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欧日CNC数控系统 竞相跟进AIoT潮流
[作者 陳念舜]   2019年04月26日 星期五 浏览人次: [3321]

文/



图1 : 当今工业4.0、IoT已成为国际制造业主流,欧、日系CNC控制器掌握马达、量测等系统整合优势,甚至已逐渐导入5G、AI等先进科技应用,对於有意投入相关产业发展者,不能不特别留意最新发展。(source:http://cdn.simplebotics.com/wp-content/uploads/2015/08/fanuc-preferred-networks.jpg)
图1 : 当今工业4.0、IoT已成为国际制造业主流,欧、日系CNC控制器掌握马达、量测等系统整合优势,甚至已逐渐导入5G、AI等先进科技应用,对於有意投入相关产业发展者,不能不特别留意最新发展。(source:http://cdn.simplebotics.com/wp-content/uploads/2015/08/fanuc-preferred-networks.jpg)

尤其因应近年来於世界各地爆发的贸易战端不断,各国吸引制造业回流、革命政策推陈出新,皆迫使业者必须分散布局海内/外第二生产基地,又要满足当地客户多元需求,而急速对应调整全球布局,即除了产能规模持续扩张之外,也要开始引进更富变化的弹性生产管理系统。


即使向来以保守封闭系统着称的日本CNC数控系统大厂FANUC公司,近年来也开始积极推广「无人工厂」概念,以预防操作人员可能因为私人情绪,导致操作失误或设备意外停机;且随着少子老龄化社会来临,若能藉此将老师傅技艺数位化,亦可避免最终只能靠经验传承揣摩,将更能够达成加工条件、工厂自动化Cell最隹化,以因应不同工件所造成的负荷。


加上目前AI人工智慧科技已成为国际展会各厂商强调的重点,机械设备若以既有生产和组装技术为基础,搭配智能化或机器学习功能,估计能提高加工效率10~30%;欧日系大厂则可利用於机台精度与可靠度的强大後盾,使得精度至少到达1μm~2μm。


并将之导入CNC控制器与马达进一步整合学习,得知最隹化数据为何?再经过AI+IoT技术调校、善用後,经数位化传承到下一部机台,而不必每次操作都需要重新调整。台湾FANUC公司经理黄俊民指出,目前该公司所提出的IoT解决方案可概分为两大系统:MT-Link i、FIELD(FANUC Intelligent Edge Link and Drive),彼此可互相连结。


还能藉此交换厂内众多底层装置资讯,包含FANUC自家产品的感测器、机器人、工具机和FA设备,以及对应OPC UA、MT Connect机器;即使针对旧设备,也能提供客制化专用转换器(Converter),搜集离线资讯;以及SDK开发套件,进行资料连结与控制最隹化。


FANUC提出IoT解决方案 满足企业不同阶段需求

两者主要则差异在於,MT-Link i属於专为对应稼动管理的PC套装软体,较适用中小规模企业。只要通过电脑和机械连结成为小规模网路系统,就能用来监控、搜集厂内不同机台及可视化生产线即时资讯,进行自主学习与控制进化,已获得许多客户选用。



图2 : FANUC以制造现场的未来发展为目标,期??以FIELD system开放平台为中心,提供End user、Apps开发商所需资讯,进而活用边缘端的AI+IoT技术,提供创新生态系统。(摄影/陈念舜)
图2 : FANUC以制造现场的未来发展为目标,期??以FIELD system开放平台为中心,提供End user、Apps开发商所需资讯,进而活用边缘端的AI+IoT技术,提供创新生态系统。(摄影/陈念舜)

共包含4大功能:


1. 连结:无论是否属於FANUC系统,均能通过Ethernet、OPC-UA、MT Connect等通讯协定,连结多家CNC工具机、机器人等设备厂商的所有数据资讯,并整合於单一系统;


2. 可视化:可用来监控全厂区、生产线设备及操作、异警等资讯;


3. 管理:为防止许多现场人员操作有误,主管或客户可藉此跨伺服器整合,监视异警、程式、变数等履历,进行叁数/补正/操作履历等差异性比较;


4. 预防:除了盼实现「零停机」工厂之外,还能经由系统定期自动备份,一旦故障後可还原操作状态。客制化邮件通知,则能在发现异状或须更换切削液时,即时提醒管理者或操作人员,以实现无人生产工厂。现也对客户开放底层资料库,可供自行设定衍生应用。


至於FANUC与美国Cisco Systems、Rockwell Automation、Preferrred Networks等科技公司合作开发的FIELD system,则属於开放式平台Open Platform,既拥有资料搜集、可视化&分析、智能化、控制等功能,可??成为推动生产现场最隹化的工业网路系统。并提供统一整合的数据平台显示即时资料,执行稼动管理及预防保全工作;进而可选择合适的开发夥伴,导入各式各样自由开发的应用程式Apps,更适用於大型规模企业。


黄俊民进一步指出,目前FIELD system於FANUC解决方案的架构里,主要扮演边缘运算(Edge heavy)的角色,又依照客户组成的Edge机台数,分为两款规格:FANUC公司所属FIELD Base Pr可连结30部机台、CISCO公司的UCS Servo可连结150部机台。


且都能配合企业於不同阶段规模大小,弹性布署使用。既藉此搜集现场机器人、CNC工具机控制器或其他感测器、仪器等运行资料分析,以提高使用者工作效能和品质;一旦机器故障时,还可用来迅速确认故障原因,将停机时间降至最短。


@段标:打造边缘开放平台 创新应用商业模式


此外,由於边缘运算设备须承受很大机械资料量,常导致扩充高速传输线路频宽及储存容量的成本增加。FIELD system则已内建控制功能,可负担即时性高速处理、自律分散而削减通信成本。又不必担心上传云端恐增加通信延迟时间,不便控制机台,还会有被切断稼动停止和安全上的顾虑,所以建议User Data的贵重资料应优先於现场设备处理,而非在云端运算,以免遭到盗用、侵权。


还能可针对底层终端设备,开放标准Interface、API控制;并经过横向整合上层MES/ERP/SCM系统发展,以突破各家独立开发厂商隔阂,促成资讯统一交流。避免遭遇过去若上游缺料、中游供应厂商库存不足时,恐导致下游制造厂不知可否接单,甚至延迟出货。


黄俊民表示,如今使用者只要经过登录FIELD system Partner,取得SDK之後,即可自由开发Apps、Converter,再置入伺服器经过FANUC验证,而非易受盗版的USB装置。让自家系统使用更方便之外,还能自订价格对外销售,以鼓励更多开发商加入。一旦Apps出问题,使用者也可透过FANUC,主动联络开发商从远端解决。


自2017年起,FANUC也陆续为FIELD system内建了几套Apps软体:IPMA、iZDT,可用於分析、改善、预防、控制。未来还会开发「加工时间预测」功能,一旦客户提出工件,便能准确预测工时并报价;以及「个人认证、履历」功能,若非指定人员ID便无法操作机台,提升现场安全性。


直到2018年进入智能化阶段,FANUC也导入Preferred Networks公司的深度学习、机械学习等多项技术,并规划AI的特徵须能对应市场需求作为生产材,而可实际用於改善、解决现场困难,又可分为机械单体(Standalone)、FIELD system两种不同版本。前者能分别以标准/选配功能实装於机械,强调即时性高,无网路也可稼动、少量硬体资源即可运行;後者则除了可下载应用软体之外,且更活用网路,共享多样资料、分散处理,大为缩短学习时间,以快速达成最隹化。


兼具两种版本的「主轴马达故障预知」功能虽正开发中,已可经由检测主轴加速/惰走时振动、电流,或运转时音响、轴受温度等信号特徵,再利用AI学习正常波形,及早发现异常状态。还有可透过AI机器学习来支援热变位补正,并将量测工具和CNC的补正功能套装化。


以及单机版本的「前??控制FF叁数的自动最隹化」功能,系为避免以往由人力调整会有一定难度,或只有固定或多组叁数。而能活用AI来学习现有机台加工不同工件时的负荷,并调整出最隹化叁数。另一项单机版热变位补正功能为因应每家工厂的温度条件不同,每度温升即可能产生不同变化量,但目前透过温度检测器预测的方法,却难以对应室温或急剧冷却的环境变化,导致使用者信赖度极低,新功能则可在铸件本体设置温度检测器,并利用机械学习来决定热变位量计算式。


黄俊民表示,FANUC以制造现场的未来发展为目标,期??以公正的开放平台FIELD system为中心,能不限系统、设备连结,同时提供End user、Apps开发商所需资讯、数据;进而活用边缘端的AI+IoT技术实现新功能,以减少人为开发,提供制造业创新生态系统。


博世力士乐整合量测控制系统 首度发表「未来工厂」概念


图3 : 博世力士乐在今年TIMTOS搭配现场滚齿机展示的全能型MTX micro CNC控制器,具备多轴双通道控制功能,适用於中小型工具机的解决方案。(摄影/陈念舜)
图3 : 博世力士乐在今年TIMTOS搭配现场滚齿机展示的全能型MTX micro CNC控制器,具备多轴双通道控制功能,适用於中小型工具机的解决方案。(摄影/陈念舜)

另一家全球传动与控制科技的领导者台湾博世力士乐公司(Bosch Rexroth),也在今年台北国际工具机展(TIMTOS)发表诸多工业4.0相关应用科技,包含结合中小型工具机解决方案MTX micro CNC控制器,搭配2018年才在汉诺威工业展亮相的3D全像整合量测系统IMS与全系列线性传动系统产品,同时首度在台湾提出「未来工厂」 突破性的业务理念。


台湾博世力士乐总经理何钜??表示,「博世力士乐既为数位化未来的所有自动化技术做好准备,包含旗下传动及控制领域专家,也利用最新感测器和评估程式,打造数位环境中的线性传动技术。」进而基於博世集团全球100多个工业4.0专案,博世力士乐意识到传统制造模式的固定价值流,在面对未来跨界生产的市场需求时有其局限性,而针对未来跨产业生产的市场需求,提出「未来工厂」的创新设计概念,以智慧空间、移动设备和和虚拟产品3大核心元素,将可协助制造商进一步提升竞争力。


其中虚拟产品系基於未来订单都将数位虚拟化所提供的解决方案,使得设计与真正加工後的产品一致。博世力士乐也为许多自动化系统元件创建了行为模组,诸如:虚拟CNC控制器、软体操作面板及3D全像整合量测系统IMS等,都可依据客户的需求调整,以有效实现数位价值流,并融入互联的自动化技术。


且为了满足客户不同需求,呈现透过工业4.0可有效提升产品品质、控制生产成本及缩短交货周期等优势,也同时展出更多广泛应用的实体产品。台湾博世力士乐工厂自动化协理陈俊隆表示,面临未来工厂自动化时代来临,客户可能要求遍布世界各地的工厂必须兼顾大规模产能和小批量需求的弹性生产线,导致制造技术发生巨大改变,还要能缩短切换和投资报酬率回收的时间。


该公司则坚持专注从制造出发,引进分散式架构下的各式各样智能设备、机台,而非仰赖单一PC运算资源。如今年TIMTOS搭配现场滚齿机展示的全能型MTX micro CNC控制器即属紧凑型数控系统,具备多轴双通道控制功能,兼具快速差补反应、灵活耦合特性,得以提供多元且可高度客制化的NC功能;并具备开放的PLC友善操作界面及简约外观,支援多种高精度加工方式且易安装,适用於中小型工具机的解决方案。



图4 : 利用3D全像技术,以视觉化方式将整合量测系统IMS复杂的相互关系描绘出来,并以360度立体图像方式呈现。(摄影/陈念舜)
图4 : 利用3D全像技术,以视觉化方式将整合量测系统IMS复杂的相互关系描绘出来,并以360度立体图像方式呈现。(摄影/陈念舜)

同时展出欧系CNC数控系统不可或缺的,整合量测系统IMS,除了利用该公司将滑轨导向系统与绝对测量系统整合一体的非接触式设计,避免遭受磨损、达到IP67防水防尘等级,缩短故障停机时间;且利用光学尺与线轨滑块整合的独特设计,方便更换也节省安装空间。进而透过不下於高精度光学尺的重覆精度可达到0.25mm、位置解析度0.025mm,得以确保工件具有优良品质。


博世力士乐也在今年TIMTOS利用3D全像技术,以视觉化方式将复杂的相互关系描绘出来,并以360度立体图像方式呈现。期待透过眼睛所见与内心理解之间的认知差异,让观众能於更短时间内了解产品特性。


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