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机械资讯 723期
台湾工具机暨零组件厂智慧化现况与发展趋势

文/庄滢芯(副研究员)、叶立纶(博士)
工业技术研究院IEK

前言：未来的困境是智慧制造最大的驱动力

少子化和老年化的趋势将导致劳力短缺、工资上涨；市场需求变动大、产品交期缩短等问题也一一浮现，制造业正面临新一波转型挑战，如何在控制生产成本的同时，还能提高生产力与效率，则是转型的主要目的。工具机身为整个生产线的要角，透过机台本身的智慧化以及生产资讯搜集和周边自动化系统连结、巨量资料及云端分析等智慧功能更能强化整个生产线的智慧制造能力，因此笔者透过此次台北国际工具机展(以下简称TIMTOS)，了解台湾厂商在整机和零组件智慧化的现况和发展趋势并记录于本文。

工具机单机智慧化现况

首先在单机智慧化的部分，不论是由控制器本身内建或是NC搭配PC扩充的方式，都是由一些软体辅助达到安全防护、诊断监控、加工参数优化、精度校验、和误差补偿等功能。由本次TIMTOS展可以发现，目前智慧化软体是以诊断监控、加工参数优化以及误差补偿搭配较高阶工具机型以抢攻航太市场为主流发展趋势，以下是一些国内厂商的案例：

‧永进机械

在本届TIMTOS产品创新竞赛中拔得头筹的永进机械展出了NFP500A-5AX-T智慧五轴铣车复合加工机，软体方面由「i-Pros MX智能化系统」提供使用者友善的人机介面及多项智慧化APP软体服务包括：适应性切削负载进给控制、适应性切削颤振抑制、适应性载重快送速度控制以及原有的温升热补偿等；硬体方面则是透过高刚性门型结构设计搭配高扭力五轴工作台，与整机机体冷却技术、满足高精度与高耐用需求，透过软硬体的结合，可以提升加工效率和品质以及减少刀具损耗以降低成本，目前应用市场锁定为航太产业。

‧协鸿工业

针对智慧制造中单机智慧化的部分，协鸿则是透过自家Hartrol Plus控制器打造与其他厂商在操控和软体使用上差异化，透过主轴状态监控、重切削自动进给率以及温升补偿等智慧功能打造高精度和可靠度的工具机产品，另外在五轴防碰撞的部分，目前发展的现况是：先定义工件、夹治具、刀具等尺寸，即可在发生撞击时会主动产生警告讯息并马上停止机台移动，避免真正产生撞机安全防护功能。

‧东台精机

东台在本次展会最大的亮点莫过于和美国Optomec合作开发的雷射熔融复合加工机AMH-350，主要是在原本的五轴机上加挂Optomec的雷射头，包含3D列印，修补重工，雷射表面溶覆等制程，再透过切削加工和雷射溶覆加工反覆进行，搭配机上量测完成一站式加工节省制造时间、降低材料成本，瞄准高附加价值产业如航太，医疗跟电子。另外东台的智能制造系统搭配新研发的摆头卧式五轴加工机则是展现了易于使用的人机介面以及智慧监控和五轴动态路径最佳化等功能。

‧协易机械

协易机械在本次展会规划了三大主题：分别是伺服成型，自动化整合，智慧制造应用技术，身为国内厂商较早跨入伺服冲床的厂商，针对单机智慧化的部分是在设备(含模具)健康诊断和制程品质监控，透过在工作台设置流量、压力、温度、吨数四种感测器监测加工状态，和历史资料做比对即可提早发现异常。另外伺服控制的优点还有在试模时可以藉由调整制程参数达到最佳加工条件，较不需要依靠老师傅经验传承。

‧精呈科技

「智慧化高精度线马线切割加工机」也是本次产品创新竞赛中获奖的产品，Ei-REMOTE的远端监控软体可在手机、平板、电脑中管理各厂机械加工情报、程式传输、远端诊断，以及搭配自动化功能。控制器内建3DEi-CAM机能，可绘图转程式，或读取档案后，在控制器中转为加工程式，搭载智慧型专家系统、DPM工件厚度辨识与加工条件自动修正机能、模孔引入线降低机能、智能转角控制及DVR放电稳定模组。

零组件智慧化现况

台湾工具机产业的优势之一就是完整的供应链体系，为数众多的零组件厂商这几年经过海外市场的磨练，逐渐打开国际的知名度，面对这波智慧制造的浪潮，一些相对应的智慧化产品也因应而生：

‧上银科技

滚珠螺杆身为工具机传动的关键零组件，迈入智慧机械的第一步是将原本冰冷的机械零件转换为具备感知能力，并具有可以将资讯传递至控制器的神经系统，上银本次展示全球第一支「智慧螺杆」可以感测温度、润滑、和平行度的即时资料并透过控制器回馈调整温度和平行度等智慧功能。在预防保养的部分，机台自己会感测状态，即将有异常也会预警，通知报修。螺杆的QR code可以由网路得知机台构造和维修资讯，对于使用者来说是相当便利的功能。智慧螺杆今年六月会进入试量产阶段，后续发展情形值得多留意。

‧吉辅企业

针对整机业者持续朝向复合工具机功能发展的前提，复杂的刀具使得刀库由从前单纯的储藏也渐渐有些智慧化功能，在展会的产品创新竞赛作品中，吉辅参赛作品「智能化矩阵刀仓系统」呈现了智慧机械的感测、判断、和控制回馈的功能：藉由感测伺服马电流判别不同刀具重量，以改变配送速度和换刀时间，在刀长量测的部分也可以检测钻工刀的刀长避免刀具磨耗或错刀情况发生，获得比赛的佳作。

‧北钜精机

无独有偶，北钜也推出「智能化高速仓储刀库」，和吉辅的差异是利用CCD影像感测的功能来判别刀具特性，来控制换刀机构的速度，将换刀的效率达到最佳化，同时具有乱刀检知的功能，在选定加工程式后，将所有加工过程中所需要用的刀具用CCD做确认的动作，减少确认的时间和人力，避免因为不同产品所用的刀具位置错乱导致工件损坏。

智慧生产单元和智慧工厂
‧远东机械

WVL-F24自动化铝轮圈生产线结合立式车床、加工机、机械手臂、视觉与毛胚质量辨识、自动虚拟量测系统(AVM)、QR code雷射雕刻系统，形成一个智慧制造单元。此系统具有视觉定位、视觉量测、AVM虚拟量测系统、自动刀具补偿、机台远端监测等技术，用于生产具有不同特性和体积的多个轮圈，而不需要复杂的转换程序。利用自动虚拟计量(AVM)技术，通过QR code跟踪各个轮圈，达到即时监控工件并自动修正刀具补偿，提高精度，减少加工过程中的损失与不良率产生，避免现行CMM量测完成之前继续生产不良零件，大幅减少工时，提升使用者的生产效益。

‧永进机械

永进在展会上打造了一的智慧工厂的雏形，i-Direct系统展示了物联网的潜力。这个系统最大的功能是在即时监控的部分，可追踪整体设备效率(OEE)、工厂利用率、设备维护和生产状况。用户可以连接各种CNC控制器和机器类型，包括手动操作的设备。现场以三个加工机台搭配机器手臂和量测机台组成一条智慧生产线，透过电脑可以随时监控不同机台的生产状况，并且将量测资讯和设备修护资讯纪录下来方便人员管理，如图6所示。

TIMTOS 2017智慧化趋势

本次TIMTOS展各家厂商产出的智慧化功能已经较上一届普及，也有很多和法人研究的成果展示，大部分是针对加工条件优化、诊断监控及误差补偿的部分，物连网和生产管理的部分也是呈现百家争鸣的状态，下列是本次观展所归纳的一些趋势：
‧ 资讯通讯技术(ICT)的运用较以往普及，并已有多家厂商应用云端技术及利用网路传递讯息到手机及平板电脑APP，进行即时远端监控。
‧ 在防碰撞技术上，运用3D路径虚拟模拟分析，以防止加工时的碰撞。
‧ 在颤振侦测上，增加不同材料防止颤振的知识库。
‧ 在热补偿技术方面也增加智慧型热温控判断功能。
‧ 视觉化的操作介面设计更具人性化，并结合ERP的排程和生产管理资讯。
‧ 智慧型弹性制造单元系统增加。
‧ 工具机产业应用对象扩及至航太零件加工。
‧ 智慧化功能应用于关键零组件也有所提升。
‧ 较多机械美学的概念的造型设计，人体工学设计提升工具机使用者的适用性与安全性。

建议工具机产业未来发展方向

‧ 台湾工具机产业尚需在了解市场潮流与客户需求以及自身能力的前提下，透过产、学、研的共同合作方式，加快落实产品的精度与可靠度并应用智能化技术，提供符合工业4.0设备市场的需求。
‧ 运用台湾拥有的资讯通讯技术(ICT)，强化台湾工具机的远端管理和监控等智慧化功能的特色及竞争力，并以人机介面做出品牌差异化。
‧ 针对不同国家与不同的工具机应用市场的商业模式及制造需求进行调查与分析，以创造符合应用市场端的整体解决方案的服务设计，将制造输出转化成服务输出，创造价值。
‧ 应用智慧化技术考量省水、省电、省资源持续提升机台的环保功能，使得工具机客户符合国际制造业环保的规范与要求，创造工具机的附加价值。
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