# 你的無桿氣缸系統到底花費多少？

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/how-much-are-your-rodless-cylinder-systems-really-costing-you/
> Language: zh-Hant

## Summary

以 ISO 8778 空氣資料、NIST 現值規則、SMC 維護輸入與 DOE 能源方法建立可稽核的無桿氣缸 TCO 模型。

## Page Content

# 你的無桿氣缸系統到底花費多少？

無桿氣缸的總持有成本（TCO） 是取得、安裝、操作、維護、替換以及最終處置系統的現值。沒有一個固定百分比可以描述它。可辯護的估算，必須使用確切機台位置的實測耗氣量、服務與故障記錄、生產影響、替換時間與殘值。

因此，本文比一般的[氣動與電動致動器成本比較](/zh-hant/blog/what-are-the-cost-differences-between-cylinders-and-electric-actuators/)更聚焦。目標是比較兩個無桿氣缸方案，或比較已安裝單元與擬議替換品，而不是先假設便宜或昂貴的氣缸一定勝出。

> 重點摘要 NIST 要求使用一個研究期間。 DOE 的工廠資料不能證明某個氣缸一定節省成本。 SMC 為一個具名 MY1B 系列列出 8 項檢查內容。 只有當實測耗氣、維護與停機節省超過計算出的損益兩平門檻時，價格溢價才會回本。

![兩支具有機械聯接、外部滑座與可調端部止擋的無桿氣缸](https://assets.rodlesspneumatic.com/images/blog/how-much-are-your-rodless-cylinder-systems-really-costing-you/wp-my3a3b-series-mechanical-joint-rodless-cylinder-basic-type.jpg)

無桿氣缸 TCO 記錄應標明確切系列、缸徑、行程、導向配置、緩衝、感測器與維護零件。產品外觀本身不能定義操作成本。

## 無桿氣缸 TCO 模型應包含哪些成本？

NIST 2022 年生命週期成本手冊按年份整理成本，並將每筆金額折算到同一個基準日期。其方法涵蓋已定義研究期間內的取得、持有、操作、維護與處置（[NIST Handbook 135](https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=934646)，2022）。這五個邊界是比較無桿氣缸的良好起點。

每個方案都要使用相同的功能要求。無法承受指定俯仰、偏航或滾轉力矩的低價氣缸，不是經濟上的替代方案；同樣地，如果高價單元額外的導向能力、感測器解析度或防腐蝕能力在此應用沒有價值，也不能把這些溢價直接視為收益。

開始成本不只有氣缸本體：

| 成本類別 | 工作表中應包含 | 應保留的證據 |
| --- | --- | --- |
| 取得 | 氣缸、滑座、導向、感測器、吸震器、接頭、閥門、備件 | 逐項報價與確切型號 |
| 安裝 | 支架、加工、配管、配線、護罩、對心人工 | 工單、圖面、技術人員工時 |
| 試運轉 | 程式設定、壓力與速度設定、驗收測試 | 測試表與核准限制 |
| 操作 | 壓縮空氣、吹掃或吹氣需求、檢查 | 流量記錄、壓力記錄、循環計數 |
| 維護 | 清潔、潤滑、密封件、密封帶、軸承、吸震器 | PM 歷史與零件發票 |
| 故障影響 | 故障排查、修理、報廢、產量損失、加急運費 | 停機代碼與事故記錄 |
| 替換 | 拆除、新單元、重新試運轉、處置 | 預定替換年份與殘值 |

成本邊界必須跟著機台位置，而不是跟著供應商發票走。如果方案 A 包含導向滑座，而方案 B 需要額外導向，就要把兩套導向系統都放進比較。閥門、感測器、支撐件、服務套件與試運轉人工也套用同一規則。例如，應將整合導向的氣缸，與競品氣缸加上必要的外部導軌、支架、對心工作與替換軸承一起比較。更換供應商前，先完成[SMC 無桿氣缸替代方案指南](/zh-hant/blog/smc-rodless-cylinder-alternatives-maintaining-quality-while-cutting-costs/)中的檢查。TCO 只能排列技術上可接受的方案，不能替未驗證的互換性背書。

## 可信估算背後的資料記錄

SMC 現行 MY1B-Z1 手冊列出 8 個檢查點：螺栓鬆動、運作是否平順、循環時間變化、工作台移動、洩漏、損傷、排水與滑座間隙（[SMC MY1B-Z1 操作手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/DOC1120098.pdf)，存取於 2026）。可用的成本記錄，應將時間與金額連到這些可觀察的狀態。

請以一個機台位置或一個清楚定義的群體建立基準。不要只因兩條產線使用相同缸徑，就把乾淨的包裝線和焊接單元混在一起。污染、行程、負載力矩、循環率、緩衝能量、配管、維護可及性與停機後果，都可能改變結果。

至少記錄以下輸入：

| 輸入 | 優先資料來源 | 單位或格式 |
| --- | --- | --- |
| 確切配置 | 銘牌、圖面、採購歷史 | 系列、缸徑、行程、選項 |
| 工作壓力 | 生產期間靠近機台的壓力表 | bar(g)、MPa(g) 或 psig |
| 自由空氣需求 | 計量支路或已驗證的循環計算 | m³/min ANR、L/min ANR 或 SCFM |
| 工作制與生產時間 | PLC 計數器與班次日曆 | cycles/hour 與 hours/year |
| 壓縮機比功率 | 相關壓力下的已驗證壓縮機資料 | kW per m³/min 或 kW per 100 cfm |
| 電價 | 分開需求費的電費帳單 | 貨幣/kWh |
| 預防性工作 | CMMS 歷史 | Hours/event 與 events/year |
| 修正性工作 | 故障與修理記錄 | Failures/year、人工、零件 |
| 生產後果 | 核准的財務或營運費率 | 貨幣/hour 加報廢 |
| 研究假設 | 工程與財務 | 年數、折現率、升幅處理 |

比較供應商前先標準化流量。ISO 8778 規定氣動元件與系統性能聲明所使用的標準參考大氣（[ISO 8778](https://www.iso.org/standard/26559.html)，2022 年確認）。如果一份型錄報告 ANR，而另一份使用不同參考條件，請在使用前記錄並換算基準。計算出的循環容積適合初步篩選，但當閥門排氣、氣管容積、洩漏、壓力恢復、中途停止或輔助吹氣影響支路時，流量計量的證據更強。[耗氣量計算器](/zh-hant/online-tools/air-consumption-calculator/)可以在實測生產試驗前建立初步需求。

## 如何計算年度壓縮空氣成本？

DOE 的工廠層級提示資料指出，在典型工業設施中，壓縮空氣產生約占用電量的 10%，某些設施則達 30% 以上（[DOE 壓縮空氣成本資料](https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/tech_assistance/pdfs/compressed_air1.pdf)，2004）。這個歷史範圍說明為何必須量測，但不能把通用成本百分比套到某一支無桿氣缸。

針對使用點估算，將標準化流量與壓縮機比功率結合。CAGI 將比功率定義為，在指定排放壓力下輸出指定流量所需的電氣輸入，並發布壓縮機比較用的已驗證資料表指引（[CAGI 性能驗證](https://www.cagi.org/performance-verification/)，存取於 2026）。

C_{\mathrm{air}} = q_{\mathrm{ANR}} \cdot \phi \cdot e_{\mathrm{sp}} \cdot h \cdot p_e

其中：

- C_{\mathrm{air}} 是年度空氣能源成本。

- q_{\mathrm{ANR}} 是有效自由空氣流量，以有文件記錄的參考大氣為基準，單位為 m³/min，而不是未指定型錄條件下的數字。

- \phi 是排程時間中該流量實際啟用的比例。

- e_{\mathrm{sp}} 是已驗證的壓縮機組比功率，在相關排放壓力與運作狀態下以 kW per m³/min 表示。

- h 是年度運轉時數。

- p_e 是適用的每 kWh 電價，所有方案都要使用相同的電價邊界。

流量乘以比功率得到電氣 kW；乘以啟用時數得到 kWh；再乘以能源價格得到年度成本。條件允許時，使用實測壓縮機輸入與輸出流量。馬達銘牌功率可能高估或低估致動器變更的邊際成本，因為空載功率、壓縮機排序、儲氣、乾燥機吹氣、洩漏與壓力控制都會影響工廠反應。這也是 DOE 完整壓縮機公式包含操作時間、負載比例、滿載制動馬力、馬達效率與電價的原因。

不要用臆造的「系統效率」百分比去除實測氣缸流量。請使用每單位自由空氣的工廠專屬成本，或將使用點自由空氣需求乘以已驗證的壓縮機比功率。混用這兩種方法可能會把損失重複計算。

[Tool Compressed air Compressed Air Energy Cost Calculator 以標準化平均流量、工作週期、年運轉時數、壓縮機比功率與電價估算無桿氣缸年度空氣成本。 Energy Cost = Air Flow x Specific Power x Hours x Energy Price Average flow Duty cycle Annual hours Specific power Open calculator ->](/zh-hant/online-tools/compressed-air-energy-cost-calculator/)

壓力也是經濟輸入。如果候選方案需要更高壓力來克服摩擦或承載，就要評估比功率的變化，以及對工廠其他使用者的影響。相關的[空氣氣缸工作壓力指南](/zh-hant/blog/what-is-the-working-pressure-of-an-air-cylinder-and-how-to-optimize-performance/)說明，力量裕度與壓力策略必須一起檢查。

## 維護與停機應如何定價？

MY1B-Z1 手冊給出機型專屬洩漏限制：在 0.1 MPa 下為 300 cm³/min（ANR），在 0.8 MPa 下為 425 cm³/min（ANR）（[SMC](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/DOC1120098.pdf)，存取於 2026）。手冊也建議每月在指定導向與密封帶區域塗脂。這些數字不能轉用到所有無桿氣缸。

先從確切系列的製造商說明開始。機械聯接設計可能需要檢查密封帶、防塵帶、滑座與導向；磁耦合氣缸的洩漏與脫離行為不同；外部導向系統可能把大部分磨耗成本從氣缸移到導向件。

分開計算排程維護與修正性維護：

C_{\mathrm{failure}} = n_f \left(C_{\mathrm{parts}} + h_l p_l + t_d p_d + C_{\mathrm{scrap}}\right)

其中：

- n_f 是每年的故障次數。

- C_{\mathrm{parts}} 包括每次事件的零件、緊急運費與外部服務。

- h_l 與 p_l 將內部人工時數與核准的含負荷人工費率結合。

- t_d 與 p_d 只計入實際損失的生產時間，並使用反映緩衝、旁通與製程限制的營運—財務費率。

- C_{\mathrm{scrap}} 是可歸因於重新啟動的報廢損失。

只有在已知安裝數量與暴露條件時，才能使用觀察到的故障次數。100 支氣缸單班運轉發生 10 次故障，不等於 12 支氣缸連續運轉發生 10 次故障。請將循環次數、移動距離或運轉時數與事件數一併記錄。停機費率需要明確的負責單位。維護部門可以提供修理時間，但營運與財務應核准產量損失價值。如果緩衝或旁通仍讓產量繼續，完整產線營收費率會誇大損失；如果一支氣缸停機會卡住受限製程，直接修理費又可能低估損失。

配套的[氣缸與致動器維護要求比較](/zh-hant/blog/how-do-maintenance-requirements-compare-between-cylinders-and-actuators/)涵蓋技術人員技能與隔離工作。針對洩漏診斷，請使用[內部洩漏指南](/zh-hant/blog/what-is-internal-leakage-in-pneumatic-cylinders-and-how-much-is-costing-you/)區分可接受的機型洩漏與故障。

## 五年計算範例

這份示例工作表以 6% 的實質折現率，比較兩個技術上可接受的系統，研究期間為 5 年。等額年末成本的現值因子為 4.212，符合 NIST 將每個方案折算到同一基準日期與研究期間的方法（[NIST Handbook 135](https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=934646)，2022）。

以下是假設範例，不是現場結果：

| 輸入 | 已安裝系統 A | 候選系統 B |
| --- | --- | --- |
| 安裝與試運轉成本 | USD 4,000 | USD 5,500 |
| 有效自由空氣流量 | 0.45 m³/min ANR | 0.38 m³/min ANR |
| 啟用比例 | 35% | 35% |
| 運轉時間 | 4,000 h/year | 4,000 h/year |
| 比功率 | 7.0 kW per m³/min | 7.0 kW per m³/min |
| 電價 | USD 0.12/kWh | USD 0.12/kWh |
| 預期年度維護與故障成本 | USD 2,800 | USD 2,040 |

> Figure: 圖表將初始溢價與持續性成本分開。所有數值都是已揭露的工作表假設，必須以現場資料替換。

能源公式得到 A 每年 USD 529.20、B 每年 USD 446.88。因此，A 的年度持續性成本為 USD 3,329.20，B 為 USD 2,486.88。

總持有成本的現值方程式如下：

\mathrm{TCO}_N = C_0 + \sum_{t=1}^{N} \frac{C_{\mathrm{air},t} + C_{\mathrm{PM},t} + C_{\mathrm{failure},t} + C_{\mathrm{replace},t}}{(1+r)^t} - \frac{S_N}{(1+r)^N}

其中， C_0 是安裝與試運轉成本， N 是研究期間， r 是折現率， S_N 是殘值；年度項目則涵蓋空氣、預防性維護、故障與替換。請選擇實質折現率搭配固定幣值，或名目折現率搭配含升幅幣值，不要混用。

若沒有中途替換或殘值，範例結果如下：

| 結果 | 系統 A | 系統 B |
| --- | --- | --- |
| 五年現值 TCO | USD 18,024 | USD 15,976 |
| 差額 | 低 USD 2,048 | |

> Figure: 在已揭露的假設下，價格較高的候選方案在第 2 年附近低於已安裝系統。改變持續性成本輸入，可能移動或消除這個交叉點。

在這些假設下，系統 B 勝出，但結論不是通用答案。其維護與故障預留金額占差異的大部分。如果這筆金額來自銷售估算，而不是可比較的維護記錄或受控試驗，工作表揭露了不確定性，卻沒有消除它。

## 價格較高的氣缸何時能回本？

在這個計算範例中，B 的初始溢價為 USD 1,500。在 6% 折現率與 5 年期間下，依[NIST 現值方法](https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=934646)，年度持續性節省需要高於約 USD 356。這個門檻讓各工廠可以測試自己的能源、維護與停機輸入，而不是宣稱一個通用回本期間。

年度損益兩平節省 是持續性成本降低的金額，其現值等於所選研究期間內候選方案的初始溢價。

若年度節省大致固定，簡單回本時間為：

t_{\mathrm{pb}} = \frac{\Delta C_0}{\Delta C_{\mathrm{annual}}}

在這個範例中，年度持續性節省為 USD 842.32，因此簡單回本時間約為 1.78 年。簡單回本忽略替換時間、殘值、升幅與折現時點。請先把它當成篩選指標，再用現值 TCO 做決策。損益兩平分析也能告訴你哪些證據重要：如果僅有文件化的耗氣節省就超過門檻，不確定的停機估算就不會主導選擇；如果結果依賴假設的故障率改善，就要在核准溢價前要求保固邊界、可比較的服務資料或分階段機台試驗。

至少建立三種情境：

- 實測情境： 流量計量與 CMMS 歷史。

- 保守情境： 記錄的耗氣需求、不假設未證實的可靠度改善，並將停機費率降低到反映緩衝或旁通能力的程度。

- 壓力情境： 更高電價、尖峰生產需求、提早替換、加急運費，以及研究期末沒有殘值。

例如，在把供應商的使用壽命聲明列入收益前，先用沒有可靠度改善的條件重跑保守情境。

在合理的輸入範圍內，只要候選方案仍然較好，就代表財務上有韌性。如果只改變一個不確定假設的小幅度就會反轉結果，應透過試驗、驗收標準、備件庫存、服務協議或價格來協商風險，不要把一個 TCO 數字當成事實。

## 如何讓比較保持誠實？

NIST 要求競爭方案使用相同的研究期間、基準日期、服務日期與經濟假設，並將敏感度分析列為不確定性評估的一部分（[NIST Handbook 135](https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=934646)，2022）。這四項控制可以防止大多數因邊界不一致而產生的試算表優勢。

簽核前套用以下檢查規則：

- 只比較技術上可接受的方案。在開始財務排序前，負載、力矩、速度、行程、環境、感測、緩衝、安全功能與機台驗收限制都必須相同。

- 使用一份生產排程。

- 辨識流量基準。

- 將工廠層級壓縮機節省，與無桿氣缸使用點的計量或計算變化分開。

- 使用核准的人工與停機費率。

- 將每筆替換成本放入預期年份，包括該事件相關的人工與重新試運轉。

- 一致記錄殘值；若沒有轉售、再利用或可回收備件價值，也要記錄為零。

- 測試工作制、比功率、電價、故障、停機率與替換年份。

- 將全部證據放在一起。

在設計階段的決策中，[無桿與標準氣缸比較](/zh-hant/blog/rodless-vs-standard-cylinders-a-side-by-side-comparison-for-factory-automation/)可以先確認無桿架構是否值得，再進行成本模型。架構固定後，應比較確切配置，不要比較籠統的「經濟型」、「標準型」與「高級型」標籤。誠實的結論可能顯示低價氣缸勝出，也可能透過實測耗氣、服務可及性或故障暴露，證明較高安裝成本合理。當兩種結果都可能出現時，工作表才值得信任。

David Li 為倍拓氣動撰寫本成本建模指南。若要進行應用審查，請透過[聯絡頁面](/zh-hant/contact/)提交確切型號、工作數據、壓力、流量基準、維護記錄與驗收要求。

## 無桿氣缸 TCO 常見問題

[SMC MY1B-Z1 手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/DOC1120098.pdf)列出兩個允許洩漏測試點：0.1 MPa 下 300 cm³/min（ANR），以及 0.8 MPa 下 425 cm³/min。這項差異說明常見問題的規則：應使用確切氣缸手冊與工作基準，不要套用一個通用百分比、服務週期或回本聲明。

### 只看採購價格，足以比較兩個無桿氣缸嗎？

不夠。請在同一研究期間比較交付硬體、安裝、試運轉、耗氣、排程服務、修正工作、停機、替換時點與殘值。先確認兩套配置符合相同的負載、力矩、速度、環境、感測、緩衝與安全要求。低價不能補償無法完成應用的方案。

### 應使用型錄耗氣量還是實測流量？

早期篩選可以使用型錄或計算耗氣量；當決策重要時，再對支路進行計量。型錄數值可能不包含閥門排氣、氣管容積、洩漏、輔助吹氣或實際工作制。請記錄 ISO 8778 的參考空氣基準，並與相關壓力下的壓縮機比功率比較。

### 可以假設高價氣缸使用較少壓縮空氣嗎？

不可以。耗氣取決於有效容積、壓力、循環率、閥門狀態、洩漏、配管與控制。請在相同工作制下比較確切配置。較好的導向或密封系統可能在不改變掃掠容積的情況下提升可靠度；另一方面，為了裕度選用較大缸徑，可能即使採購價格更高仍消耗更多空氣。

### 應如何評估非計畫停機？

維護部門應提供修理時間與事件歷史；營運與財務應核准金額費率。請計入緩衝、旁通能力、受限操作、重新啟動損失與報廢。除非故障確實讓該產量在完整記錄期間停止，否則不要把每一小時修理時間都乘以完整產線營收。

### 驗證預期 TCO 節省的最好方法是什麼？

先建立已安裝軸的基準，再將候選方案安裝在可控的位置，並依書面驗收限制記錄壓力、標準化流量、循環時間、檢查工作、故障與生產影響。用實測結果重新計算模型，只有在技術驗收與財務門檻都仍然通過時，才擴大變更。

### 資料來源與技術參考

- NIST Handbook 135：生命週期成本手冊。 常見研究期間、現值成本、折現、比較標準與敏感度分析。出版於 2022 年；存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[NIST Handbook 135 生命週期成本手冊](https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=934646)

- 美國能源部：計算工廠的壓縮空氣成本。 壓縮機操作成本公式與工廠電力背景。出版於 2004 年；存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[美國能源部工廠壓縮空氣成本指南](https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/tech_assistance/pdfs/compressed_air1.pdf)

- 美國能源部：改善壓縮空氣系統性能。 系統經濟性、量測、壓力、洩漏、維護與工廠評估指引。存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[美國能源部壓縮空氣系統性能指南](https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/tech_assistance/pdfs/compressed_air_sourcebook.pdf)

- 壓縮空氣與氣體協會：性能驗證。 壓縮機組比功率的定義、用途與已驗證性能資料表。存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[CAGI 壓縮機性能驗證指南](https://www.cagi.org/performance-verification/)

- ISO 8778:2003 標準參考大氣。 標準參考大氣；2022 年確認。存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[ISO 8778 標準參考大氣](https://www.iso.org/standard/26559.html)

- SMC MY1B-Z1 操作手冊，DOC1120098。 具名系列的檢查項目、供氣、環境、維護、洩漏限制、密封工作與故障排查。存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[SMC MY1B-Z1 操作手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/DOC1120098.pdf)

- SMC 維護零件清單。 MY 與 CY 維修零件。存取於 2026 年 7 月 27 日。來源文件：[SMC MY 與 CY 維護零件清單](https://www.smcworld.com/maint/en-my/)