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台制控制器深耕产业专用领域
整合多轴多通道硬软体加值
[作者 陳念舜]   2023年07月25日 星期二 浏览人次: [3073]

回顾2023年初因疫情初步解封,造就供应链瓶颈之际,台湾工具机产业固然也难免遭遇CNC数控系统中的控制器、驱动器晶片,乃至於伺服马达等关键零组件缺料等困境。惟若从台制控制器厂商的视角来看,此或也是能藉掌握应用趋势,突破欧日品牌垅断的契机。


近几年来台湾工具机产业连续面对智慧自动化、工业物联网(IIoT)、工业4.0等智慧制造浪潮来袭才刚站稳脚步,紧接着又迎来美中、俄乌等地缘政治冲突与疫情,造成全球供应链重组而发生缺料及缺工等危机,其中CNC数控系统更是素来拥有「机械工业之母」称誉的工具机大脑,但在台湾则长期受日、德大厂掌控,甚至被讥为「无头产业」,更不利於自主掌握核心数据应用,以提升工具机的附加价值。


所幸在经济部技术处持续推动投入关键零组件自主化的努力下,近年来台制CNC控制器也逐渐获得工具机产业的认同扩大采用,全球市占率大幅提升至10%~15%,强化了台湾工具机产业在供应链重组时代的韧性。更是未来支援上下游产业开创低碳节能与智慧制造等多元应用价值不可或缺的关键角色,进而持续研发高阶多轴机种所需专用软硬体等模组和解决方案,打造更完整的供应链体系。


如依工研院剖析台湾工具机产业发展历程,约可分为3层次:首先是硬体性能及精度持续改善、其次为导入五轴及车铣复合等高阶多轴机种深耕验证、最後则是提供完整智能工厂解决方案。进而纳入大量自动化、数位化模组、AI大数据以及即时线上量测的整合应用等,才能应对当前日趋竞争的市场需求,已从单纯的工件加工,走向提供完整的制程工程方案。业者还须将上述各项技术单元串连整合,让客户愿意付费买单,如何掌握於产业趋势的实用性,并为客户转型加值,已成为工具机及CNC数控系统等关键零组件厂商的一大挑战!



图1 : 台湾工具机产业发展历程至今,已须提供完整智能工厂解决方案,让客户愿意付费买单,已成为工具机及CNC数控系统等关键零组件厂商的一大挑战!(source:台达)
图1 : 台湾工具机产业发展历程至今,已须提供完整智能工厂解决方案,让客户愿意付费买单,已成为工具机及CNC数控系统等关键零组件厂商的一大挑战!(source:台达)

新代与联达兄弟同心 供应智造单元模组化方案

新代集团也基於近年来产业环境变动迅速,包括5G、IIoT、机器人及人工智慧(AI)、云端、雷射加工等智慧元素影响,已经深刻地改变了智慧制造的面貌,而在2018年成立了子公司联达智能与合作夥伴正铂雷射,采取与以往不同的营运模式。并对照智慧制造的3大层面,分别支援:(1)单机智慧化,提供新代CNC数控系统和视觉感测器,使机器运行更为精准、智慧,甚至可连网上云;(2)单元智慧,以联达机器人连结周边工站、料仓来取代人力;(3)整线智慧化,利用SymFactory管理所有设备,并提供上法庭准备程序。


新代科技公司总经理蔡尤铿表示,该公司在国际供应链瓶颈时期,也无可??避市场萎缩与削价竞争,此时唯有扩大原先在金属加工业使用的CNC数控系统本业的应用领域,希??能藉此弯道超车,进而增加营收,增添中小企业转型升级的能量,更容易说服客户。


且有别於过去新代主要为台湾工具机、机器人等OEM设备制造厂商提供控制器解决方案,联达更专注於制造业聆听终端客户的需求,进而整合了旗下机器人智慧单元和智慧工厂等周边生态系厂商资源,扩充自动化解决方案完整性,经过兄弟公司齐心协力,为设备业和制造业打造一站购足服务,贯彻成为客户「最值得信任的智慧制造夥伴」理念!


为了支援产品跨域加值应用,新代从过去主要聚焦於增加感测器达到预防检知、叁数调整单机智慧化,直到结合机器人单元自动化;近年来再透过整合设备、资讯流及数据串接,建构更弹性、更灵活的智慧生产数位方案,适用於少量多样、混线生产的生产模式。


联达则属於系统整合平台,可与不同系统整合商夥伴合作,并利用开放式通讯协定的特色,擅长将客户想要的SaaS软体打包导入地端工厂,符合许多制造业客户不愿联网上云,恐不利资安的生态;同时可形成机器人智慧单元,逐步取代工厂人力,在金属加工业应用不仅止於单臂上下料,还可囊括品检、故障排除等,直到与生管系统连结的完整解决方案。


另因应当今新能源、电动车、航太、智慧制造等新兴高阶市场蓬勃发展,带动工具机、金属加工业纷纷朝向更高附加价值的产品与服务迈进,新代也叁与其中,相信在市场变动快速挑战同时也充满机会,并乐观看待工具机产业能助力电动车、航太等精密金属加工市场发展。


包括以其强化控制器本质,打造更高速高精的智慧CNC控制器为核心,导入高阶、复合型工具机应用,打造车铣/铣车复合等机台控制器,透过单一设备完成复杂工序,确保生产的精度与品质;进而加入智慧化应用,搭载了各式感测器、工业物联网功能而减少异常损失,优化设备加工效果及可控状态,打造更智慧、开放和弹性应用,带给机台更多附加价值。


目前新代已有客户搭配的CNC工具机已成功切入中国大陆新能源车产业,并在2022年见到成效之後,锁定未来5~10年抢先布局智慧制造,将面向市场趋势而开发可满足中高阶、车铣与铣车复合机种与智慧联网等方案,打造更智慧、更开放以及更弹性的应用。


同时推出专为金属加工厂打造的模组化方案「联达生产云SynFactroy」,让业者导入智慧制造就像堆积木一样简单,可针对不同工厂生产类型与数位化程度,分别透过Robot Cell、机台联网整合周边系统循序渐进导入单元智慧化元素或搜集数据可视化,为每座工厂量身打造多元化智慧工厂解决方案。


让机台快速联网、上传资料,整合关键生产数据产出的车间管理看板,透过各功能模组提供不同对象所需Raw Data;并搭配正铂雷射智能打标机,产出生产履历,针对产品追踪管控。目前也锁定手工具、扣件、水五金、自行车及汽机车零配件等重点产业耕耘,协助升级智慧制造,皆各有代表性客户的成功案例。



图2 : 新代集团也基於近年来产业环境变动迅速,而在2018年成立了子公司联达智能与合作夥伴正铂雷射,采取与以往不同的营运模式。(摄影:陈念舜)
图2 : 新代集团也基於近年来产业环境变动迅速,而在2018年成立了子公司联达智能与合作夥伴正铂雷射,采取与以往不同的营运模式。(摄影:陈念舜)

如曾服务的某跨国手工具大厂,即因为厂内产品种类多元,从扳手到螺丝起子组合等品项多达上千种。但就在全球订单蜂拥而至的背後,也凸显厂内生产制造长久以来的嫜疾。除了面临生产排程与制造现场进度落差之外,也饱受成品品质不稳定、设备资讯不透明,难以即时排解状况等棘手问题困扰。


联达则可扮演金属加工业设备管理专家的角色,先透过设备联网、透明即时图像看板及系统应用功能,搭建产线与办公室之间资讯流桥梁,畅通双方的沟通管道,以串起接单到生产的关键第一步。接着利用工单系统提高工单即时性,以因应突发需求与减少人为操作疏失;导入品质管理系统,以完整记录生产履历并维护品质;再经由工艺管理系统,让老师父的工艺得以数位化、标准化,并将经验完整保留。使得管理单位可快速掌握产线机台与生产资讯,真正落实了从看得到、管得了到做更好,「可视可控如期如质」的智慧制造目标。


此外,面对全球在供应链追求低碳转型甚至到净零碳排,新代在硬体成本、物料控管、能源浪费等方向上也都做足了低碳转型的功夫。包括在客户导入联达自动化产线之後,只须一条网路线与中控系统相连,硬体之间不须配线交握,就可以有效节省硬体成本;且相对於传统人力上下料流程,自动化导入省去了图纸、报工等纸本作业,也减少人为上下料可能的失误而造成的材料浪费;且自动化产线因此不必外移,将大幅减少供应链距离的运输成本对於环境的冲击。


目前联达的解决方案也搭配了智慧工单系统,可依据当前设备运行状态调整工单顺序,降低不必要的待机时间产生的能源浪费;最後藉由将能源可视化及在中控室捞取各设备耗能资讯,去监控一整天的加工效率,进而调整加工策略、生产排程决策,监控能耗、提升效率,将有效达到能源控管的目标。


今年将在台北国际自动化展再度扮演「金属加工业的设备管理专家」,展出3大主题包含:工厂自动化、智慧化、雷射加工等完整解决方案。其中於「机床取放ROBOT CELL-模组化弹性自动单元中控平台」将锁定工具机在金属加工厂中的取放工件、物料应用,整合了机器人、台车、比对式量测站、生产履历及云端串接功能,以Robot Cell中控平台为核心,对上能将资料上云,对下可整合控制多个设备。


有效解决了传统多站点工序制程又多变化的工具机取放产线情境,普遍都只能列为高度客制化的专案,投入开发成本超过百万新台币且耗时1年以上,同时以其产品协助客户使用设备更节能、减少碳足迹。联达推出的ROBOT CELL方案,则能有效解决过往痛点,针对不同情境提供客制平台并取得设备资讯,可用来控制跨品牌多台设备的软体平台,有效降低系统整合门槛,协助中小型制造企业跨过工业4.0的门槛,克服近年来招工难、用工贵、培训长等依赖人力的危机。


台达NC5系列控制器升级 整合硬软体及工艺

台达近年来也针对工具机产业进阶高精高速、五轴加工与一机多工应用需求成长,推出硬体架构及运算能力皆较前代机种升级的NC5系列新款高性能泛用型CNC控制器,强调可为用户实现高精高速、高光洁表面加工品质目标。


除了可藉单机自主整合多轴加工机与垂直多关节机械人控制器之外,并利用其中旋转刀具尖点控制(Rotation Tool Center Point;RTCP)、多轴/多通道等功能,搭载於CNC车/铣/钻/磨床、木工开料、铝型材加工等专用机台设备,执行真五轴加工。例如达奈美克生产的五轴机,即可导入OPEN CNC控制器NC50E及RTCP功能,快速精准完成复杂加工。


依照不同产业需求而整合控制器、软体功能和工艺,协助终端加工业者(End user)提高机台价值和竞争力。包含新增内建工具机专用3D CAD/CAM软体,以完整支援标准车/铣削控制器指令;且拥有自动辨识特徵图像、一键生成G-code程式码、加工耗能运算等功能,满足加工路径预览及最隹化、自动刀具匹配、干涉模拟与工艺整合等需求。


藉此简化繁复操作而加速用户导入、降低人员培训资源。如胜杰的车铣复合机、?程的平面磨床,便皆采用NC-MOT系列控制器,支援图形化对话式编程,让使用者毋须编辑G-code就能轻松操作机台、管理加工法。



图3 : 台达依照不同产业需求而整合控制器、软体功能和工艺,协助终端加工业者(End user)提高机台价值和竞争力。(摄影:陈念舜)
图3 : 台达依照不同产业需求而整合控制器、软体功能和工艺,协助终端加工业者(End user)提高机台价值和竞争力。(摄影:陈念舜)

另针对有同时雕铣多个工件需求的加工业者,台达也提供了多主轴加工解决方案,可独立校正各Z轴刀尖位置、自动补偿刀具磨损,进行高精快速加工;同时整合高阶型多轴交流伺服系统ASDA-W3系列,提供直流母线可有效利用能量回升,落实节能减碳低排放。


此外,因应融入工业4.0智慧工厂生态,台达现也提出了全新智慧CNC数控系统架构,透过CNC控制器为核心,串联台达丰富产品。且基於NC5系列控制器具备优异的扩充弹性,已内建Ethernet/RS485双介面来支援多样化通讯协议,进行多工位同步加工;同时提供API函式库以兼顾内/外网应用,而能整合或对接智能产线平台。


伴随硬体规格与效能大幅升级,NC5系列支援开放式EtherCAT泛用运动总线,相容性高且线缆长度长达1,000m,可高速稳定地整合台达交流伺服驱动系统ASDA-A3 / ASDA-B3系列与I/O模组R2-EC / R1-EC,组成完整加工方案。


台达也推荐客户在多通道智能工具机解决方案中,引进控制响应、预览和运算能力全面升级的OPEN CNC控制器NC50E,并透过EtherCAT通讯总线串联ASDA-A3/ASDA-B3系列交流伺服系统,实现同时控制车床、钻孔/攻牙、雕铣与机器人四工位操作的「一机多工」自主整合能力,满足於智慧制造趋势下的进阶应用与需求。


进而支援CNC机联网,串联制造执行系统(MES)、可视化管理平台等,帮助业者优化管理效率,藉以缩短制程、增进产能和良率,并兼顾环境永续,勾勒出新时代智能加工样貌,台达也在NC5系列控制器的能源管理项目下,内建加工耗能运算并提供工件碳足迹报表,以协助产业节能减碳,放眼ESG未来。



图4 : 因应融入工业4.0智慧工厂生态,台达提出全新智慧CNC数控系统架构,基於NC5系列控制器具备优异的扩充弹性,进行多工位同步加工。(摄影:陈念舜)
图4 : 因应融入工业4.0智慧工厂生态,台达提出全新智慧CNC数控系统架构,基於NC5系列控制器具备优异的扩充弹性,进行多工位同步加工。(摄影:陈念舜)

结语

近年来受到国际地缘政治冲突影响,造成原物料价格大涨、晶片短缺及制造业缺工,并导致国外CNC数控系统的控制器、驱动器、伺服马达、感测器等元件供货短缺。供应商除了要求涨价外,在交期与下单数量上也订下苛刻条件,有时甚至须长达8个月以上才取得货源。让台湾工具机业者取得控制器相对不易,造成接单後无机可出;或因无法满足客户下单後,平均要求在6个月内交机的限制而陆续丢单。


反观台制控制器则具备成本优势、能在2个月内快速交货,或搭配不同需求的驱动器和伺服马达等调整弹性隹。若能如前述品牌大厂,在这波供应链重组及转型低碳智慧制造趋势下化危机为转机,势将提高台湾高阶多轴工具机制造厂商、终端加工业者选购意愿。


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