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助智慧機械跨足核心戰略產業 CNC數控系統聚焦專用需求
 

【作者: 陳念舜】   2021年05月04日 星期二

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因應2020年至今未歇的COVID-19疫情仍推動產業加快數位轉型腳步,創新商業模式,台灣工具機產業也盼逐步從智慧機械跨足下一階段的核心戰略產業,過去聚焦航太、醫材、汽車製造產業的台灣廠商,現也開始透過歐日系品牌CNC數控系統支援,逐步導入邊緣運算、AIoT等最新科技。


惟若檢視當前台灣製造業所處數位轉型階段,仍大致介於數位優化、數位轉型階段,在既有的營運流程加速溝通之後,未來還須讓企業產生創新競爭優勢與營運模式,才能投入新興專用領域市場。尤其是在綠能、民生及戰備相關領域,隨著電動車時代來臨,市場對工具機的設備需求樣貌也有所改變,包含馬達、轉向器與剎車器等關鍵零組件,將會帶動新的加工設備需求,例如上銀、東台、友嘉等工具機相關廠商,均已搶先佈局卡位電動車領域,且有少量出貨實績。


目前擔任台灣綠電應用協會理事長的工具機大廠友嘉集團總裁朱志洋便指出,隨著缺水缺電問題顯示氣候變遷影響加劇,這波全球淨零排碳趨勢對於製造業既是壓力也是機會,台灣工具機和機械產業可望受惠。


朱志洋認為,現今汽車產業應用約占全球整體工具機需求比重約40%,儘管電動車占比仍不足5%,但預估未來3~5年的電動車發展規模與速度將遠超以往,可結合既有資通訊和智慧機械產業能力,帶動7~10年內台灣工具機產值從當今全球前7位邁向第5名、出口規模可望坐4望3。



圖1 : 隨著缺水缺電問題顯示氣候變遷影響加劇,這波全球淨零排碳趨勢對於製造業既是壓力也是機會。(source:electricautonomy.ca)
圖1 : 隨著缺水缺電問題顯示氣候變遷影響加劇,這波全球淨零排碳趨勢對於製造業既是壓力也是機會。(source:electricautonomy.ca)

西門子CNC數控系統 支援工具機數位轉型模式

至於長年支援台灣工具機產業發展的歐系CNC數控系統也可望受惠,台灣西門子公司(Siemens)數位工業總經理Tino Hildebrand便分享其對於台灣工具機產業的觀察,認為無論是製造廠商(Maker)或終端使用者,都應該思考該如何運用CNC數控系統,結合AIoT、邊緣運算和雲端、數位分身(Digital Twins)等最新科技推動數位轉型,提高生產力,以突破現今智慧機械產業的瓶頸。


Tino Hildebrand進一步指出,除了前2年由於航太製造業蓬勃發展,已促成航太級精密零組件技術下放到其他產業,西門子也藉此協助提升台灣工具機產業轉型升級之外;面對當今汽車產業結構性變化,已有德國汽車大廠宣示將捨棄傳統內燃機引擎設計,改採電力驅動,並創造出不同商業模式,即除了廠內硬體製造之外,還包含周邊軟體、端對端服務供應商等。Tino Hildebrand說:「許多新創車廠雖然沒有傳承百年經驗,卻因為擅長數位化與服務優勢,並向其他業者採購零組件,勢將改變上游工具機製造、加工產業生態。」


加上由於COVID-19改變跨國商務活動,加快數位轉型進程,也促進全球製造業客戶希望涵括製造、運輸、系統整合等整體價值鏈更加透明與可視化,得以分析機台上線時間等數據,預測可能故障情況,再經由AIoT分析未來情境,同時涉及更多數位化層面,若跟不上腳步者就會被淘汰。Tino Hildebrand認為工具機廠商必須思考未來如何與全球客戶交流的新方法,催生創新商業模式。例如目前讓國內外買家分別透過線上展會,檢視虛擬工具機,或從遠端驗收、調校,此即有別於過去先由工具機廠商完成設計、製造原型機,再交由國外買家來台驗收、交貨等流程。


Tino Hildebrand表示,其實Siemens從10餘年來就不斷推動數位化、創新商業模式,強調無論是工具機製造廠商、終端使用者或是零組件協力供應商,都應該要學會善用「數位分身」搭起虛實整合的橋樑,加快數位化腳步。例如該公司問世已超過60年的SINUMERK系列產品中,SINUMERK One便是目前最早實現「數位原生」理念的CNC控制器,既具備強大運算能力,經比較虛擬與真實切削模具編程時間僅差12秒,幾乎99%吻合,克服傳統CAM程序通過後處理(post)過後,通常與預估時間相差1.5倍的障礙,可更有效預測數位化流程,或為客戶打樣、驗證。之前台灣工具機口罩國家隊投入開發防偽鋼印輥輪時,即可經由Siemens協助建立數位分身,在虛擬環境裡模擬、調校、測試,幾乎縮短50%時間,還能利用虛擬工具機提前與下一階層供應商討論。


進而透過Siemens「數位優先」策略,協助工具機業者建立數位分身,導入虛實整合的全價值鏈。待完成工具機數位模型後,就能讓客戶於虛擬環境中驗證整體機械從創新概念成形、設計,直到調適、優化結構等階段;同時結合數位製造元素開發軟體,或分析故障原因,對不符要求者利用軟體及時修改、優化調適參數,提升開發工具機的效率和彈性,也不必擔心實體機器若遭退貨,還要重頭設計、建構的風險,將工程設計流程提升到新境界。


接著才是打造實體工具機過程,經此串聯設計和電控部門,還減省了30%開發時間與成本;並利用邊緣運算快速反應,蒐集與運算廠內設備反饋的各項數據,以開發App應用程式或落實智慧製造,快速提升CNC數控系統效能,PLC因此加快10倍,從而省下約50%週期作業時間,提高生產力,真正實現數位轉型。現已獲10家以上台灣廠商引進,程泰機械便藉此大幅優化並縮短開發五軸機種的30%上市時間,還能提高25%生產力。



圖2 : 台灣工具機產業應該思考該如何運用CNC數控系統,結合最新科技,推動數位轉型。(source:assets.new.siemens.com)
圖2 : 台灣工具機產業應該思考該如何運用CNC數控系統,結合最新科技,推動數位轉型。(source:assets.new.siemens.com)

Siemens甚至可經由加入SINUMERK Edge邊緣運算硬體平台數位化,解決客戶自動化核心之一的整線/廠解決方案問題,提供涵括IT、OT、IoT等新興科技的開放式生態系,賦予中小企業分析、提升運用數據的能力與透明度;若有客戶想要布局全球,結合所有供應鏈夥伴,亦可將數據上傳雲端。Tino Hildebrand認為,兩者同樣皆可利用蒐集、分析數據來研究機台運行狀態、主軸負載等,來調適切削加工及預測品質,主要差別應視客戶使用及上傳更新的頻率而定。


Tino Hildebrand認為,經此刺激工具機業者創新思維及商業模式好處,在於客戶採購機器時,供應商便能透過數位分身,瞭解機器將會如何在廠內部署,加快決定投資。若搭配HoloLens提供線上虛擬調校、維修、培訓等服務,也須要先建立數位檔案後才能進行。


FANUC智能CNC解決方案 落實數位優化進程

日系CNC數控系統大廠台灣發那科公司(FANUC)FA營業技術部部長暨IT室長黃俊民,則指出,現今廠內自動化加工環境其實對人並不友善,而智能製造首先是讓機械智慧化,才能因應現場各種變數;進而自我調適,解決機械設備熱變位、自動化加工纏屑等問題。經由演進過程中不斷解決遭遇的困難,FANUC如今已能打造自家高度智能化無人工廠。


黃俊民也趁機分享該公司在智慧機械/智能製造解決方案,如何克服物聯網(IoT)軟硬體與成本問題;同時強調所提出的「智能CNC解決方案MAP」不僅是未來概念,而是已經上市、出貨,可正式導入台灣工具機產業現場應用,並將該方案概分為:設置佈局、模擬預演、加工學習、監視服務,以實現全方位零停機(ZDT)理想。


其中「設置佈局」係針對機械出廠前調整與補正,黃俊民說:「FANUC透過AI前饋控制是推動伺服調整AI化的第一步,於調整時安裝加速度感測器,再通過機器學習(Machine learning)依機械特性來優化參數,即使無法預測馬達末端行為,也能抑制人眼無法察覺的機械前端低頻振動差異。


「模擬預演」則主要在加工前透過CNC Guide在辦公室的PC上匯入機器的CAD圖檔後,連結並讀取加工程式的座標值、模擬機械加工動作等,藉此檢查程式語法和確認加工物外形,避免發生選擇程式錯誤、機械干涉/碰撞,降低加工成本。讓人員於遍佈機器人、AGV的智能生產環境中,不必站在機邊就能確認所有運行狀態。


接著只要經過廠內現場「加工學習」,就能透過FANUC提供智慧化功能,包含:優化加工程式,以及透過伺服觀測器,設定和調整支援高速加工技術,如同經過示波器檢視加工過程中各項數據、記錄完整波形,分析並改善可能影響加工的因素。


FANUC智能CNC解決方案MAP的最後一塊拼圖「監視服務」,則透過該公司MT-Linki軟體監看、蒐集來自廠內自動化產線各種設備操作狀態,量化稼動率與具體可視化結果,或加入OPC-UA、MT-Connect等各種工業通訊協定、D/A轉換器,監控其他品牌或舊機,並支援提供即時監視畫面、稼動實績、信號履歷和其他客製化網頁功能,生成自動化管理介面、報表,提供上位電腦ERP、MES系統使用,以協助改善機械稼動率和操作員生產能力,解決自動化管理問題。


當然FANUC也不會忘記其售服團隊的3大基本方針:提升稼動率、終身維修、全球服務,來提高產品利用率。黃俊民表示,透過涵蓋該公司全系列產品Controller、Driver、Motor、FAN、PCB的故障前通知功能,讓機器提前排程維修來提升稼動率,確保於自動化工廠零意外停機(ZDT),同時提高可靠性與修復速度。



圖3 : FANUC提出的「智能CNC解決方案MAP」不僅是未來概念,而是已經上市、出貨,可正式導入台灣工具機產業現場應用。(攝影:陳念舜)
圖3 : FANUC提出的「智能CNC解決方案MAP」不僅是未來概念,而是已經上市、出貨,可正式導入台灣工具機產業現場應用。(攝影:陳念舜)

還有FANUC獨有終身維修優勢,可持續支援客戶廠內稼動中CNC產品、零組件,即使IT元件停產,仍可重新設計替代品。同時強調該公司全球服務網的特性就是「Service First(服務先行)」,在銷售產品前必先在當地建立服務據點。且將前述功能組合成FANUC DIGTAL,以實現工具機製造和終端客戶構想,確保所有CNC在加工前的編程概念設計、模擬,和加工中檢查工作,都能在辦公室裡用CNC Guide完成,以免占用CNC專責加工時間,不浪費效能或撞機、毀損工件。


台灣瀧澤科技(TAKISAWA)近期因應TIMTOS線上展及社內展,由電控/軟體部門主管李吉昌發表其導入最新FANUC 31i-B5數控系統的科技成果,包含NC/PC技術應用、友善操作介面和設備即時虛實管理(機聯網)等,利用智慧機械和資通訊技術為客戶創造價值。


透過更友善的操作介面進行智慧加工管理,於加工時監控各軸負載值,設定負載變化上下限,以即時確認刀具磨耗及破損狀態,避免導致精度不良或報廢。其NC加工指導軟體,讓初學者只要簡單設定,就能顯示成本外形並自動生成加工程式。


除了可通過FANUC有線MTLinki即時顯示目前廠內機台狀態、加工參數、生產數量,方便生產管理,亦可用資料庫連結方式派工;以及無線方式,能讓手機即時查看各種資訊,提升設備使用效率,並在設備上安裝智慧機上盒(SMB),即時將機器狀況上傳雲端處理異常,或者透過手機App查看各項使用率等資訊與即時影像。


台灣瀧澤科技總經理戴雲錦表示:「FANUC的CNC數控系統比起其他品牌確實比較成熟、可靠,主因在於有許多先進智慧化功能都已超前部署。」也因為軟體變得越來越易用,防碰撞及干涉功能可靠,才帶動該公司致力開發可一機多用的五軸同動加工機市場穩定成長,在最新機種實現防撞檢查機能、3D動態圖形顯示、複雜螺旋加工時間、加工資料檢查、遠距雲端監視,預測機能等各項智慧機械元素可視化。



圖4 : 台灣瀧澤科技董事長瀧澤修三(右)感謝在台灣發那科董事長山田雄策(左)鼎力支持下,新機得以搭載最新款FANUC 31i-B5數控系統。(攝影:陳念舜)
圖4 : 台灣瀧澤科技董事長瀧澤修三(右)感謝在台灣發那科董事長山田雄策(左)鼎力支持下,新機得以搭載最新款FANUC 31i-B5數控系統。(攝影:陳念舜)

**刊頭照(source:assets.new.siemens.com)


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