历经COVID-19疫情之後，台湾工具机产业除了延续数位转型脚步，以协助自身与终端加工业克服由来已久的缺工挑战之外；未来还须同时维持产品在面对国内外节能低碳压力下的竞争力，CNC数控系统将是关键，近年来也可见到诸多工具机大厂采用德系品牌。

延续自疫情过後的数位转型脚步，台湾工具机产业在2022年联合举行的TIMTOS x TMTS期间，便有整机厂开始展现与欧日系CNC数控系统厂商在数位分身（Digital twins）硬软体技术上合作的成果。并在今（2023）年正式回归实体形式的台北国际工具机展（TIMTOS 2023），面临国内外碳税/费压力更逼近一年之际，导入德系品牌控制器，进一步扩散其成熟应用，以协助上下游产业链加速跨越减碳门槛。

如今包括加工性能、二氧化碳足迹、数位化等，都是现今工具机产业里OEM设备制造厂商（Maker）与终端加工使用者（End User）之间共同的热门话题，希??其生产的机器能在最短时间内，移除更多材料的高效生产；同时利用最低闲置时间，达到更高的机械利用率及加工品质，於高度自动化量产的首件阶段就能产出最隹结果。

图1 : 2023年正式回归实体形式的台北国际工具机展（TIMTOS 2023），又有整机厂积极导入欧日系品牌控制器，进一步协助上下游产业链跨越减碳门槛。（摄影：陈念舜）

西门子数位原生控制器 贯通工具机产业链上下游应用

尤其是国际工业4.0趋势的重要推手西门子公司（Siemens）推广数位化多年，如今制造业更因为能源、缺工、永续等话题讨论热烈，且垫高成本而迫不及待，期??经由数位化解决方案来克服目前环境面临的诸多挑战；工具机厂商也盼在原制程中导入数位化来打造永续工具机，从而精进加工技术，提供节能落地解决方案，藉以提升效率及缩短周期时间。

其中导入的数位分身概念，更同时适用於业界设备制造厂商、终端加工应用客户，最终都是为了产出产品，所以必须要透过数位化管控生产方式和流程，而不能只靠老师傅经验。此不仅有别於前者传统开发机器的连续流程，必须先经过设计制图及开木模、组装电（数）控系统完成後，才能以实机验证是否开发成功；後者也希??量产首件即成功，否则若过程中有环节出错，就必须要浪费时间从头开始。

西门子进一步分析，现今智能化应用时代对应的工具机产业需求，制造加工流程已从办公室PC产生程式到现场施工，进而回??到CAD/CAM修改及优化，过去相当仰赖老师傅经验。如今则面临必须导入新技术来吸引新晋人才，以数据驱动智能学习，协助持续优化生产，藉以延续台湾第三大兆元产业、机械之母的重要地位。

图2 : 现今智能化应用时代对应的工具机产业需求，制造加工流程已从办公室PC产生程式到现场施工，进而回??到CAD/CAM修改及优化。（source：industrialmachinerydigest.com）

西门子为此推出全世界首台数位原生CNC控制器Sinumerik One，则除了提升效率外，让工具机产业持续改进生产；还能无缝衔接数位分身虚实整合资讯并享受其优势，因实现软体模拟而搜集大量数据资料，让使用机台更为简便。至今已导入台湾30家整机厂的高阶机种，约有90%原来使用上一代Sinumerik 840D高阶机种的老客户已平顺完成系统转移，从而提升加工生产力。进而将之区分为如下3大技术领域：

（1） 虚拟化及边缘运算技术，包含AMW工件数位分身（Analyze MyWorkpiece / Toolpath）、工具机数位分身（Create MyVirtual Machine＋RMVM, Run MyVirtual Machine；CMVM）、边缘运算以智能化切削优化技术（Adaptive Control and Monitoring Suite；ACM Suite），通用於机台制造和终端加工业者。

藉此导入关键数位化软体，并辅佐老师傅经验，进行有系统性的科学分析，快速找出及排除问题、优化整体制程。且从设计阶段开始减少未来量产错误，将大幅简化加工生产及制造流程，最终达到量产首件即成功，可有效减少废料及能源成本，提升产能。。

（2） 高频数据边缘运算，深度利用ACM制造过程数据执行Deep learning，协助使用者提高产量和能源使用效率；

（3） 低频数据云端整合，透过低频捞取感测器资讯，再主动连结供应商，强化连结供应链体系服务。

西门子进一步指出，AMW系基於目前产业面临的挑战，包括：工件品质问题未知、执行过程中更改G-code、控制器??补叁数的影响难以可视化；以及真实切削时遭遇的摩擦、结构老化等物理现象，该如何在稳定过程中找到优化潜力？目前生产过程品质与产能的优化流程，已不仅止於厂内机台应用，更多的是在前端工程师耗时整合，通过即时评估新设备的概念，快速对应新市场需求。

因此须经由协同工程作业，缩短开发时间，至少先经过数位产出，优化加工制程的速度和品质，从而利用NX於CAD/CAM软体编程、模拟为基础，降低商业风险时间；透过可视化分析G-code叁数优化路径并输出切削程式，以提高生产过程品质与产能，或将路径转换为3D表面渲染视觉直观反??，以初步了解可能的切削品质变化是否符合预期，并缩短设置时间，提升零件品质。甚至利用AMW改良现场，识别不稳定或不正确的刀具路径，藉可视化分析来避免有缺陷的程式。

当使用者首次输出NC加工程式时，即可透过CMVM＋Edge赋予的「可视化」能力进行生产模拟，显示分析CNC方向/刀具路径分配不均匀的具体变化；再经由AMW回??品质，在未正式生产前即不断优化切削工法和允差值。

接着使用机台数位分身软体，透过Edge自动撷取虚实两端资料，并搭配NCK控制器核心码的加减速等动态响应，加以平滑化、提高表面品质；经由同步工程强化产品发展，而更为精确纳入结构因素後，於电脑上模拟，防止实机运动干涉、碰撞。

其产品优势在於可使用PC离线排除故障，并以不同视图同步分析工件相关数据，例如.stl、NC程式与切削速度；进而快速辨识NC程式的错误、比较程式与实际NC路径，都经过整合数据分析与可视化应用，进而由数位分身预知工件加工缺陷，改善制程与成本。

且有别於过去须由CAD/CAM产生切削路径後，容易产生导沟路径的转折点，如今则可经过搜寻後排除，避免因此过切，缩短加工测试验证流程、有效验证程式品质；进而透过刀具路径平滑化，提升五轴加工的表面品质。

接着结合实机上的SINUMERIK控制器的强大高速高精运动性能，以及SINUKERIK Advanced Surface或Top Surface切削控制技术实现切削优化。藉此使用数位化软体的优化成果，业者即可以不必再反覆调机、改叁数，确保从第一次加工开始，就获得正确的工件，减少废料及成本。

实际生产时，则以智能软体（ACM Suite＋Tool Monitoring）自适应切削及监控技术优化制程，具有类似Machine Learning／Deep Learning人工智慧功能，学习制程切削特徵，挖掘优化的潜力，辅助运动控制并提升加工速度，或保护机台与刀具而延长使用寿命，提升效率及能源使用率。

透过AC Suite（Adaptive Control Suite）的动态即时优化进给功能，将可在客户首次加工时，即采用CNC控制器学习模式自主完成；并在过程中搜集所有切削力（N-m）、负载等资讯，以便後续加工量产时优化进给，改进加工工艺，提高能源效率。使之於加工期间时时记录负载与程式关系，即时监控当前切削情况与切削力变化，并自动将进给速度调整到最隹，即利用固定扭力而产生不同的切削速度改善加工制程，而不必使用者费心操作，估计将能提升约10~20%效率，缩短加工时间。

将可实现短时间内最高负载、最短切削时间，降低机器能耗之外，再透过影像专家在机器前进行适应性调变，在节能方面还有助於延长刀具寿命，时时监测主轴感测器，以即时real time在损及刀具前停机，藉此减少每部机器加工每个加工件的基本负载功耗。倘若检测到切削力过载时，ACM就会降低进给率，并触发警报以停机；或侦测到刀具破裂，以防止後续损害，延长刀具寿命及线上保护机台。数位产出即可优化加工时间，利用现有场地设备将生产率稳定提高5%~40%。

最终以数位服务为基础，产生新商业模式。实现数位企业在数据驱动型产业中，持续改进产品和生产。目前产业面临的另一项挑战是如何大幅增加工具机竞争力，但投入及磨合新设备与零件，需要相当长时间，以达到预期产出。

如今，透过SINUMERIK ONE控制器与CMVM数位产出，可将新设备启动时间从12周缩减到3周，新零件上线的首次正确运行率可达到99%。因此，得以在工程开发阶段即导入弹性应用，达到缩短开发流程，有别於传统连续性开发流程。透过数位分身进行敏捷开发，以提升工程平行开发与验证作业。

图3 : 透过SINUMERIK ONE控制器与CMVM数位产出，得以在工程开发阶段即导入弹性应用，透过数位分身进行敏捷开发，以提升工程平行开发与验证作业。（摄影：陈念舜）

对於机械厂则能缩短50%工程开发时间，利用机械厂数位分身的虚拟3D模型，衔接使用者的数位分身，即可取得首次正确加工结果，提升其专业形象。产业挑战在於如何提升既有设备的产能以长保竞争力，当安装新软体後，设备将保持原样，且与新设备对比的差距正在稳步增加，必须通过合理且可衡量的投资回报率提高加工输出。

目前在台湾导入CMVM（Create MyVirtual Machine）虚拟工具机分身技术的厂商，也已超过10家，藉此缩短机台开发时程，让所有部门同步起跑。一旦於此软体工具环境内发现错误，也可即时修正而提升开发效率，并减少不必要的成本。

另一项数位分身软体功能为Run MyVirtual Machine，以藉此协助客户在PC上处理CNC训练和程式设计，让各家工具机厂商的应用部门不必再耗时厘清从CAD/CAM产出程式路径到post後处理加工的品质符合预期，或等到实机验证时才找出问题的准备工作，避免在加工或产生程式过程中碰撞，进而提供更快更好的谘询服务，缩短加工时间并提高能源效率。现在还能透过Mcenter为机器数据和状态创造了最大透明度，与系统整合软体针对单一产线到单机提高OEE数据奠定了最隹基础，减少停机时间与提高生产中的能源效率。

海德汉TNC7控制器 提升效能以兼顾永续需求

另一家德商海德汉公司（HEIDENHAIN）的核心价值，则在於如何更好、更合理地利用资源，促使工具机具备更有经济效益的解决方案来追求极致效能，在提升产能、制程可靠度和资源利用率同时，降低永续性与系统的总持有成本（TCO）和碳足迹。并透过该公司推出的编码器、光学尺、探针、刀具破损检测器可为机台性能最隹化与真实世界接轨，开拓了更多可能。

即使过去因台湾工具机产业销往中国大陆市场产品，大多以入门或小型标准机种为主，近年来饱受地缘政治波及和当地生产设备性能提升影响。但海德汉则锁定高阶机种应用，所受到影响的幅度较小，在今年三月举行的TIMTOS也可见海德汉高层亲自来访台湾多家工具机客户，就双边未来合作进行交流，并持续投入研发高阶机种，关注该公司产品的数位化功能於工具机产业的最新应用。

例如现今针对航太零件的加工需要大量移除材料，并以产出零件所需的时间计算加工费用，如何提高效率便是对於加工业者极重要的课题，海德汉的Optimize Contour Milling功能即可针对此类加工需求；半导体零件加工则强调高精度优势，利用海德汉五轴控制器搭配光学尺的解决方案，即可协助业者达成此项需求。

图4 : 2023年三月TIMTOS也可见海德汉公司高层亲自来访台湾多家工具机客户，关注新世代CNC控制器TNC7等产品的数位化功能於工具机产业的最新应用。（摄影：陈念舜）

适於近期推出新世代CNC控制器TNC7，为工具机使用者与制造厂商，带来更多元完整的编程循环操作、智慧量测功能，以及图形化6D工件与夹治具辅助设置等组装机台的全新方式，无论是在编程、机台设定或者工件量测的当下，皆可提供最大限度的弹性。

经过符合操作直觉化、任务导向化趋势与自定义介面设计显示内容，重新打造与使用者之间的互动性，促使生产现场制程更为轻松、快速且可靠的新功能，以达到最大产出目标，包括永进、协鸿等大厂也推出配置新一代TNC7的五轴工具机。

使用者可藉此从简单易上手的机台工作设定流程开始，执行可靠的铣削加工过程，直到工件去毛边为止的超高效率。只须透过TNC7量测功能，即可在量测过程中移动旋转轴，逐步校准并快速完成量测各种复杂形状、毛??或预先加工过的工件；同时结合6D图形化工件功能，快速辅助设置任何复杂不规则夹治具、工件，让加工者不再需要记得每个工序必须对应执行的量测功能，开启了新应用方式的可能性。

对於使用新一代进阶摆线切削功能（OCM）的加工者而言，就可以藉此储存多组不同循环与刀具的组合叁数，执行内建精加工与去毛边的循环，或在进行凸岛与凹槽加工时自动规划最隹切销策略，让用户可以更有效率、可靠的切削叁数加工，以实现更高产量与更少刀具磨耗的条件下，铣削加工更多样工件。

海德汉还提供了具有最隹化光学元件的新一代LC光学尺与RCN角度编码器，拥有高画质的最隹化感测元件新设计，使之减低了对压缩空气供给正压的需求，即使在有液体污染或雾气的场合中，编码器/光学尺仍能良好运行应用；并通过省略密封空气滤净系统，降低了机台最多达99%二氧化碳足迹与系统成本，享有全闭??路位置量测带来的好处。

并经由在海德汉编程站上的模拟数位模型，又称为数位分身（Digital twin），可提供与生产现场实机相同的运动模型定义、叁数及功能。让使用者得以在办公室进行设计、编程与模拟作业，省下须用实机设计、模拟与程式侦错的时间，并提升制程可靠度与生产效率。已在TIMTOS 2023期间搭配工具机合作夥伴，展示增加制程可靠度（Process reliability）的相关新功能，避免错误无效加工所产生的废料，增加不必要的碳排放，进而达到增效减碳的目标，获得客户的高度肯定与关注。

目前海德汉数位工厂还为整个生产制造链环境提供打造360度零死角，且完整数位化的单一来源解决方案与服务。用来搜集CNC机台实际运行的数据，以及NC程式、PLC讯号运行及刀具资讯分析进行数位化呈现，以即时监控管理生产状态的StateMonitor软体，发掘机台所有潜能，产生实际需求刀具的清单，且可支援FANUC控制系统的FOCAS通讯格式。

且在网路串连监控不同建筑、生产地点机器的基础上，由PlantMonitor跨场域监控软体分析来自多组StateMonitor的生产数据，为TNC7制程监控透明化，提供额外的制程可靠度保障，让使用者应对变更及制程最隹化的能力更完善，用户弹性地应对突发性生产计划变更，以及轻松计算加工时间和成本。

进而推出两款新软体工具：JobManager可用於派工管理规划，用来有效预估投产时间、零件制造与运输时间、交期，进而掌握及提升机台利用率。透过PartCalculator轻松管理制造时间和预估加工成本，使用者仅须输入材料与生产数量，即使在分析阶段也能报价。