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藉數控加值搶攻國際盃
助台廠掌握客製化優勢

【作者: 陳念舜】   2020年05月05日 星期二

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過去國產CNC數控系統雖然較少受到出口導向的工具機產業青睞,但隨之邁向智能化、數位化轉型升級的品牌之路,也開始與國內外大廠深度整合結盟,陸續在台灣精品獎或TIMTOS、JIMTOF等國內外大展上屢傳捷報。


尤其自從中美貿易戰與新冠病毒肺炎(COVID-19)疫情接踵而來,導致全球生產鏈充滿了動盪和不確定性,預估未來因生產板塊位移,將促使工具機的終端製造業客戶必須加速提升智慧製造的意識,才能具備可在短期內彈性減/增產;並調配於防疫期間缺/復工生產人力、遠距工作資安的需求。將有利於未來度過疫情後,各國紛紛重組供應鏈之際,加速情報共享、通過認證,甚至提前預備下半年急單產能。


在台灣少數能始終秉持開放態度,與台灣工具機暨零組件產業、終端客戶加工廠緊密合作的日系CNC控制器大廠台灣三菱電機表示,由於台灣工具機銷售版圖遍及世界各地製造業,並考量近年來受到貿易戰及疫情延續,基於風險管理與在地生產意識興起的考量下,生產供應鏈會有較明顯的移動或分散等變化,三菱電機於全球93個主要巿場皆有CNC售服據點,可即時提供在地技術支援和售後服務,協助台灣工具機廠商開拓全球巿場。例如當這波疫情導致物流、交通中斷時,三菱電機便透過全球服務網與當地通路商、客戶合作,在工具機出貨後進行遠端機台支援協助。


甚至於兩岸通過實施ECFA早收清單通過實施後,雖然目前三菱電機的CNC產品主要於日本生產,仍因應其中「特殊原產地規則PSR」的巿場需求,分別在台灣和中國大陸設有CNC產品生產基地,可提供及協助工具機廠銷售該協議中的數控和其它車床等產品,取得進口零關稅優惠,目前規劃的最大產能,足以滿足未來幾年台灣工具機業需求。


同時持續引進該公司FA解決方案,包含工業機器人、IoT應用等產品,以滿足台灣工具機廠商開發智能化產品所需的高速傳輸、處理與智慧操作等應用,協助開發與生產更優質、高性能的CNC工具機,達到大量生產,降低總體成本、提升品質等客戶需求。且致力於協助客戶利用PC環境,投入客製化開發操作/控制應用等NC功能APP,以利少量多樣化生產,提昇產品的差異性與附加價值,不必屈就削價競爭。


如今三菱電機已能整合工業機器人的程式編輯與NC控制器,運用G-code程式碼直接操控,節省兩者不同操控介面的人力、時間;並結合周邊智能觸覺夾爪應用(軟硬度感應)、AGV可移動型機器人(可裝料盤)、人機協作智慧場域、3D視覺(自動定位)等,以提升智慧製造生產線效能與安全性,解決人力缺少的困境。


並積極推廣「PC軟體NC操作」創新架構,成為工具機開發智能APP的最佳平台,可將負責高速高精度切削運算的CNC控制器,與執行智能化應用軟體的IPC整合在同一台工具機,讓操作者只須利用CNC的觸控螢幕與鍵盤,就能操作IPC內各項智能化應用軟體,更有助於實現機械的「差異化」與「智能化」。


該公司推出的M8系列CNC控制器,便除了本身具有客製化開發功能的使用空間外,還能輕易結合Windows作業系統的IPC,在開放式平台上運用C#程式語言與三菱電機CNC的API資料庫,發揮更寬廣的軟體設計,塑造獨特性的工具機產品。而最新在台銷售的M800/M80系列控制器還搭配該公司CNC專用CPU,提供如智慧型手機的觸控操作方式,以對應各種網路應用,符合智慧機械於物聯網(IoT)時代的應用需求。



圖1 : 呼應現今政府主導智慧機械在內的「五加二」產業創新計畫,三菱電機也率先導入該公司e-F@ctory智慧製造總合解決方案,分別滿足不同產業的製造需求。(source:三菱電機)
圖1 : 呼應現今政府主導智慧機械在內的「五加二」產業創新計畫,三菱電機也率先導入該公司e-F@ctory智慧製造總合解決方案,分別滿足不同產業的製造需求。(source:三菱電機)

三菱e-F@ctory Alliance 結盟在地企業塑造生態系

此外,呼應現今政府主導智慧機械在內的「五加二」產業創新計畫,三菱電機也看好台灣市場成長的契機,而率先導入該公司e-F@ctory智慧製造總合解決方案,不僅能夠群聚各垂直領域的技術專家,分別滿足不同產業的製造需求,還可縮短業者導入智慧製造的時間,並降低成本。


迄今在全球結盟的企業數量已超過710家,累積超過上萬件智慧製造案例,除了三菱電機自家工廠外,包括英特爾、本田(HONDA)工廠等皆有導入實績。2018年更號召在台灣有共同理念的業界夥伴,攜手超過105家企業夥伴結盟成立e-F@ctory Alliance,複製日本成功經驗到台灣,為業界與終端市場客戶共創軟硬體整合解決方案。


又進駐工研院在台中精密機械科技創新園區的智慧製造營運場域,設置e-F@ctory智慧製造解決方案示範產線,讓台灣廠商可從中體驗智慧製造的實際運作狀態,激發更多產品應用開發的創新想法;並持續推廣企業數位轉型,形塑智慧製造生態系,強化過去在台灣的產業聚落優勢打國際盃。


台灣三菱電機進一步表示,目前該聯盟成員除了涵蓋產官學界指標性的研發機構和大學之外,還有台灣多家擁有先進科技的中小企業、知名跨國公司;以及具備高市占率、系統架構能力的軟體開發商、工業機器人和自動化設備商等系統整合商的同質性業者,可因應市場需求變化,提供稼動監控分析、預防診斷維護、節能、工程模擬、自動化整合等解決方案,預計2021年將擴展到150家。


包含在士林電機、協鴻工業等工具機及零組件大廠,便透過導入e-F@ctory解決方案,達到工廠有效節能、稼動率分析、人力配置等功能,有效對應工廠機動調派之e化管理。未來單機還能融入三菱電機邊際運算平台、人工智慧(AI)等智慧化元素,陸續發表功能完備及性能卓越的客製化NC系統,預估受到近期全球疫情衝擊,業界將會更加速導入智慧製造的趨勢,強化自身競爭力。



圖2 : 台灣三菱電機不僅促使工具機大廠協鴻工業,成為該公司CNC銷售排名第一的客戶,也協助研發出Hartrol plus自有HMI操作介面、加值型附加軟體。(source:三菱電機)
圖2 : 台灣三菱電機不僅促使工具機大廠協鴻工業,成為該公司CNC銷售排名第一的客戶,也協助研發出Hartrol plus自有HMI操作介面、加值型附加軟體。(source:三菱電機)

因為與工具機大廠協鴻工業30餘年來始終維持密切合作的夥伴,締造雙贏成果,不僅促使協鴻成為三菱電機CNC銷售排名第一的廠家,也拜近年來開始落實e-F@ctory為概念的「i-Factory」之賜,提高生產效率20%、降低人力成本33%。雙方更致力在客製化NC領域合作,協助研發出Hartrol plus自有HMI操作介面、加值型附加軟體,在競爭激烈的國內外工具機巿場上,展現產品獨特價值的競爭力優勢,至今己銷售超過1,000台以上搭載Hartrol plus機台。


2016年三菱電機還宣告與上銀集團,在CNC控制器領域技術及行銷領域結盟,並在JIMTOF 2018展示雙方合作成果,提供三菱電機高階CNC控制器及驅動/伺服系統,搭配大銀微系統的直驅馬達(Torque Motor,轉矩馬達)、上銀科技的C軸與A/C軸產品模組化後出貨。


估計隨著各國持續推廣智慧製造,將大幅提升工具機業朝五軸、複合加工及數位化轉型的意願,亞洲的台灣、日本亦不得不跟進歐系大廠,量產使用高精度的直驅馬達,做為高度複合化、智慧化加工的配備之一,雙方合作將可減縮客戶從零重新開發的成本與週期時間。



圖3 : 三菱電機還與上銀集團,在CNC控制器領域技術及行銷領域結盟,並在JIMTOF 2018展示雙方合作成果。(source:三菱電機)
圖3 : 三菱電機還與上銀集團,在CNC控制器領域技術及行銷領域結盟,並在JIMTOF 2018展示雙方合作成果。(source:三菱電機)

舜鵬支援慶鴻研發 從單機複合、智能化漸進

在台灣也有如近年來致力於「非傳統加工」解決方案的工具機大廠慶鴻機電,針對近10年來在國內外市場大幅成長的中小型企業job shop型態客戶,只要求能快速生產即可,旗下舜鵬科技除了全力支援母公司所需CNC數控系統,也開始對外接洽其它工具機廠商零星訂單。


惟若在模具業推動整線/廠自動化遭遇的最大問題,可能是因為少量多樣成型加工業者比起傳統切削加工者的利潤更高,更注重的是產品的品質與穩定性,而非整線、多站加工的機台稼動率,往往無從規劃標準流程,「開不出規格,更難以驗收」,所以舜鵬科技在工業4.0時代裡仍定位為輔助單機複合化、智能化角色為主。


並支援慶鴻機電在2019年TIMTOS率先發表全球首部商品化的高速銑削放電複合加工機,使用舜鵬科技自主開發的五軸同步CNC控制器硬軟體和高推力線性馬達,並搭載永磁同步主軸(PMSM)、高解析度光學尺進行全閉迴路伺服控制,因為雙主軸採取氣壓平衡裝置,得以實現高反應性和精度定位,大幅提升加工精度和使用壽命;甚至加裝A/C搖籃式四五軸,還可用來加工航太、LED模具、醫材所需的複雜或曲面工件。


包含專為慶鴻機電智慧高速加工機App系統開發的CIAS HMC軟體,可透過雲端提供的全方位物聯網模組分為:管理模組、智能加工模組、節能及溫度管理模組、耗材及保養模組等,利用舜鵬科技自主研發的模組化電控系統,可在機台異常或故障時自動示警,通知快速維修。


且因為所有資訊均由手機監控,能隨時從遠端監視瞬間消耗功率、加工速度,方便客戶瞭解機台加工狀況,更有效管理工作及耗用能源;並透過控制器分析的智慧自我診斷功能,即時分析各機台使用狀況,或經過手機傳送機台使用訊息,提高工作效率與方便性。



圖4 : 慶鴻機電率先發表全球首部商品化的高速銑削放電複合加工機,使用舜鵬科技自主開發的五軸同步CNC控制器硬軟體和高推力線性馬達,榮獲2020年台灣精品獎銀質獎。(攝影/陳念舜)
圖4 : 慶鴻機電率先發表全球首部商品化的高速銑削放電複合加工機,使用舜鵬科技自主開發的五軸同步CNC控制器硬軟體和高推力線性馬達,榮獲2020年台灣精品獎銀質獎。(攝影/陳念舜)

若初期量產後將先導入航太、汽車等需要多站加工大型模具場合,協助客戶整合多段製程加工模具時,不必浪費時間loading/unloading搬運或重新校對,恐導致位置誤差或增加週期時間,而不得不取捨精度、效率等優勢。


藉此One shop(一站式)加工,就能依序先完成粗/精銑削,或加工硬脆、難切削材質之後,再透過放電加工航太、汽車業大型深/寬比高模具,減少磨耗而更換刀具的時間及成本;還可利用前門自動開啟裝置,搭載機器人,達成智慧自動化加工製造,先後榮獲當年TIMTOS研發創新競賽特優獎獎、2020年台灣精品獎銀質獎肯定。


NUM發表先進加工技術 CNC數控系統皆須含自家驅動器

另由台灣力盟公司引進瑞士開放式控制器品牌NUM也在去年EMO發表最新製造技術,且強調皆須搭配自家驅動器的CNC數控系統應用,包含:


1.「主動式震動控制系統」用於軸高速移動的機器上,加上NUM自主開發傳感器,即可將系統每次檢索數據的時間從20ms加速至100μs,有效抑制產生震動。


2.「生產監控解決方案」則為自動監測各軸向電流負載變化,一旦超過設定的警告值就會發出警報;或在剛開始使用刀具時,就先記錄目前最佳機器參數,並靈活設定上下限,可分為逾限,或是等到超出特定振幅、時間才示警,而得知該換刀時間、其他機構的狀況及應用等。


3.「EBC_Early Block Change」功能,可讓控制器在執行完成前一個編程區塊之前,就能預先執行下一區塊,達到機器更快速加工。


導入邊際運算平台硬體 扮演IT與OT整合關鍵

在最近一次台北國際工具機展(TIMTOS 2019)上,三菱電機還以「Make a difference for Smart」主軸,發表多年來於台灣推動之在地化人才培育及智慧機械、智慧製造的重要開發成果。包含在「單機智慧化」項目,運用該公司M800/M80系列控制器實現工具機智慧化,展示與協鴻工業在銑削工具機的智慧機械應用實例。


同時具體呈現了智慧機械「SI合作成果」,以支援及配合台灣智慧機械,開發周邊應用設備及SI廠商,搭配三菱電機M800/M80系列控制器產品及開發各式智能化APP應用,發展更具競爭優勢的智慧機械應用功能。


根據三菱電機當時所架構的智慧工廠藍圖,隨著顧客需求越來越走向多樣化,且製造環境更形複雜的時代,未來工廠將以數據驅動為核心,透過資通訊技術的無縫接軌,對工業4.0帶來關鍵的推進作用。因此IT技術在FA工廠自動化技術中將扮演重要角色,解決過去因生產現場OT與IT系統之間各行其是,無法即時將現場製造狀況完整傳遞給上層管理者瞭解,並加以持續精實改善,造成製造業的最根本問題。


該公司正推動將現行FA工廠自動化設備連結IT系統整合,即時蒐集生產現場的數據,串聯過去無法溝通的資訊孤島;再將AI機器學習的分析結果回饋至現場,經改良最佳化後形成的價值鏈,來實現智慧製造願景。尤其因為三菱電機還擁有FA設備為核心事業的優勢,更瞭解該如何能從生產設備端取得,並活用諸多現場的數據,利用邊際運算(Edge Computing)打破OT與IT領域知識的高牆。


目前三菱電機也為了支援「e-F@ctory」概念,開發出大量運用邊際運算技術的軟硬體產品陣容,包含開放平台「Edgecross」,以即時回饋生產線現場的資料供分析、判斷,或蒐集老師傅傳承的經驗,累積成為AI資料庫的大數據資料;工業電腦「MELIPC」,適用於區域性IT升整合OT資源,可協助大中小製造廠商實現自動化、智慧生產的目標;同時搭載AI「即時數據分析器」,以邊際運算為主軸的應用軟體,讓製造業體驗如何透過e-F@ctory無痛升級。


總結

值得一提的是,即使今年上半年國內外展會紛紛延期或停辦,慶鴻機電也未停下研發腳步,已準備好發表曾獲2017年台灣精品獎金質獎肯定的智能化線性馬達驅動線切割機改款縮小尺寸,好讓系列產品線更完整,符合現今模具、零件加工兩極化趨勢;還將搭配舜鵬控制器的新一代放電迴路、智慧型線性馬達等,降低機器溫升及廠房空調電費,節能減碳又可提高15%加工速度,


新款高速銑削/放電複合加工機的主軸、線性馬達等,也均整合由單一冷卻機控制循環冷卻,搭配變頻式主軸冷卻系統,控溫於+/-0.5℃以改善主軸熱伸長量不穩定問題,提高精度與加工效率、穩定度。另以改善絕緣破壞後輸出電流的電路為基礎架構,將主加工電源區分為大、小功率不等,即可降低電源的功率規格,有效減省成本與耗能,此皆有利於克服當前台灣製造業面臨缺電、缺人等五缺問題。



圖5 : 即使今年上半年國內外展會紛紛延期或停辦,慶鴻機電也準備好發表曾獲2017年台灣精品獎肯定的改款線性馬達驅動線切割機,將尺寸縮小以符合模具、零件加工兩極化趨勢。(source:慶鴻機電)
圖5 : 即使今年上半年國內外展會紛紛延期或停辦,慶鴻機電也準備好發表曾獲2017年台灣精品獎肯定的改款線性馬達驅動線切割機,將尺寸縮小以符合模具、零件加工兩極化趨勢。(source:慶鴻機電)

三菱電機則除了利用獨家AI技術及邊際運算開放式平台Edgecross等全方位智慧工廠解決方案,協助廠商以更高端的FA領域相關技術,貢獻如前述省能高效解決方案、因應資深員工減少的防呆對策,實現智慧生產目標,提升在國際市場競爭力。


另從2018年開始透過產學合作,先後捐贈該公司CNC智能化設計實驗平台(SMDK,Smart Machine Design Kit),供虎尾科大、勤益科大、朝陽科大等大專院校機械、電機、資訊等工具機相關軟硬體科系的學生使用。內建三菱電機最新型CNC控制器、具備「PC軟體NC操作」等創新架構的設計平台,可在PC開放環境裡,讓NC控制器得以擁有類似人類五種感官的功能模擬應用,以協助開發智慧機械擁有無限可能的多元化CNC智能APP軟體,發掘及培育未來工具機業智能化軟實力所需研發人才。


**刊頭圖(攝影/陳念舜)


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