22 May 2017 Taiwan Machinery Monthly

智慧機械

文/莊瀅芯(副研究員)、葉立綸(博士) 工業技術研究院IEK

智慧化現況與發展趨勢

台灣工具機暨零組件廠

前言：未來的困境是智慧製造最大

的驅動力

少子化和老年化的趨勢將導致勞力短缺、

工資上漲；市場需求變動大、產品交期縮短等

問題也一一浮現，製造業正面臨新一波轉型挑

戰，如何在控制生產成本的同時，還能提高生

產力與效率，則是轉型的主要目的。工具機身

為整個生產線的要角，透過機台本身的智慧化

以及生產資訊蒐集和周邊自動化系統連結、巨

量資料及雲端分析等智慧功能更能強化整個生

產線的智慧製造能力，因此筆者透過此次台北

國際工具機展(以下簡稱TIMTOS)，了解台灣

廠商在整機和零組件智慧化的現況和發展趨勢

並記錄於本文。

工具機單機智慧化現況

首先在單機智慧化的部分，不論是由控制

器本身內建或是NC搭配PC擴充的方式，都是

由一些軟體輔助達到安全防護、診斷監控、加

工參數優化、精度校驗、和誤差補償等功能。

由本次TIMTOS展可以發現，目前智慧化軟體

是以診斷監控、加工參數優化以及誤差補償搭

配較高階工具機型以搶攻航太市場為主流發展

趨勢，以下是一些國內廠商的案例：

● 永進機械

在本屆TIMTOS產品創新競賽中拔得頭籌的

永進機械展出了NFP500A-5AX-T智慧五軸銑車

複合加工機，軟體方面由「i-Pros MX智能化系

統」提供使用者友善的人機介面及多項智慧

化APP軟體服務包括：適應性切削負載進給控

制、適應性切削顫振抑制、適應性載重快送速

度控制以及原有的溫升熱補償等；硬體方面則

是透過高剛性門型結構設計搭配高扭力五軸工

作台，與整機機體冷卻技術、滿足高精度與高

耐用需求，透過軟硬體的結合，可以提升加工

效率和品質以及減少刀具損耗以降低成本，目

前應用市場鎖定為航太產業。

● 協鴻工業

針對智慧製造中單機智慧化的部分，協鴻

則是透過自家Hartrol Plus控制器打造與其他廠

商在操控和軟體使用上差異化，透過主軸狀態

監控、重切削自動進給率以及溫升補償等智慧

功能打造高精度和可靠度的工具機產品，另外

在五軸防碰撞的部分，目前發展的現況是：先

定義工件、夾治具、刀具等尺寸，即可在發生

撞擊時會主動產生警告訊息並馬上停止機台移

動， 避免真正產生撞機安全防護功能。

● 東台精機

東台在本次展會最大的亮點莫過於和美國

Optomec合作開發的雷射熔融複合加工機AMH-

350，主要是在原本的五軸機上加掛Optomec的

雷射頭，包含3D列印，修補重工，雷射表面

溶覆等製程，再透過切削加工和雷射溶覆加工

反覆進行，搭配機上量測完成一站式加工節省

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智慧機械

製造時間、降低材料成本，瞄準高附加價值產

業如航太，醫療跟電子。另外東台的智能製造

系統搭配新研發的擺頭臥式五軸加工機則是展

現了易於使用的人機介面以及智慧監控和五軸

動態路徑最佳化等功能。

● 協易機械

協易機械在本次展會規劃了三大主題：分

別是伺服成型，自動化整合，智慧製造應用技

術，身為國內廠商較早跨入伺服沖床的廠商，

針對單機智慧化的部分是在設備(含模具)健康

診斷和製程品質監控，透過在工作台設置流

量、壓力、溫度、噸數四種感測器監測加工狀

態，和歷史資料做比對即可提早發現異常。另

外伺服控制的優點還有在試模時可以藉由調整

製程參數達到最佳加工條件，較不需要依靠老

師傅經驗傳承。

● 精呈科技

「智慧化高精度線馬線切割加工機」

也是本次產品創新競賽中獲獎的產品，Ei-

REMOTE的遠端監控軟體可在手機、平板、

電腦中管理各廠機械加工情報、程式傳輸、

遠端診斷，以及搭配自動化功能。控制器內建

3DEi-CAM機能，可繪圖轉程式，或讀取檔案

後，在控制器中轉為加工程式，搭載智慧型專

家系統、DPM工件厚度辨識與加工條件自動

修正機能、模孔引入線降低機能、智能轉角控

制及DVR放電穩定模組。

零組件智慧化現況

台灣工具機產業的優勢之一就是完整的供

應鏈體系，為數眾多的零組件廠商這幾年經過

海外市場的磨練，逐漸打開國際的知名度，面

對這波智慧製造的浪潮，一些相對應的智慧化

產品也因應而生：

● 上銀科技

滾珠螺桿身為工具機傳動的關鍵零組件，

邁入智慧機械的第一步是將原本冰冷的機械零

件轉換為具備感知能力，並具有可以將資訊傳

遞至控制器的神經系統，上銀本次展示全球第

一支「智慧螺桿」可以感測溫度、潤滑、和平

行度的即時資料並透過控制器回饋調整溫度和

平行度等智慧功能。在預防保養的部分，機台

自己會感測狀態，即將有異常也會預警，通知

報修。螺桿的QR code可以由網路得知機台構

造和維修資訊，對於使用者來說是相當便利的

功能。智慧螺桿今年六月會進入試量產階段，

後續發展情形值得多留意。

圖1 東台雷射熔融複合加工機AMH-350

圖片來源：IEK (TIMTOS 2017)

圖2 上銀智慧滾珠螺桿

圖片來源：http://www.mmsonline.com (TIMTOS 2017)

24 May 2017 Taiwan Machinery Monthly

智慧機械

● 吉輔企業

針對整機業者持續朝向複合工具機功能發

展的前提，複雜的刀具使得刀庫由從前單純的

儲藏也漸漸有些智慧化功能，在展會的產品創

新競賽作品中，吉輔參賽作品「智能化矩陣刀

倉系統」呈現了智慧機械的感測、判斷、和控

制回饋的功能：藉由感測伺服馬電流判別不同

刀具重量，以改變配送速度和換刀時間，在刀

長量測的部分也可以檢測鑽工刀的刀長避免刀

具磨耗或錯刀情況發生，獲得比賽的佳作。

● 北鉅精機

無獨有偶，北鉅也推出「智能化高速倉儲

刀庫」，和吉輔的差異是利用CCD影像感測

的功能來判別刀具特性，來控制換刀機構的速

度，將換刀的效率達到最佳化，同時具有亂刀

檢知的功能，在選定加工程式後，將所有加工

過程中所需要用的刀具用CCD做確認的動作，

減少確認的時間和人力，避免因為不同產品所

用的刀具位置錯亂導致工件損壞。

智慧生產單元和智慧工廠

● 遠東機械

WVL-F24自動化鋁輪圈生產線結合立式

車床、加工機、機械手臂、視覺與毛胚質量辨

識、自動虛擬量測系統(AVM)、QR code雷射

雕刻系統，形成一個智慧製造單元。此系統

具有視覺定位、視覺量測、AVM虛擬量測系

統、自動刀具補償、機台遠端監測等技術，用

於生產具有不同特性和體積的多個輪圈，而

不需要複雜的轉換程序。利用自動虛擬計量

(AVM)技術，通過QR code跟踪各個輪圈，達

到即時監控工件並自動修正刀具補償，提高精

度，減少加工過程中的損失與不良率產生，

避免現行CMM量測完成之前繼續生產不良零

件，大幅減少工時，提升使用者的生產效益。

● 永進機械

永進在展會上打造了一的智慧工廠的雛

形，i-Direct系統展示了物聯網的潛力。這個系

統最大的功能是在即時監控的部分，可追踪整

體設備效率(OEE)、工廠利用率、設備維護和

生產狀況。用戶可以連接各種CNC控制器和機

器類型，包括手動操作的設備。現場以三個加

圖3 吉輔智能化矩陣刀倉系統

圖4 北鉅智能化高速倉儲刀庫

圖5 遠東WVL-F24自動化鋁輪圈生產線

圖片來源：IEK (TIMTOS 2017)

圖片來源：IEK (TIMTOS 2017)

圖片來源：IEK (TIMTOS 2017)

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智慧機械

工機台搭配機器手臂和量測機台組成一條智慧

生產線，透過電腦可以隨時監控不同機台的生

產狀況，並且將量測資訊和設備修護資訊紀錄

下來方便人員管理，如圖6所示。

TIMTOS 2017智慧化趨勢

本次TIMTOS展各家廠商產出的智慧化功

能已經較上一屆普及，也有很多和法人研究的

成果展示，大部分是針對加工條件優化、診斷

監控及誤差補償的部分，物連網和生產管理的

部分也是呈現百家爭鳴的狀態，下列是本次觀

展所歸納的一些趨勢：

● 資訊通訊技術(ICT)的運用較以往普及，並已

有多家廠商應用雲端技術及利用網路傳遞訊

息到手機及平板電腦APP，進行即時遠端監

控。

● 在防碰撞技術上，運用3D路徑虛擬模擬分

析，以防止加工時的碰撞。

● 在顫振偵測上，增加不同材料防止顫振的知

識庫。

● 在熱補償技術方面也增加智慧型熱溫控判斷

功能。

● 視覺化的操作介面設計更具人性化，並結合

ERP的排程和生產管理資訊。● 智慧型彈性製造單元系統增加。

● 工具機產業應用對象擴及至航太零件加工。

● 智慧化功能應用於關鍵零組件也有所提升。

● 較多機械美學的概念的造型設計，人體工學

設計提升工具機使用者的適用性與安全性。

建議工具機產業未來發展方向

● 臺灣工具機產業尚需在了解市場潮流與客戶

需求以及自身能力的前提下，透過產、學、

研的共同合作方式，加快落實產品的精度與

可靠度並應用智能化技術，提供符合工業4.0

設備市場的需求。

● 運用台灣擁有的資訊通訊技術(ICT)，強化台

灣工具機的遠端管理和監控等智慧化功能的

特色及競爭力，並以人機介面做出品牌差異

化。

● 針對不同國家與不同的工具機應用市場的商

業模式及製造需求進行調查與分析，以創

造符合應用市場端的整體解決方案的服務設

計，將製造輸出轉化成服務輸出，創造價

值。

● 應用智慧化技術考量省水、省電、省資源持

續提升機台的環保功能，使得工具機客戶符

合國際製造業環保的規範與要求，創造工具

機的附加價值。

圖6 永進機械之智慧工廠

圖片來源：IEK (TIMTOS 2017)