前三到四個月。案例中的客戶 Elgin S.A. 公司成立已有 66 年的歷史, 從早期 1952 開始生產家用縫紉機到 60 年代加入家用及商用冷氣機，之後在 90 年代導入 3C 產品例如 : 印表機、電腦、螢幕、ATM、光碟片、到後期的收銀機(POS)及智慧型辦公事務機，涵蓋了幾乎上百種的產品類別。雖然產品種類繁多，不過面對其他巴西國內和來自亞洲的競爭， Elgin 公司不得不將模具的製作轉到亞洲，尤其以台灣和大陸為主。由於巴西稅務改革. 14. ，非常多的購物流程都採用電子管控的方式，例如發票列. 印後會收集一些物品及販售商店的資訊到地方及中央稅務主管單位。有些個人的採購紀錄也會傳輸到這些單位，做為日後所得稅報稅的依據。. (PwC International Tax Services Ideas 摘譯 / 譯者為資誠聯合會計師事務所徐麗珍會計師 / 曾煥楷經理, 2010) 14. 23. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(23) 那到底 3D 列印載著中間扮演了甚麼重要的角色? 此研究針對客戶的新型產品作了以下分析，彙整於表 3-1。表 3-1 使用 3D 打樣對產品研發的影響探討項目 • 產品 3D CAD 設計模型成本比例模具費用. • • •. 未使用 3D 打樣前運用電腦輔助設計所產的成本如何正確修改設計無 3D 列印如何模擬電腦的設計無模型做事先驗證是否影響模具成本. • • • •. 運用 3D 打樣後 3D 列印模型輔助電腦設計可以降低多少成本? 修改的可靠性? 哪種 3D 列印最有經濟效益? 運用 3D 模型可否節省模具成本有多少?. 資料來源: 由本研究自行彙整. 24. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(24) 第4章研究結果與分析第一節導入 3D 列印的前後分析一、尚未導入 3D 列印前產業情況 A 公司在 20 多年前與客戶合作時，產品的設計風格和模具加工相對簡單，無太多 3D 幾何的變化，因此在產品設計及模具加工的成功率相對高很多。以往對於產品的功能需求大於外觀的設計，A 公司從客戶接受到的設計圖檔，基本上並不需要完全依賴 3D 設計軟體，而是用 AutoCAD 或者客戶提供藍圖就可以進行模具的加工。模具設計也都是採用 AutoCAD 軟體的 2D 功能，加工所需要的程序幾乎可以用 2D 或者雕刻複製法來完成。如果真的需要有立體的檢視方式，會採用木雕或者石膏或其他方式 (如表 4-1) 來展現產品的外觀以求驗證所需。在無 3D 列印的設備，利用其他製程所呈現的模型都是相對簡單的幾何設計，模型的尺寸公差也比較大，除非需要有經驗的師傅做二次的處理。然而，這樣的流程對於產品設計上的問題解決並無太多實質的幫助，大多是專注在產品外觀的驗證。因此對於功能的驗證還是需要開模後才能有必較確實的結果。不過對於模具製造商而言，一旦加工完成，要再做設計變更時常常會變成腳痛醫腳，頭痛醫頭。因為模具有許多內部機構是無法再做變更，更有成本增加、交期延誤等惱人的後續問題。最嚴重可能影響產品上市的時間。. 25. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(25) 表 4-1 傳統模型製作工法保麗龍製作的模型. 木雕的模型. 厚紙板模型. PU 模具製作的模型. 資料來源: 由本研究自行彙整. 二、導入 3D 列印後的個案分析由於 3D 設計軟體的進步，現在的產品設計團隊不需要任何模具加工基礎就可以繪製出天馬行空的產品設計。然而並非所有 3D 軟體所呈現出來的設計都能夠被實現，有時會受限加工上的限制或功能測試。 A 公司在收到 Elgin (客戶) 打卡機的設計圖檔後，發現許多產品設計上的問題點會引發後續開模的問題。此外客戶要求開模前打樣，但由於產品幾何的形狀，傳統打樣方式受限於 X-Y-Z 軸的加工方式，只能呈現百分之 60~70 的相似度，打樣出來的樣品幾乎無法提供參考價值。因此 A 公司與客戶討論後，決定使用 3D 列印來做開模前的打樣。以往使用 CNC 加工的打樣方式，製作打樣需要起碼七個工作天才能完成，且僅呈現約百分之 70 的相似度。使用 3D 列印打樣，A 公司在不到兩天的時間. 26. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(26) 內就能提供樣品給客戶，且樣品可呈現近百分之 90 以上的相似度。A 公司有效提升打樣效率近 2.5 倍，讓客戶更精準的改善產品設計，降低後續的開模風險。可以發現而這往往會造成後續產品設計設計師極度仰賴 3D 設計軟體自從 1995 年左右，台灣引進 3D Systems 公司的工業等級的 3D SLA 列印設備，立刻在 3C 產業內颳起第一陣 3D 列印風潮。只是當時的價位非常昂貴，而且材質特徵有限，所以遲遲未能達到預期的目標。雷聲大雨水少則是當初的情景。透過經銷商從銷售加入代工，讓許多廠商願意嘗試採用 3D 列印來做產品前期開發的製程。由於使用數量越來越多，慢慢的讓其成本降低，更能使廠商願意接收 3D 列印的技術。它提供比傳統方式更快近 3 倍的時間完成產品的模型，精準度更能接近原設計的公差值。除了傳統製程的外觀驗證，還提供部分功能驗證的機會。這讓產品的研發時間縮短至少 40%以上，模型重製的機率也降低，成本雖然無法一次降低，但是幾乎都可以從研發時間縮短來回收。個案在導入 3D 列印初期，並可以運用其便利及快速性和客戶在短時間內達成做好的模具設計方案，也可以減少日後模具的修改需求。模具的完成時間縮短，更有利於模具製造商的財務規劃。. 第二節導入 3D 列印的五力分析一、買方(客戶)的議價能力所謂的客戶，導入 3D 列印的模具廠來說，買方(客戶)的議價能力在於買方本身對產品設計的可行性是否有有把握以及產品設計的方式。如果買方本身對於產品設計的可行性比模具廠還要更了解的時 (也就是，買方本身已經製作過類似的產品，所以知道如何改善產品設計來降低開模風險) ，買方可以選擇不要使用 3D 列印打樣直接投入開模程序，因為已經開過類似的模具，所以需要修改的次數並不會比執行 3D 打樣後的多。此外，如果客戶本身的產品設計並不會受到 CNC 加工限制的影響時(也就是，使用 CNC 打樣也可以達到近百分之 90 以上的相似度時) ，客戶可以考慮直接使用成本較低的 CNC 打樣來達到相同的效果。. 27. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(27) 二、來自供應商的議價能力對於模具廠來說，議價的能力來自於客戶使用的材料、購買的數量及產品設計所產生的開模風險未知數。例如相較於一般產業所運用的 PC 塑料，一公斤的塑料成本大約落在 NT$100-120 之間，然而航太產業所使用的 PC 塑料，成本卻落在 NT$3,500-3,900 之間。這個費用的差距會使得航太產業的客戶更謹慎的評估開模風險，因為每一次的修改和每一次試模都會累積成一筆相當可觀的費用。此外，當客戶購買的數量不足以攤提開模的成本時，客戶反而會直接透過打樣的方式 (CNC 打樣或 3D 列印打樣) 來購買成品。但有時礙於 CNC 加工的限制無法做出成品時，使用 3D 列印就變成了客戶唯一的選擇，因此而提升供應商談判的籌碼。. 三、來自潛在進入者的威脅對於導入 3D 列印的模具廠來說，潛在的進入者可分為客戶和同業。對於未踏入 3D 列印的模具廠來說，資金是一個很大的踏入門檻。由於添購一台高精準度且列印出來的成品能夠做功能測試的 3D 列印機台需要一筆忙大的資金，所以許多模具企業如果評估 3D 列印的訂單無法攤提這筆設備投資時，將選擇不踏入 3D 列印產業來避免造成資金上的壓力。但是由於企業導入 3D 列印技術的時間，與培訓開模現場人員的時間，相較之下非常的短。傳統開模師傅需要花上三年以上的時間來培訓學徒到可以獨立操作的現場人員，這其中包含模具設計人員和加工機台操作人員。相較之下，培訓 3D 列印人員不僅只需要不到一年的時間熟悉操作軟體和產品設計，同一位人員也可以直接操作機台打印出成品。所以只要有潛在進入者願意投入資金來導入 3D 列印技術並購買同等規格設備，在不到一年的時間內就能夠有同等的製造能力且變成帶有取代威脅的競爭者。此外當客戶本身打樣或少量生產的需求足以攤提添購 3D 列印設備時，客戶往往會決定自行踏入 3D 列印的市場來降低成本，因而降低模具廠對 3D 列印訂單的能見度。. 四、來自替代品的威脅目前市面上，能夠打印出可被認證且能夠使用在飛機內艙塑膠件的機台的技術掌握在 3D 列印機台的大廠，而這些大廠又透過機台的設計和保固來綁訂 28. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(28) 企業只能向原廠採購 3D 列印的原材料. 15. ，使得 3D 列印的成本遲遲無法下降且. 材料的選擇性也受侷限。但隨著技術的成熟，每隔一段時間市場就會推出更先進、更有效率，且製作成本更低的機台，甚至擴充可列印的材質種類。因此如果企業不適當的對 3D 列印設備做替換、更新或投資，很容易會喪失競爭力且被市場淘汰。. 五、來自現有競爭者的威脅在這裡，所謂現有的競爭者指的是擁有相同機台的廠商。由於 3D 列印設備的並沒有針對特定產業才能做採購的限制，因此任何產業都可以成為 3D 列印廠商。但由於以目前的 3D 列印技術，打印出來的成品表面多少還是會因為使用加法製成而產生堆疊的痕跡。當成品有特定的表面需求時，還是得透二次加工做後續處理，例如拋光、研磨、噴漆、等等，才能符合要求。也因如此，並非所有 3D 列印廠商都可以自行處理後續的加工程序來交完整的成品。. 第三節導入 3D 列印的競爭優勢一、成本領導策略對於模具產業，初期在導入 3D 列印其實並無法滿足成本領先的策略。以模具廠的觀點來看，客戶在研發期間開的模具越多，要求修改的次數越多，利潤也相對的越高。如果添購 3D 列印的設備，不僅無法提升模具製作上的效率，也無法縮短開模本身所需要的基本天數，相反的，還減少客戶需要開模或修改的次數，可能因而降低利潤。此外，當購買新的設備時，企業必須投資額外的人力成本讓人員去學習如何運用新的技術或者是另外招聘新的一批技術人員才能確實的導入新的技術。因此，對企業而言，導入 3D 列印常常被視為一筆非急迫性的投資。但從另一個層面來看，當模具廠自主性的在開模前使用 3D 列印打樣來做開模分析，可以在開始加工前就找出產品設計可能存在的問題點，來提升製作模具的效率。以往光靠產品設計圖來開模，模具的設計方式和製作程序必須仰. 15. https://www.stratasys.com/materials/search/ultem9085 (ULTEM™ 9085 Resin, 2019). 29. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(29) 賴模具師傅的經驗來判斷如何排列和加工，然後再透過數次的試模及微調來達到期望的生產品質。也因為這些經驗值無法數據化，不同師傅會有判斷上的誤差，導致加工上的錯誤，因而拖延製作時間。而這些微調和失誤的成本都必須由模具廠自行吸收。但是透過 3D 列印打樣出來的成品，模具廠可以在開模前清楚的了解加工時必須注意的地方，來將低後續微調的次數以及因加工失誤而引發的成本和時間延誤，並提升整體開模的效率。. 二、差異化策略從差異化策略來分析時，由於大多的模具廠會因為無法滿足成本考量的因素而放棄踏入 3D 列印這個領域，在這時反而使得願意投資 3D 列印的企業從同業中凸顯了區別。使用產品開發到量產的週期來做比例，以下圖表是一個使用 3D 列印(又稱 RP 打樣)的研發週期相較於有使用 CNC 打樣或僅使用傳統製程的時效比較圖。從圖 4-1 可見，研發期若有經過打樣階段，都能有效縮短開模後的修改時間及修改費用。傳統製程在略過打樣階段的情況下，客戶產品設計完成後，必須等上至少 30 個工作天才能看到實體樣品，再做後續的修改及調整直到可行的量產版本，這其中並不包含如果開模後發現設計出來的樣品無法達到預期的功效時的風險。相較之下，CNC 打樣能夠讓客戶在七天內看到實體樣品，並在開模前做好設計上的調整，來減少開模後修改模具的次數。但由於 CNC 打樣使用的是減法製造，使得 CNC 會有加工上的限制，因此並非所有的產品設計都能完整的呈現，有時甚至只能達到百分之 70 的相似度，而這相似度的誤差也會影響後續功能測試的準確度。所以 CNC 打樣減少後續修改的次數還是相當有限，特別是在相似度誤差越大的時後。然而，在使用 3D 列印 (RP 打樣) 時，由於 3D 列印使用的是加法製造，能夠完全避免 CNC 在加工上的限制，使得 3D 列印出來的成品能夠和產品設計達到近百分之 95 的相似度。此外，3D 列印的速度又比傳統加工快近 5 倍以上，讓打樣的時間又大幅縮短至兩天以內。這不僅讓客戶能夠在相同時間內，能夠更精準地修改和調整產品設計，也使得整個產品的製作時間相較於傳統製程整整縮短了近兩倍的時間。這不僅能有效降低甚至省略開模後因設計變更改而引 30. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(30) 發的模具修改次數及費用，協助客人降低不必要的開發成本並用更短的時間讓產品上市。由此可見，導入 3D 列印的廠商明顯的在時效性上與同業有明顯的差異。. • 傳統製程 • CNC 打樣 • RP 打樣. ：70 天後量產(未做打樣前置作業，須承擔較高修模風險與費用) ：57 天後量產並減少修模成本 50% (CNC 打樣受限較多相似度近達 70%) ：45 天後量產並減少修模成本 70% (RP 打樣與原設計圖面相似度近達 95%). 圖 4-1 打樣模式比較圖資料來源: 創勤有限公司 16. 三、集中化策略透過上述的合作個案，可以看到 A 公司的集中化策略把焦點鎖定在開模前的打樣過程。A 公司在導入 3D 列印後，大幅縮短 Elgin 公司(客戶)針對打卡機開發案的打樣時間。而針對傳統的打樣方式缺乏精準度的問題，同樣也透過 3D 列印得到改善，使得客戶能夠在更短的時間認證產品設計，提早進入開模程序並降低開模風險。從「成本集中化」的角度來看，打樣程序經過 3D 列印的優化後，能夠讓 A 公司在模具製造過程中降低加工上的失誤，以及後續修改與測試的次數，藉此降低整個案子的模具製作成本而達到成本優勢。儘管任何擁有 3D 列印機台的廠商都擁有打印塑膠樣品能力，以目前的 3D 列印技術，3D 列印打樣出來的產品還是必須做後加工(例如:拋光或研磨)，才能更精準地呈現客戶的產品設計。A 公司因為本身擁有模具廠原有的加工能力，可以整合 3D 打印後續所需的加工程序，直接提供客戶完整的樣品而非打印出來. 16. https://www.cid.com.tw/product/?mode=detail&id=7&type_id=1&top=3 (RP 模型/3D 列印代工 6, 2019). 31. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(31) 的半成品。因此從「差異集中化」的角度來看，A 公司同樣在 3D 打樣的過程中，凸顯出與其他競爭對手的詫異來提升競爭優勢。. 32. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(32) 第5章結論與建議根據第四章的研究分析，本章彙整出研究結論，並探討如何透過個案分析來擬定經營策略並針對後續研究相關提出建議與參考方向。. 第一節研究發現由上述的個案分析，模具產業在導入 3D 列印前和導入 3D 列印後的差異性可被彙整於表 5-1。從表中可以看出 A 公司在導入 3D 列印後，提升模具製作效率近百分之三十，同時也降低模具製作成本近百分之四十。表 5-1 導入 3D 列印前後比較表討論項目產品 DFM 模具設計模具加工時間預估模具修改費用模型費用產品驗證時間產品導入量產時間. 未使用 3D 列印打樣 45 天 25 天 3 個月美金 8.000 無 6 個月 8 個月. 使用 3D 列印打樣 15 天 10 天 2 個月美金 2.500 (實際) 美金 1.800 (實際) 4 個月 6 個月. 資料來源: 由本研究彙整. 五力分析中 A 公司的優勢為「技術門檻」並非同有力的障礙項目，不無法成為新進入者的障礙因素。此外，同業競爭者的部分，A 公司的價格競爭力屬於同業水準之下，因此後續經營策略必須評估如何提升 A 公司的「價格」競爭力。但由於 A 公司擁有「技術支援」及「後續整合」的能力，使得 A 公司在議價時有足夠的籌碼，讓客戶願意買單。因此雖然擁有較弱的價格競爭力，A 公司還是成功地透過專業度及時效性的差異化來提升競爭力，而在後續的經營策略上要 A 公司必需衍伸寄有的優勢，找出其他能夠凸顯差異的優勢來提升並維持競爭力。. 33. DOI:10.6814/NCCU202000377.

(33) 第二節研究建議本研究以五力分析及競爭優勢理論為研究基礎，但是模具業在導入 3D 列印的領域中仍有許多值得探討的議題，以下為建議方向: (一). 模具產業除了透過 3D 列印優化打樣程序之外，隨著新的 3D 列印技術的進步以及可打印的材料不斷擴充，是否可以找到新的應用層面?. (二). 探討模具業廠商是否可以透過 3D 列印踏入新的產業? 甚至達到企業創新或轉型?. (三). 3D 列印是否對模具業會帶來取代性的威脅?. 34. DOI:10.6814/NCCU202000377.

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