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工具机产业数化转型有谱
虚实融合共创下一个10年

【作者: 陳念舜】2021年04月08日 星期四

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第四次工业革命概念问世以来已达10年,除了西方先行者德国西门子公司仍持续对外分享其不同阶段发展,如东台集团等台湾积极跟进的制造业者,也正配合软硬体与法人单位支援,摸索出符合本地产业独具特色的下一个黄金10年路径图。


经历2020年机械业景气低潮席卷过後,就连今(2021)年台北国际工具机大展(TIMTOS)也不得不首度改为实体展延期、线上展照常举行模式。但台湾机械公会(TAMI)理事长柯拔希仍看好今年机械业表现,预估2021年机械业出囗有机会成长15%,挑战300亿美元,整体订单能见度达到今年Q2~Q3。加上受惠於台商回台投资,带动设备采购需求等扩大内需市场,使得2020年台湾机械设备产值仍可??维持台币1.2兆元,其中工具机产业产值年成长约20%~30%。倘若未来在各国重组在地供应链、老龄及少子化社会等智慧化刚性需求历久弥坚的趋势下,甚至有机会迎来黄金10年!


柯拔希进一步指出,尤其在2020年COVID-19疫情造成囗罩设备之战发生前,人们只要购买囗罩防疫即可,但因为疫情导致各国纷纷封城、锁国後,便开始意识到「自主供应链」的重要性,从而引发各国对生产设备的重视。其次则是中美贸易战带动的「第二生产基地」布局,也会创造一波设备采购需求,包括台湾便期盼藉此打造高阶先进制造中心,不论是在内外销市场,都将为机械业带来庞大商机。



图1 : 2021年2月机械出囗持续维持成长力道,较去年同期比成长16.8%,出囗金额达到20.47亿美元,即使受到国际货运缺舱缺柜之影响而延後出货,2月仍然成长近2成。(source:TAMI)
图1 : 2021年2月机械出囗持续维持成长力道,较去年同期比成长16.8%,出囗金额达到20.47亿美元,即使受到国际货运缺舱缺柜之影响而延後出货,2月仍然成长近2成。(source:TAMI)

无独有偶的,就连近年来两方常与机械公会关系紧绷的台湾电子设备协会(TEEIA),在发表最新《台湾电子设备产业白皮书》,也提出与会员共创黄金十年为题,期??顺利实现2030年产值破兆目标。以及当天亲自到场恭贺力挺的台湾工具机暨零组件公会(TMBA)理事长许文宪,则宣布正规划中的工具机产业白皮书,同样会以工具机产业如何迈向下一个10年为题,促进跨产业交流,扩大影响力,进而向政府建言,改善制造业环境。此可见得目前台湾智慧机械产业正逢下一个10年(2020~2030)转型的关键元年,并非无的放矢!


西门子虚拟博览会 力促工具机数位转型

台湾西门子数位工业公司(SIEMENS)也趁今年TIMTOS线上展期间举办「西门子工具机虚拟博览会」,发表多款工具机数位企业产品组合的扩充功能,如该公司首部数位原生的工具机CNC控制器SINUMERIK ONE搭配数位双生(Digital Twins)、边缘运算系统SINUMERIK EDGE和云平台MindSphere等应用,力促工具机产业迈向下一阶段的数位转型。


台湾西门子数位工业总经理席德??(Tino Hildebrand)指出,後疫情时代工具机产业面临了4大挑战,分别是更弹性化生产(Flexible Production)、更高效能(Performance)、制程最隹化(Process optimization)、新技术概念(New technological concepts),促使工具机和CNC数控系统厂商必须经历快速的数位化转型与发展,才足以因应上述挑战。


在这次西门子工具机虚拟博览会则以「工具机数位转型,前瞻未来」为核心,透过搭建无缝接轨的软硬体桥梁,极大化生产效能,完整呈现AI人工智慧、Big data大数据、以及Cloud工业云在自动化领域的应用,打造全新工具机数位商业模式,以持续协助台湾厂商快速提升加工效能、品质与上市时间。



图2 : 台湾西门子数位工业总经理席德??指出,後疫情时代工具机产业面临了4大挑战,工具机和CNC数控系统厂商必须经历快速的数位化转型与发展。(摄影:陈念舜)
图2 : 台湾西门子数位工业总经理席德??指出,後疫情时代工具机产业面临了4大挑战,工具机和CNC数控系统厂商必须经历快速的数位化转型与发展。(摄影:陈念舜)

其中Digital Twins为执行产品生命周期管理(PLM)的重要虚拟平台,关键为在开发机器前前,便先进入虚拟机台环境模拟、验证,甚至预测及最隹化产品的生产流程,现在还能搭配西门子数位原生CNC控制器SINUMERIK ONE,具备建立数位模拟的强大软、硬体和运算速度,让机器制造厂商得以建立开发与机器制程的完整虚拟化,再透过虚拟及实体产品组合间的紧密互动,将大幅加快开发流程、生产制程及上市时间约30%,同时维持高品质标准。


进而预测,或为客户打样、验证机台可否适应现场环境?机台开发商也可受惠於利用数位模拟而大幅缩短的调适时间,更快速开发机器、在虚拟环境里试用零件,同时因为在不使用实体机器的情况下进行训练,而大幅提升效能!


西门子边缘运算系统SINUMERIK EDGE则能扮演物联网和云端的关键桥梁,连结加工机台搭配自家MindSphere云平台,藉由搜集机台高频数据操作流程,再经过演算法及人工智慧为机器效率最隹化;并透过机器之间的紧密交流与无缝沟通,改善和提升工件及加工品质、加强制程透明化与最隹化加工程序,以确保生产稳定度,使得生产效能极大化!



图3 : 西门子除了提供数位原生CNC控制器SINUMERIK ONE,将协助工具机业者大幅加快开发流程、生产制程及上市时间,使得生产效能极大化!(souce:西门子)
图3 : 西门子除了提供数位原生CNC控制器SINUMERIK ONE,将协助工具机业者大幅加快开发流程、生产制程及上市时间,使得生产效能极大化!(souce:西门子)

西门子公司表示,由於CNC工具机在生产过程中会产生许多资讯,包含马达切削扭力、温度等,若能经快速反应後搜集并运算,将有助於让客户开发许多App应用程式加入,落实智能化生产。该公司同时提供产品生命周期管理(PLM)在内的工业软体,可协助客户提高生产效能、价值链透明度,以持续改善制程,充份发挥设计效益。


东台擘划2030年愿景 详列5大阶段蓝图

其中,依台湾工具机大厂东台精机公司(Tongtai)董事长严瑞雄按照2030年台湾科技愿景所擘划的企业蓝图,他认为无论从5+2产业创新策略,到政府最新推出的6大核心战略产业,其实皆可透过智慧制造为基础,连结工具机车/铣削(减法)制造或金属积层(加法)制造的完整解决方案,再交由使用者分别依其生产特性,选择合适的工法来加工零组件、执行工程规划和最後生产工作。


市场需求也因此,从过去少样大批量产为主,到逐步导入专用生产线机种,以协助解决过去世界工厂采集中生产方式演进,直到现今中量、少量多样生产发生的种种问题,成为近10年推动工业4.0目标。但严瑞雄也坦言:「伴随着智慧制造时代来临,解决客户的痛点,将如同冰山下的体积更大,而不只是上层浅显易见的价格、性能问题。」


东台精机除了销售标准单机外,让每位生产者都必须要先了解自己每天的例行工作,亟待改善的究竟是生产、制造、管理领域,再分门别类解决跨系统问题,以执行最隹化改善设计,并提高整体设备效率(OEE)。将各阶段目标由下而上依序订为:标准化、模组化、自动化、数位化、智慧化。目前服务项目还向上衍生至SI,以协助系统整合机电设备、MES等,都是工业电脑厂商所不及;甚至是纳入客户厂内其他品牌、设备或老旧机种,都能连结客户ERP以提高价值。


严瑞雄指出:「有别於传统狭义的自动化,只要求自动产出成品,或者是不流出、不制造不良品,东台精机最希??实现的是广义自动化,也就是能自动持续产出良品!」考量现今自动化除了可透过机器人上下料之外,作业员本身还须执行品检、去毛边和补正工作,所以东台精机还会先经过盘点作业员个人能力後,协助其提高产出。


可针对客户厂内既有的生产工件,利用东台精机的软实力逐一盘点考核人、机、料、法、环等项目,并建立统一管理标准,快速导入生产管理机制;倘若是首次与该公司首次新购产线的客户,还会从设计、制造阶段开始规划,利用东台精机的软实力来协助改善、规划工程,包办上下料、工件,以及共用刀具、夹治具交换和防呆设计、物流分析等工作,逐步导入自动化。黄伟棋强调:「东台精机最特别的一点是,还会在客户现场测试、小批量生产,直到可达成客户要求的CPK(制程能力指数)或客制化刀具补正、寿命监控等功能验证,才算交货完成。



图4 : 东台精机除了销售标准单机外,目前服务项目还向上衍生至SI,以协助系统整合机电设备、MES等,都是工业电脑厂商所不及。(souce:东台精机)
图4 : 东台精机除了销售标准单机外,目前服务项目还向上衍生至SI,以协助系统整合机电设备、MES等,都是工业电脑厂商所不及。(souce:东台精机)

至於第四阶段数位化、第五阶段的智慧化,便需要开始加入大量工业物联网(IIoT)科技,等到先将设备资讯可视化及建立分析数据标准之後,即可利用设备连网或人力搜集的资讯来协助管理者,持续提高生产力。严瑞雄也说:「使用者应先扎稳前面第一~三阶段基本功之後,才会有延续导入工业物联网的可能。」


然而,因为每家客户的实力有别,所以东台精机会先从客户需求出发来检视解决方案,再逐步引导让双方语言同步,透过整合标准化的过程中,取得有用的数据来建模分析,接着再回传生产线持续监控、最隹化,才能针对痛点改善。黄伟棋指出,透过「数位化」可赋予机台设备可视化「知」的能力,并搭配多款感测器搜集资讯、经过平台让生产资讯可视化等,以协助客户针对生产管理情报即时补正,与产品资讯建立关联性,以持续监控并产出良品


等到最後一步「智慧化」,皆已完成建立智慧机械、智慧产线及资讯流,且得到足够稳定和关联性的生产数据之後,即可进行分析改善等数位建模应用。但严瑞雄认为:「其实未必每家业者都必须要迈入第五阶段,部份厂商还可能只须要实现第三、第四阶段要求,即有显着改善。」东台精机现在还准备了满汉全席,任君挑选不同菜单,但要先确认客户现况才会提供。


工研院联手软硬体 展出数位双生解决方案

值得一提的是,今年工研院也促进东台精机、达梭系统与成功大学教授郑芳田进一步合作,在东台精机社内展发表数位双生解决方案。达梭系统台湾分公司资深技术经理许欲生表示,该公司虽然身为软体系统商,但多年来也持续协助传统中小企业的工具机客户在最短时间内学会部署或利用3DEXPERIENCE平台,持续与硬体系统商ABB、三菱电机在TIMTOS等重大展会密切合作。


即使今年TIMTOS改为线上展先行模式,达梭系统便选择搭配东台精机五轴加工机CT350和上下料机器人、夹治具等自动化解决方案、成大全自动化型虚拟量测科技AVM、工研院机械云平台VMX,展现四方於Digital Twins发展成效。其首先由东台精机交付该款五轴机的3D CAD图档模型,再透过达梭系统3DEXPERIENCE平台的虚拟加工环境,再经AVM即时线上全检上传资讯,或如这次因成本考量而改为上传到工研院VMX平台,同步模拟、验证上下料及加工过程,不必等到生产完成後才交由客户QC部门品检产品、改善CPK。



图5 : 今年工研院也促进东台精机、达梭系统与成功大学教授郑芳田进一步整合,在东台精机社内展发表数位双生解决方案。(source:达梭系统)
图5 : 今年工研院也促进东台精机、达梭系统与成功大学教授郑芳田进一步整合,在东台精机社内展发表数位双生解决方案。(source:达梭系统)

一旦经过分析有必要改善工法时,达梭也会在虚拟侧同步修改加工路径或加减速、进给率,经过模拟、产生NC-code之後再回??实体加工,避免发生碰撞或夹治具、工件彼此干涉情形,克服AVM只能示警却无法解决的缺点。达梭系统进一步表示,除了这次TIMTOS线上展合作范例之外,该公司5年来也已陆续配合工业局、工研院协助台湾共20家机械业者,完整共500部设备导入SMB联网,全力支援开发刀具颤振抑制/进给优化/磨耗监控、ERP、MES、IOT资讯整合/战情平台等智慧机械应用成果。


**刊头图(source:online.timtos.com.tw)


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