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台製控制器深耕產業專用領域
整合多軸多通道硬軟體加值
[作者 陳念舜]   2023年07月25日 星期二 瀏覽人次: [3048]

回顧2023年初因疫情初步解封,造就供應鏈瓶頸之際,台灣工具機產業固然也難免遭遇CNC數控系統中的控制器、驅動器晶片,乃至於伺服馬達等關鍵零組件缺料等困境。惟若從台製控制器廠商的視角來看,此或也是能藉掌握應用趨勢,突破歐日品牌壟斷的契機。


近幾年來台灣工具機產業連續面對智慧自動化、工業物聯網(IIoT)、工業4.0等智慧製造浪潮來襲才剛站穩腳步,緊接著又迎來美中、俄烏等地緣政治衝突與疫情,造成全球供應鏈重組而發生缺料及缺工等危機,其中CNC數控系統更是素來擁有「機械工業之母」稱譽的工具機大腦,但在台灣則長期受日、德大廠掌控,甚至被譏為「無頭產業」,更不利於自主掌握核心數據應用,以提升工具機的附加價值。


所幸在經濟部技術處持續推動投入關鍵零組件自主化的努力下,近年來台製CNC控制器也逐漸獲得工具機產業的認同擴大採用,全球市占率大幅提升至10%~15%,強化了台灣工具機產業在供應鏈重組時代的韌性。更是未來支援上下游產業開創低碳節能與智慧製造等多元應用價值不可或缺的關鍵角色,進而持續研發高階多軸機種所需專用軟硬體等模組和解決方案,打造更完整的供應鏈體系。


如依工研院剖析台灣工具機產業發展歷程,約可分為3層次:首先是硬體性能及精度持續改善、其次為導入五軸及車銑複合等高階多軸機種深耕驗證、最後則是提供完整智能工廠解決方案。進而納入大量自動化、數位化模組、AI大數據以及即時線上量測的整合應用等,才能應對當前日趨競爭的市場需求,已從單純的工件加工,走向提供完整的製程工程方案。業者還須將上述各項技術單元串連整合,讓客戶願意付費買單,如何掌握於產業趨勢的實用性,並為客戶轉型加值,已成為工具機及CNC數控系統等關鍵零組件廠商的一大挑戰!



圖1 : 台灣工具機產業發展歷程至今,已須提供完整智能工廠解決方案,讓客戶願意付費買單,已成為工具機及CNC數控系統等關鍵零組件廠商的一大挑戰!(source:台達)
圖1 : 台灣工具機產業發展歷程至今,已須提供完整智能工廠解決方案,讓客戶願意付費買單,已成為工具機及CNC數控系統等關鍵零組件廠商的一大挑戰!(source:台達)

新代與聯達兄弟同心 供應智造單元模組化方案

新代集團也基於近年來產業環境變動迅速,包括5G、IIoT、機器人及人工智慧(AI)、雲端、雷射加工等智慧元素影響,已經深刻地改變了智慧製造的面貌,而在2018年成立了子公司聯達智能與合作夥伴正鉑雷射,採取與以往不同的營運模式。並對照智慧製造的3大層面,分別支援:(1)單機智慧化,提供新代CNC數控系統和視覺感測器,使機器運行更為精準、智慧,甚至可連網上雲;(2)單元智慧,以聯達機器人連結周邊工站、料倉來取代人力;(3)整線智慧化,利用SymFactory管理所有設備,並提供上法庭準備程序。


新代科技公司總經理蔡尤鏗表示,該公司在國際供應鏈瓶頸時期,也無可迴避市場萎縮與削價競爭,此時唯有擴大原先在金屬加工業使用的CNC數控系統本業的應用領域,希望能藉此彎道超車,進而增加營收,增添中小企業轉型升級的能量,更容易說服客戶。


且有別於過去新代主要為台灣工具機、機器人等OEM設備製造廠商提供控制器解決方案,聯達更專注於製造業聆聽終端客戶的需求,進而整合了旗下機器人智慧單元和智慧工廠等周邊生態系廠商資源,擴充自動化解決方案完整性,經過兄弟公司齊心協力,為設備業和製造業打造一站購足服務,貫徹成為客戶「最值得信任的智慧製造夥伴」理念!


為了支援產品跨域加值應用,新代從過去主要聚焦於增加感測器達到預防檢知、參數調整單機智慧化,直到結合機器人單元自動化;近年來再透過整合設備、資訊流及數據串接,建構更彈性、更靈活的智慧生產數位方案,適用於少量多樣、混線生產的生產模式。


聯達則屬於系統整合平台,可與不同系統整合商夥伴合作,並利用開放式通訊協定的特色,擅長將客戶想要的SaaS軟體打包導入地端工廠,符合許多製造業客戶不願聯網上雲,恐不利資安的生態;同時可形成機器人智慧單元,逐步取代工廠人力,在金屬加工業應用不僅止於單臂上下料,還可囊括品檢、故障排除等,直到與生管系統連結的完整解決方案。


另因應當今新能源、電動車、航太、智慧製造等新興高階市場蓬勃發展,帶動工具機、金屬加工業紛紛朝向更高附加價值的產品與服務邁進,新代也參與其中,相信在市場變動快速挑戰同時也充滿機會,並樂觀看待工具機產業能助力電動車、航太等精密金屬加工市場發展。


包括以其強化控制器本質,打造更高速高精的智慧CNC控制器為核心,導入高階、複合型工具機應用,打造車銑/銑車複合等機台控制器,透過單一設備完成複雜工序,確保生產的精度與品質;進而加入智慧化應用,搭載了各式感測器、工業物聯網功能而減少異常損失,優化設備加工效果及可控狀態,打造更智慧、開放和彈性應用,帶給機台更多附加價值。


目前新代已有客戶搭配的CNC工具機已成功切入中國大陸新能源車產業,並在2022年見到成效之後,鎖定未來5~10年搶先布局智慧製造,將面向市場趨勢而開發可滿足中高階、車銑與銑車複合機種與智慧聯網等方案,打造更智慧、更開放以及更彈性的應用。


同時推出專為金屬加工廠打造的模組化方案「聯達生產雲SynFactroy」,讓業者導入智慧製造就像堆積木一樣簡單,可針對不同工廠生產類型與數位化程度,分別透過Robot Cell、機台聯網整合周邊系統循序漸進導入單元智慧化元素或蒐集數據可視化,為每座工廠量身打造多元化智慧工廠解決方案。


讓機台快速聯網、上傳資料,整合關鍵生產數據產出的車間管理看板,透過各功能模組提供不同對象所需Raw Data;並搭配正鉑雷射智能打標機,產出生產履歷,針對產品追蹤管控。目前也鎖定手工具、扣件、水五金、自行車及汽機車零配件等重點產業耕耘,協助升級智慧製造,皆各有代表性客戶的成功案例。



圖2 : 新代集團也基於近年來產業環境變動迅速,而在2018年成立了子公司聯達智能與合作夥伴正鉑雷射,採取與以往不同的營運模式。(攝影:陳念舜)
圖2 : 新代集團也基於近年來產業環境變動迅速,而在2018年成立了子公司聯達智能與合作夥伴正鉑雷射,採取與以往不同的營運模式。(攝影:陳念舜)

如曾服務的某跨國手工具大廠,即因為廠內產品種類多元,從扳手到螺絲起子組合等品項多達上千種。但就在全球訂單蜂擁而至的背後,也凸顯廠內生產製造長久以來的痼疾。除了面臨生產排程與製造現場進度落差之外,也飽受成品品質不穩定、設備資訊不透明,難以即時排解狀況等棘手問題困擾。


聯達則可扮演金屬加工業設備管理專家的角色,先透過設備聯網、透明即時圖像看板及系統應用功能,搭建產線與辦公室之間資訊流橋梁,暢通雙方的溝通管道,以串起接單到生產的關鍵第一步。接著利用工單系統提高工單即時性,以因應突發需求與減少人為操作疏失;導入品質管理系統,以完整記錄生產履歷並維護品質;再經由工藝管理系統,讓老師父的工藝得以數位化、標準化,並將經驗完整保留。使得管理單位可快速掌握產線機台與生產資訊,真正落實了從看得到、管得了到做更好,「可視可控如期如質」的智慧製造目標。


此外,面對全球在供應鏈追求低碳轉型甚至到淨零碳排,新代在硬體成本、物料控管、能源浪費等方向上也都做足了低碳轉型的功夫。包括在客戶導入聯達自動化產線之後,只須一條網路線與中控系統相連,硬體之間不須配線交握,就可以有效節省硬體成本;且相對於傳統人力上下料流程,自動化導入省去了圖紙、報工等紙本作業,也減少人為上下料可能的失誤而造成的材料浪費;且自動化產線因此不必外移,將大幅減少供應鏈距離的運輸成本對於環境的衝擊。


目前聯達的解決方案也搭配了智慧工單系統,可依據當前設備運行狀態調整工單順序,降低不必要的待機時間產生的能源浪費;最後藉由將能源可視化及在中控室撈取各設備耗能資訊,去監控一整天的加工效率,進而調整加工策略、生產排程決策,監控能耗、提升效率,將有效達到能源控管的目標。


今年將在台北國際自動化展再度扮演「金屬加工業的設備管理專家」,展出3大主題包含:工廠自動化、智慧化、雷射加工等完整解決方案。其中於「機床取放ROBOT CELL-模組化彈性自動單元中控平台」將鎖定工具機在金屬加工廠中的取放工件、物料應用,整合了機器人、台車、比對式量測站、生產履歷及雲端串接功能,以Robot Cell中控平台為核心,對上能將資料上雲,對下可整合控制多個設備。


有效解決了傳統多站點工序製程又多變化的工具機取放產線情境,普遍都只能列為高度客製化的專案,投入開發成本超過百萬新台幣且耗時1年以上,同時以其產品協助客戶使用設備更節能、減少碳足跡。聯達推出的ROBOT CELL方案,則能有效解決過往痛點,針對不同情境提供客製平台並取得設備資訊,可用來控制跨品牌多台設備的軟體平台,有效降低系統整合門檻,協助中小型製造企業跨過工業4.0的門檻,克服近年來招工難、用工貴、培訓長等依賴人力的危機。


台達NC5系列控制器升級 整合硬軟體及工藝

台達近年來也針對工具機產業進階高精高速、五軸加工與一機多工應用需求成長,推出硬體架構及運算能力皆較前代機種升級的NC5系列新款高性能泛用型CNC控制器,強調可為用戶實現高精高速、高光潔表面加工品質目標。


除了可藉單機自主整合多軸加工機與垂直多關節機械人控制器之外,並利用其中旋轉刀具尖點控制(Rotation Tool Center Point;RTCP)、多軸/多通道等功能,搭載於CNC車/銑/鑽/磨床、木工開料、鋁型材加工等專用機台設備,執行真五軸加工。例如達奈美克生產的五軸機,即可導入OPEN CNC控制器NC50E及RTCP功能,快速精準完成複雜加工。


依照不同產業需求而整合控制器、軟體功能和工藝,協助終端加工業者(End user)提高機台價值和競爭力。包含新增內建工具機專用3D CAD/CAM軟體,以完整支援標準車/銑削控制器指令;且擁有自動辨識特徵圖像、一鍵生成G-code程式碼、加工耗能運算等功能,滿足加工路徑預覽及最佳化、自動刀具匹配、干涉模擬與工藝整合等需求。


藉此簡化繁複操作而加速用戶導入、降低人員培訓資源。如勝傑的車銑複合機、?程的平面磨床,便皆採用NC-MOT系列控制器,支援圖形化對話式編程,讓使用者毋須編輯G-code就能輕鬆操作機台、管理加工法。



圖3 : 台達依照不同產業需求而整合控制器、軟體功能和工藝,協助終端加工業者(End user)提高機台價值和競爭力。(攝影:陳念舜)
圖3 : 台達依照不同產業需求而整合控制器、軟體功能和工藝,協助終端加工業者(End user)提高機台價值和競爭力。(攝影:陳念舜)

另針對有同時雕銑多個工件需求的加工業者,台達也提供了多主軸加工解決方案,可獨立校正各Z軸刀尖位置、自動補償刀具磨損,進行高精快速加工;同時整合高階型多軸交流伺服系統ASDA-W3系列,提供直流母線可有效利用能量回升,落實節能減碳低排放。


此外,因應融入工業4.0智慧工廠生態,台達現也提出了全新智慧CNC數控系統架構,透過CNC控制器為核心,串聯台達豐富產品。且基於NC5系列控制器具備優異的擴充彈性,已內建Ethernet/RS485雙介面來支援多樣化通訊協議,進行多工位同步加工;同時提供API函式庫以兼顧內/外網應用,而能整合或對接智能產線平台。


伴隨硬體規格與效能大幅升級,NC5系列支援開放式EtherCAT泛用運動總線,相容性高且線纜長度長達1,000m,可高速穩定地整合台達交流伺服驅動系統ASDA-A3 / ASDA-B3系列與I/O模組R2-EC / R1-EC,組成完整加工方案。


台達也推薦客戶在多通道智能工具機解決方案中,引進控制響應、預覽和運算能力全面升級的OPEN CNC控制器NC50E,並透過EtherCAT通訊總線串聯ASDA-A3/ASDA-B3系列交流伺服系統,實現同時控制車床、鑽孔/攻牙、雕銑與機器人四工位操作的「一機多工」自主整合能力,滿足於智慧製造趨勢下的進階應用與需求。


進而支援CNC機聯網,串聯製造執行系統(MES)、可視化管理平台等,幫助業者優化管理效率,藉以縮短製程、增進產能和良率,並兼顧環境永續,勾勒出新時代智能加工樣貌,台達也在NC5系列控制器的能源管理項目下,內建加工耗能運算並提供工件碳足跡報表,以協助產業節能減碳,放眼ESG未來。



圖4 : 因應融入工業4.0智慧工廠生態,台達提出全新智慧CNC數控系統架構,基於NC5系列控制器具備優異的擴充彈性,進行多工位同步加工。(攝影:陳念舜)
圖4 : 因應融入工業4.0智慧工廠生態,台達提出全新智慧CNC數控系統架構,基於NC5系列控制器具備優異的擴充彈性,進行多工位同步加工。(攝影:陳念舜)

結語

近年來受到國際地緣政治衝突影響,造成原物料價格大漲、晶片短缺及製造業缺工,並導致國外CNC數控系統的控制器、驅動器、伺服馬達、感測器等元件供貨短缺。供應商除了要求漲價外,在交期與下單數量上也訂下苛刻條件,有時甚至須長達8個月以上才取得貨源。讓台灣工具機業者取得控制器相對不易,造成接單後無機可出;或因無法滿足客戶下單後,平均要求在6個月內交機的限制而陸續丟單。


反觀台製控制器則具備成本優勢、能在2個月內快速交貨,或搭配不同需求的驅動器和伺服馬達等調整彈性佳。若能如前述品牌大廠,在這波供應鏈重組及轉型低碳智慧製造趨勢下化危機為轉機,勢將提高台灣高階多軸工具機製造廠商、終端加工業者選購意願。


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