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助智慧机械跨足核心战略产业 CNC数控系统聚焦专用需求
 

【作者: 陳念舜】2021年05月04日 星期二

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因应2020年至今未歇的COVID-19疫情仍推动产业加快数位转型脚步,创新商业模式,台湾工具机产业也盼逐步从智慧机械跨足下一阶段的核心战略产业,过去聚焦航太、医材、汽车制造产业的台湾厂商,现也开始透过欧日系品牌CNC数控系统支援,逐步导入边缘运算、AIoT等最新科技。


惟若检视当前台湾制造业所处数位转型阶段,仍大致介於数位优化、数位转型阶段,在既有的营运流程加速沟通之後,未来还须让企业产生创新竞争优势与营运模式,才能投入新兴专用领域市场。尤其是在绿能、民生及战备相关领域,随着电动车时代来临,市场对工具机的设备需求样貌也有所改变,包含马达、转向器与刹车器等关键零组件,将会带动新的加工设备需求,例如上银、东台、友嘉等工具机相关厂商,均已抢先布局卡位电动车领域,且有少量出货实绩。


目前担任台湾绿电应用协会理事长的工具机大厂友嘉集团总裁朱志洋便指出,随着缺水缺电问题显示气候变迁影响加剧,这波全球净零排碳趋势对於制造业既是压力也是机会,台湾工具机和机械产业可??受惠。


朱志洋认为,现今汽车产业应用约占全球整体工具机需求比重约40%,尽管电动车占比仍不足5%,但预估未来3~5年的电动车发展规模与速度将远超以往,可结合既有资通讯和智慧机械产业能力,带动7~10年内台湾工具机产值从当今全球前7位迈向第5名、出囗规模可??坐4??3。



图1 : 随着缺水缺电问题显示气候变迁影响加剧,这波全球净零排碳趋势对於制造业既是压力也是机会。(source:electricautonomy.ca)
图1 : 随着缺水缺电问题显示气候变迁影响加剧,这波全球净零排碳趋势对於制造业既是压力也是机会。(source:electricautonomy.ca)

西门子CNC数控系统 支援工具机数位转型模式

至於长年支援台湾工具机产业发展的欧系CNC数控系统也可??受惠,台湾西门子公司(Siemens)数位工业总经理Tino Hildebrand便分享其对於台湾工具机产业的观察,认为无论是制造厂商(Maker)或终端使用者,都应该思考该如何运用CNC数控系统,结合AIoT、边缘运算和云端、数位分身(Digital Twins)等最新科技推动数位转型,提高生产力,以突破现今智慧机械产业的瓶颈。


Tino Hildebrand进一步指出,除了前2年由於航太制造业蓬勃发展,已促成航太级精密零组件技术下放到其他产业,西门子也藉此协助提升台湾工具机产业转型升级之外;面对当今汽车产业结构性变化,已有德国汽车大厂宣示将舍弃传统内燃机引擎设计,改采电力驱动,并创造出不同商业模式,即除了厂内硬体制造之外,还包含周边软体、端对端服务供应商等。Tino Hildebrand说:「许多新创车厂虽然没有传承百年经验,却因为擅长数位化与服务优势,并向其他业者采购零组件,势将改变上游工具机制造、加工产业生态。」


加上由於COVID-19改变跨国商务活动,加快数位转型进程,也促进全球制造业客户希??涵括制造、运输、系统整合等整体价值链更加透明与可视化,得以分析机台上线时间等数据,预测可能故障情况,再经由AIoT分析未来情境,同时涉及更多数位化层面,若跟不上脚步者就会被淘汰。Tino Hildebrand认为工具机厂商必须思考未来如何与全球客户交流的新方法,催生创新商业模式。例如目前让国内外买家分别透过线上展会,检视虚拟工具机,或从远端验收、调校,此即有别於过去先由工具机厂商完成设计、制造原型机,再交由国外买家来台验收、交货等流程。


Tino Hildebrand表示,其实Siemens从10馀年来就不断推动数位化、创新商业模式,强调无论是工具机制造厂商、终端使用者或是零组件协力供应商,都应该要学会善用「数位分身」搭起虚实整合的桥梁,加快数位化脚步。例如该公司问世已超过60年的SINUMERK系列产品中,SINUMERK One便是目前最早实现「数位原生」理念的CNC控制器,既具备强大运算能力,经比较虚拟与真实切削模具编程时间仅差12秒,几??99%吻合,克服传统CAM程序通过後处理(post)过後,通常与预估时间相差1.5倍的障碍,可更有效预测数位化流程,或为客户打样、验证。之前台湾工具机囗罩国家队投入开发防伪钢印辊轮时,即可经由Siemens协助建立数位分身,在虚拟环境里模拟、调校、测试,几??缩短50%时间,还能利用虚拟工具机提前与下一阶层供应商讨论。


进而透过Siemens「数位优先」策略,协助工具机业者建立数位分身,导入虚实整合的全价值链。待完成工具机数位模型後,就能让客户於虚拟环境中验证整体机械从创新概念成形、设计,直到调适、优化结构等阶段;同时结合数位制造元素开发软体,或分析故障原因,对不符要求者利用软体及时修改、优化调适叁数,提升开发工具机的效率和弹性,也不必担心实体机器若遭退货,还要重头设计、建构的风险,将工程设计流程提升到新境界。


接着才是打造实体工具机过程,经此串联设计和电控部门,还减省了30%开发时间与成本;并利用边缘运算快速反应,搜集与运算厂内设备反??的各项数据,以开发App应用程式或落实智慧制造,快速提升CNC数控系统效能,PLC因此加快10倍,从而省下约50%周期作业时间,提高生产力,真正实现数位转型。现已获10家以上台湾厂商引进,程泰机械便藉此大幅优化并缩短开发五轴机种的30%上市时间,还能提高25%生产力。



图2 : 台湾工具机产业应该思考该如何运用CNC数控系统,结合最新科技,推动数位转型。(source:assets.new.siemens.com)
图2 : 台湾工具机产业应该思考该如何运用CNC数控系统,结合最新科技,推动数位转型。(source:assets.new.siemens.com)

Siemens甚至可经由加入SINUMERK Edge边缘运算硬体平台数位化,解决客户自动化核心之一的整线/厂解决方案问题,提供涵括IT、OT、IoT等新兴科技的开放式生态系,赋予中小企业分析、提升运用数据的能力与透明度;若有客户想要布局全球,结合所有供应链夥伴,亦可将数据上传云端。Tino Hildebrand认为,两者同样皆可利用搜集、分析数据来研究机台运行状态、主轴负载等,来调适切削加工及预测品质,主要差别应视客户使用及上传更新的频率而定。


Tino Hildebrand认为,经此刺激工具机业者创新思维及商业模式好处,在於客户采购机器时,供应商便能透过数位分身,了解机器将会如何在厂内部署,加快决定投资。若搭配HoloLens提供线上虚拟调校、维修、培训等服务,也须要先建立数位档案後才能进行。


FANUC智能CNC解决方案 落实数位优化进程

日系CNC数控系统大厂台湾发那科公司(FANUC)FA营业技术部部长暨IT室长黄俊民,则指出,现今厂内自动化加工环境其实对人并不友善,而智能制造首先是让机械智慧化,才能因应现场各种变数;进而自我调适,解决机械设备热变位、自动化加工缠屑等问题。经由演进过程中不断解决遭遇的困难,FANUC如今已能打造自家高度智能化无人工厂。


黄俊民也趁机分享该公司在智慧机械/智能制造解决方案,如何克服物联网(IoT)软硬体与成本问题;同时强调所提出的「智能CNC解决方案MAP」不仅是未来概念,而是已经上市、出货,可正式导入台湾工具机产业现场应用,并将该方案概分为:设置布局、模拟预演、加工学习、监视服务,以实现全方位零停机(ZDT)理想。


其中「设置布局」系针对机械出厂前调整与补正,黄俊民说:「FANUC透过AI前??控制是推动伺服调整AI化的第一步,於调整时安装加速度感测器,再通过机器学习(Machine learning)依机械特性来优化叁数,即使无法预测马达末端行为,也能抑制人眼无法察觉的机械前端低频振动差异。


「模拟预演」则主要在加工前透过CNC Guide在办公室的PC上汇入机器的CAD图档後,连结并读取加工程式的座标值、模拟机械加工动作等,藉此检查程式语法和确认加工物外形,避免发生选择程式错误、机械干涉/碰撞,降低加工成本。让人员於遍布机器人、AGV的智能生产环境中,不必站在机边就能确认所有运行状态。


接着只要经过厂内现场「加工学习」,就能透过FANUC提供智慧化功能,包含:优化加工程式,以及透过伺服观测器,设定和调整支援高速加工技术,如同经过示波器检视加工过程中各项数据、记录完整波形,分析并改善可能影响加工的因素。


FANUC智能CNC解决方案MAP的最後一块拼图「监视服务」,则透过该公司MT-Linki软体监看、搜集来自厂内自动化产线各种设备操作状态,量化稼动率与具体可视化结果,或加入OPC-UA、MT-Connect等各种工业通讯协定、D/A转换器,监控其他品牌或旧机,并支援提供即时监视画面、稼动实绩、信号履历和其他客制化网页功能,生成自动化管理介面、报表,提供上位电脑ERP、MES系统使用,以协助改善机械稼动率和操作员生产能力,解决自动化管理问题。


当然FANUC也不会忘记其售服团队的3大基本方针:提升稼动率、终身维修、全球服务,来提高产品利用率。黄俊民表示,透过涵盖该公司全系列产品Controller、Driver、Motor、FAN、PCB的故障前通知功能,让机器提前排程维修来提升稼动率,确保於自动化工厂零意外停机(ZDT),同时提高可靠性与修复速度。



图3 : FANUC提出的「智能CNC解决方案MAP」不仅是未来概念,而是已经上市、出货,可正式导入台湾工具机产业现场应用。(摄影:陈念舜)
图3 : FANUC提出的「智能CNC解决方案MAP」不仅是未来概念,而是已经上市、出货,可正式导入台湾工具机产业现场应用。(摄影:陈念舜)

还有FANUC独有终身维修优势,可持续支援客户厂内稼动中CNC产品、零组件,即使IT元件停产,仍可重新设计替代品。同时强调该公司全球服务网的特性就是「Service First(服务先行)」,在销售产品前必先在当地建立服务据点。且将前述功能组合成FANUC DIGTAL,以实现工具机制造和终端客户构想,确保所有CNC在加工前的编程概念设计、模拟,和加工中检查工作,都能在办公室里用CNC Guide完成,以免占用CNC专责加工时间,不浪费效能或撞机、毁损工件。


台湾??泽科技(TAKISAWA)近期因应TIMTOS线上展及社内展,由电控/软体部门主管李吉昌发表其导入最新FANUC 31i-B5数控系统的科技成果,包含NC/PC技术应用、友善操作介面和设备即时虚实管理(机联网)等,利用智慧机械和资通讯技术为客户创造价值。


透过更友善的操作介面进行智慧加工管理,於加工时监控各轴负载值,设定负载变化上下限,以即时确认刀具磨耗及破损状态,避免导致精度不良或报废。其NC加工指导软体,让初学者只要简单设定,就能显示成本外形并自动生成加工程式。


除了可通过FANUC有线MTLinki即时显示目前厂内机台状态、加工叁数、生产数量,方便生产管理,亦可用资料库连结方式派工;以及无线方式,能让手机即时查看各种资讯,提升设备使用效率,并在设备上安装智慧机上盒(SMB),即时将机器状况上传云端处理异常,或者透过手机App查看各项使用率等资讯与即时影像。


台湾??泽科技总经理戴云锦表示:「FANUC的CNC数控系统比起其他品牌确实比较成熟、可靠,主因在於有许多先进智慧化功能都已超前部署。」也因为软体变得越来越易用,防碰撞及干涉功能可靠,才带动该公司致力开发可一机多用的五轴同动加工机市场稳定成长,在最新机种实现防撞检查机能、3D动态图形显示、复杂螺旋加工时间、加工资料检查、远距云端监视,预测机能等各项智慧机械元素可视化。



图4 : 台湾??泽科技董事长??泽修三(右)感谢在台湾发那科董事长山田雄策(左)鼎力支持下,新机得以搭载最新款FANUC 31i-B5数控系统。(摄影:陈念舜)
图4 : 台湾??泽科技董事长??泽修三(右)感谢在台湾发那科董事长山田雄策(左)鼎力支持下,新机得以搭载最新款FANUC 31i-B5数控系统。(摄影:陈念舜)

**刊头照(source:assets.new.siemens.com)


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