帳號:
密碼:
智動化 / 文章 /

CNC數控系統迎合永續應用
台製控制器延伸終端加值
[作者 陳念舜]   2024年04月29日 星期一 瀏覽人次: [1399]

因應現今全球製造業快速變動,與追求數位永續的國際產業環境,終端應用產品逐漸轉型為高價值或客製化加工需求,採行批量彈性生產製造。台製CNC數控系統廠商則工具機產業開始發展超過20年,擴及產業機械、工業機器人等領域,也期待從中找出生存契機。


雖然過去台灣機械產業透過完整的產業鏈、高性價比與彈性化生產能力,而在全球機械產品市場佔有一席之地。但到了如今面臨「全球化已死」,國際地緣政治衝突風起雲湧的年代,前有歐日系老牌大廠掌握關鍵CNC數控系統,壟斷高階機種市場,更透過工業4.0、日圓貶值優勢加劇競爭;後有中國大陸挾終端應用需求,舉國強化「新質生產力」急起直追,台廠勢必要加速轉型加值,才能保有一線生機。


然而,由於台灣機械業者多屬中小企業,研發與市場行銷能力有限;包含高階控制器、精密感測器等核心零組件仍仰賴進口,也是現今台灣機械產品提高國際市場競爭力與附加價值的重要障礙。除了近年來配合「智慧機械」產業政策,積極推行「智機產業化、產機智慧化」策略,台製控制器廠商也從CNC工具機產業之外,擴及一般產業整線/廠專用機應用。


於今年機械公會(TAMI)發表的新版《台灣機械產業發展白皮書》,也具體規劃業者應在2035年實現「產值倍增突破3兆、附加價值率達到35%以上、人均產值新台幣600萬元」的10年藍圖,其中利潤占比高達30%~40%的CNC數控系統更是核心關鍵議題!


機械產業白皮書指引 提高附加價值率刻不容緩

根據白皮書統計2013~2021年間,台灣機械業附加價值率(生產毛額/生產總額)約為24.0%~28.3%,其中生產毛額包含營業盈餘、受雇人員報酬,該如何持續提升兩者數值,則是可否提升附加產業價值率的關鍵。


機械公會也針對產業發展藍圖規劃,召開研發法人諮詢會議,邀請工研院、金屬中心、精機中心等技術發單位專家出席,就機械領域技術與產品研發項目規劃提出意見,並請各法人提出擬投入的機械領域技術、產品研發項目。


於調查問卷中提出3項能協助提升機械企業競爭力的關鍵技術、零組件與軟體,也獲得廠商認同有很高的發展必要性,包括:


1.有助於提升關鍵零組件,例如軸承、螺桿、線軌、齒輪等效能與品質的設計、製造、檢測技術、設備、軟體。


2.能提高機械產品價值的關鍵零組件,例如精密控制器、感測器、雷射元件等設計、製造、檢測技術、設備、軟體。


3.機械產品、零組件的可靠度評估,以及改善可靠度的相關技術、方法、設備、軟體。



圖一 : 關鍵技術、零組件與軟體發展需求(source:TAMI)
圖一 : 關鍵技術、零組件與軟體發展需求(source:TAMI)

產學研開發控制器 解決終端加工應用課題

長期推動台製控制器發展的精密機械研究發展中心(PMC)執行副總經理李健勳也指出,回顧台灣發展自製CNC控制器超過20年以來,由於台灣工具機產業以出口導向為主,內需市場規模不足,而遲遲無法在市占率有所突破,在泛用型標準機種已無法與歐日系品牌大廠競爭,破兆元產值就有30%落入外商口袋。


因此建議台製CNC控制器廠商可從End user角度出發,順應全球供應鏈重組、在地化趨勢,針對不同產業所需的專用加工機,協助強化差異化、客製化服務的特色,並發揮機械業在地聚落協同研發的優勢,持續整合創新智慧化功能硬體模組、軟體應用程式App,以及高效率加工方案。包括經濟部產發署與技術司,也會要求研究法人單位為此挹注資源,光是2025~2028年便已編列上億元預算補助,共同投入解決終端加工應用課題,逐步從泛用機往高階高值化機種發展。


台製控制器大廠集結 延伸AIoT調機和預診加值


圖二 : 台達機電事業群經理劉淵銘認為,台灣工具機產業勢必要加速投入智能生產,台達也積極與業界密切交流,並協助精進開發智能設備,分別導入不同應用領域。(攝影:陳念舜)
圖二 : 台達機電事業群經理劉淵銘認為,台灣工具機產業勢必要加速投入智能生產,台達也積極與業界密切交流,並協助精進開發智能設備,分別導入不同應用領域。(攝影:陳念舜)

台達機電事業群經理劉淵銘表示,由於近年來全球經濟景氣低迷,促使台灣工具機產業勢必要加速投入智能生產。台達也協助精進開發智能設備,並分別導入智能調機、預兆診斷、物聯網(IoT)、數位分身(Digital twins)、人工智慧(AI)等領域應用。


其中的「智能調機」,有別於過去工具機加工和調校參數都須先取得波形分析,再經過傅立葉轉換後,仰賴專家來調整完成最佳化參數。現在只要透過上位機台讓使用者方便設定、啟動cycle start,即可在機台運作時與底層設備緊密交握,採集必要數據和足夠算力。


隨之經由量測、伺服馬達、驅動器,自主學習與調機;再通過總線控制,確保金屬加工時,在伺服控制上的高頻取樣數據和補償表現,都能與控制器完美結合,而不須專家在現場監控波形出現mm的誤差再調整參數,只須透過控制位置、速度、電流操作,就能將加工紋路最佳化。


其次是「預兆診斷」,由於工具機通常扮演加工業者的印鈔機角色,3C產業要求24/7模式不間斷生產,更不允許意外停機,而需要藉此提醒客戶可能出問題的刀具、零組件。隨著採集資料越來越容易、CPU運算能力加強,再搭配自學習辨識能力,即可透過電流模型來預測螺桿是否損害或加工良好。加上第三項的「物聯網」,已由工業3.0單機自動化朝整線/廠自動化發展,甚至可透過手機監控OEE等數據可視化,以CPU運算來執行不同學習最佳化。


第四項為「數位分身」,在今年TMTS展場已四處可見,目前台達正投入與機台模型結合,控制器從CAD/CAM角度切入生產過程,規劃最佳化路徑防碰撞,逐步掌握各環節越來越清晰的資訊。以免若在加工過程中出現問題,即可判斷是否出自控制器命令或前期的CAD/CAM路徑、G-code或伺服調機參數設置不當,所造成產品報廢、撞機受損等不必要的浪費和排碳。待運算能力越來越強,還可在加工前從整體產品設計、動作模擬、計算預測結果。


最後的「AI」其實與前四項都息息相關,過去從大數據運算發展到AI階段,皆受限於記億體、CPU等算力不足,如今則成為現在進行式,邁向很重要的未來前景。今年也看到有參展商利用台達新款控制器的4核心Linux平台,透過API介面及算力整合開發客製化產品,以脫離泛用型標準機競爭的紅海。


台達現也強調工藝整合know how與開發專用機的重要性,如在TMTS 2024已看到開始有客戶只要讀取2D圖檔,等待業界將描述問題特徵化且與API整合,內嵌入多個AI模型,再透過API與Chat GPT即可生成加工程式。


機電系統及工藝整合 實現節能減碳目標


圖三 : 目前控制器發展趨勢不只從CNC數控系統整合商角度,還須在機台、工藝整合領域攜手合作。(攝影:陳念舜)
圖三 : 目前控制器發展趨勢不只從CNC數控系統整合商角度,還須在機台、工藝整合領域攜手合作。(攝影:陳念舜)

接下來還要關切的是節能減碳,畢竟終端使用者也會為了減碳,而要求上游設備供應商須更智慧還要夠綠!包含產品和製程的碳足跡,從輸入原物料、生產和零組件組裝階段,都是產業鏈上下游業者都要全面投入的運動。


劉淵銘指出,台達新款NC5控制器還必須能為此,提供計算碳足跡等記錄的功能,以符合ISO14955規範。目前發展趨勢不只從CNC數控系統整合商角度,還須在機台、工藝整合領域攜手合作。


並加入AI算力、算法模型等,建立製程可穩定生產、品質管理的標準化流程,才能大幅提升機台智慧化,實現更精準預測及最佳化;投入刀具/主軸數據監控、生產/設備數據應用分析,執行加工業者所需高效生產。目勤在許多國內外高階標準型控制器。客戶所需的智慧化,則不外乎將複雜工業變得簡單且提升產能,讓工具機成為自動印鈔機。


串聯上下游IT、機器人系統 打造自動化產線


圖四 : 寶元數控基於多年來控制與自動化經驗,在TMTS 2024發表自家智慧工廠LNC WIFS,分為3段架構整合板式家具生產過程。(攝影:陳念舜)
圖四 : 寶元數控基於多年來控制與自動化經驗,在TMTS 2024發表自家智慧工廠LNC WIFS,分為3段架構整合板式家具生產過程。(攝影:陳念舜)

寶元數控處長梁皓博則發表自家智慧工廠LNC WIFS,為該公司基於多年來控制與自動化經驗,整合板式家具生產過程。又可分為3段架構:由最前端LNC Home Design,提供室內設計師使用的平台,搭配寶元代理的CAD/CAM軟體,快速高彈性完成設計工作,具備強大渲染功能;


到了中段資訊系統LNC Home Quote/LNC Home MES拆單、報價和排單,將轉出的加工程式經過通訊連結介面(LNC Recon、WebAPI、Socket、IO),上傳到後段LNC Hone Central機台中控台/雲端生產資訊系統,派工到不同機台加工。


LNC Home MES優勢在於設計文件發送到家具製造廠後,可加入櫃體自動一鍵拆件、一鍵檢查,避免設計錯誤;快速將設計導入製造,可以設定並保存用戶可根據自家廠內的生產工藝,來直接快速生成或拆解、分離成不同屬性的加工程式。


再經過LNC Home SCADA監控、LNC Home WL串聯對應生產設備加工,直到後端家具製造廠製造,打造基於工業4.0理念和5G數據傳輸的現代化智能櫥櫃家具生產線。其中SCADA在資訊系統中負責整廠及全製程資訊管理,可透過遠端戰情室、中控台、PC/手機App監控所有生產設備的第一手資訊,並排除故障,可針對客戶需求客製化多樣標準功能。


其中在AI視覺辨識系統,則分為AIWG木紋檢測系統、AI-2000瑕疵辨識系統,LNC Home WL處長陳飛旭表示,如今寶元的刀具檢測除了使用次數、時間、切削行程,還加入刀具及工件材質、轉速、進給率等更多資料,得知更精準損耗率和預測刀具壽命。


透過獨家AI技術及演算法,可準確區分天然木紋類型,能識別不同類型板材的紋理,應用於檢測多種不同家具瑕疵。另透過大型碼垛機器人搭配視覺系統、AI控制器,處理不同尺寸板材在相同層次堆疊,並維持重心不倒塌。


新代科技處長陳飛旭進一步說明,該公司最近推出的IIoT智慧感測加值方案,利用CNC控制器能力足夠適用於不同產業需求,將控制器人機介面發展成工具,提供客製平台以協助提升控制器介面質感與友善性;開發專屬CAD/CAM與調校功能,可採用對話式產生加工路徑,滿足許多業者想包裝的自家工藝強項需求。



圖五 : 新代科技處長陳飛旭指出,新代推出生產智慧雲方案,迎合現今單機→自動化→雲端應用趨勢,並透過聯達雲端智慧服務,專為金屬加工業打造模組化解決方案。(攝影:陳念舜)
圖五 : 新代科技處長陳飛旭指出,新代推出生產智慧雲方案,迎合現今單機→自動化→雲端應用趨勢,並透過聯達雲端智慧服務,專為金屬加工業打造模組化解決方案。(攝影:陳念舜)

新代還推出生產智慧雲方案,迎合現今單機→自動化→雲端應用趨勢,並透過聯達雲端智慧服務,打通各環節端點蒐集資訊。專為金屬加工業打造一套平台系統整合相關軟體應用,強調「好用、輕量、整合、開放」目標;搭配模組化解決方案,依工廠管理、接單生產類型流程和數位化程度逐步導入,利用模組化管理快速搭建多元解決方案。


藉此先讓老闆看得到投資有回報,再分階段導入機聯網、局部數位化,其中如遠程刀補功能,即可利用上下料、加工、機邊量測過程中,一旦發現尺寸有偏差,透過通訊補償刀具至下一工件回補精度,或破損後換刀,實現管理到位、生產可控,最後實踐智慧數位工廠。


簡化人工智慧 超前部署次世代CNC控制器


圖六 : 台灣大學教授蔡孟勳建議業者開發次世代CNC控制器的願景,應能實現高速、高精、高品質、高能源效率,以及低加工成本等目標。(攝影:陳念舜)
圖六 : 台灣大學教授蔡孟勳建議業者開發次世代CNC控制器的願景,應能實現高速、高精、高品質、高能源效率,以及低加工成本等目標。(攝影:陳念舜)

台灣大學教授蔡孟勳則指出,現今有許多台灣CNC工具機加工誤差與產生紋路的關鍵原因,主要在於前期CAD/CAM規劃加工階段,而非後期CNC數控系統插補和伺服參數錯誤,或是結構及主軸振動、垂直度誤差等問題。


但由於商用CNC控制器追求穩定,系統相對封閉,目前仍難以整合Edge AI與控制器,而須仰賴機邊及雲端AI的推論結果時,容易因為經通訊傳遞到機台的資訊延遲。蔡孟勳還為此分析各種CNC+AI晶片(CPU、NPU、GPU、CPU+NPU、FPGA)的可能解決方案。加上AI模型過於龐大,至今尚未有針對CNC控制器的AI模型管理系統,造成AI模型的部署、更新及管理不易。


因此建議業者開發次世代CNC控制器的願景,應能實現高速、高精、高品質、高能源效率,以及低加工成本等目標。同時具備完整感測器和通訊介面,則得以監測及預診多感測器刀具磨耗狀態;執行智能化調校插補與伺服參數,實現控制器參數最佳化;進而導入轉移學習,執行機台(主軸+軸向)熱變形補償。


無論是Embedded AI或是Edge AI都必須關注該如何在保持預測準確度同時,進行AI模型簡化,應用於建立與機械相關的AI模型與參數最佳化,減輕AI推論負載。適合安裝多個AI模型和線上調整功能,利用AI影像解析與判讀紋路,有助於未來將AI技術落地於嵌入式AI CNC控制器,整合CNC運動控制(motion control)與AI推論功能。


**刊頭圖(攝影:陳念舜)


相關文章
數位分身打造精準數控 歐日系CNC廠邁向永續應用
人工智慧引動CNC數控技術新趨勢
當磨床製造採用Flexium+CNC技術
台製控制器深耕產業專用領域
厚植台製CNC軟硬實力
comments powered by Disqus
  相關新聞
» 宏正再度名列公司治理評鑑中小市值組前5%區
» 2024博世科技日成就生活之美 用軟體科技帶動各領域創新
» 台達與德儀攜手成立實驗室 佈局先進電動車電源系統
» 淨零建築智慧節能減碳創新技術 以低碳、健康及安全為前提
» 洛克威爾自動化推出FactoryTalk Analytics GuardianAI 藉AI預測維護廠端設備
  相關產品
» 凌華科技ARM開放式架構觸控電腦正式上市
» 安勤為自主機器智能打造新款 AI 工業電腦
» 凌華全新ASD+企業系列SSD固態硬碟重塑大數據應用高效安全儲存
» 中美萬泰新一代無風扇熱插拔電池醫療級觸控電腦
» 凌華科技新款顯示卡搭載Intel Arc A380E GPU


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2024 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北數位產業園區(digiBlock Taipei) 103台北市大同區承德路三段287-2號A棟204室
電話 (02)2585-5526 #0 轉接至總機 / E-Mail: webmaster@hope.com.tw