本期內容簡介

工具機與控制器技術專輯

透過數位轉型(DX) 與綠色轉型(GX) 的整合，呈現對使用者有利之加工製造的轉型(MX)，是近年來工具機產業的發展主軸，2024 年臺灣、日本及美國的國際工具機展皆聚焦在此，並希望以客戶需求展現技術價值。其中，剛落幕的日本國際工具機展(JIMTOF) 即具有相當的指標性，主題是"Technologies passed down to the future offers unlimited possibilities.”「透過技術任務連結未來」，希望向世界傳播JIMTOF尖端工具機技術和產品，同時儘可能的發揮製造業潛力，開闢未來無限的可能性。幾點參觀感想提供交流：(1) 策略重點：解決日益嚴重的人力不足問題、提升生產力及發展關鍵應用解決方案。(2) 技術重點：聚焦數位分身、AI 應用軟體、自動化與製程集約等技術實用化。(3) 應用趨勢：電動車EV對應、齒輪成型加工、加法製造AM 生態系等解決方案。本次現場展出許多電動車大型結構件及輕量化零組件解決方案，如圖1 所示，圖2 是電動車電池外殼攪拌摩擦焊接機，圖3 則是加法製造應用在砂模鑄造加工的展示，可感受到3D 列印的實用與精緻度，且生態系建構完整。會場還有更多實用有感的展示，尤其是跨域前瞻技術的導入，讓設備及應用更加多元，也讓展出者更希望聚焦在客戶的需求與價值。

數位化、AI 及自動化是驅動產業由設備轉型為解決方案的關鍵力量，也是降低人力提升生產力的關鍵技術，多年努力下實用性日益成熟，以下以數位分身、AI 應用軟體、自動化與工程集約三方面，提供發展現況交流分享：
(1) 數位分身軟體：FANUC 本次展出功能更完整的Smart Digital Twin 技術，如其所稱，以數十年伺服控制的技術與經驗，開發出可與真實機台運行極相似的伺服模型建置功能，協助所建置的數位分身可以20 倍的速度進行機台模擬加工。協助使用者大幅縮短機台調適時間，快速設定機台，同時也可在虛擬環境中快速確認加工表面結果，並據以進行加工程式參數優化。達到減少現場設置時間、優化加工流程及減少實際試切削造成的浪費等功效。MAZAK 展出透過3D 之STL圖檔導入，配有AI 加工程式編輯模組，乃至後續的預加工模擬( 包含有干涉檢知，自動估計加工時間、自動測量等)，甚至是最後透過EIA 模組進行切削路徑的加工分析與優化。OKUMA 提供Work Cell 級之Smart Twin 配套，自動化系統可進行製程之前期準備與製程節拍的評估。即使在緊急停止的情況下，它也會指導排除故障後的重啟程序，讓使用者可毫不猶豫地重新啟動生產。
(2) AI 應用軟體： 相較於去年歐洲工具機EMO 展有蠻多生成式GAI 相關技術展出，今年JIMTOF 展主要還是以鑑別式AI 的應用為主。FANUC 僅以生成式GAI 協助FIELD System 中機台圖像資訊生成，三菱電機則展出以GAI 協助加工問題Q&A 的智能助理。控制器廠與工具機廠的AI 導入應用仍以鑑別式AI 為主，不管是熱變位補償、刀具磨耗、加工振動抑制、加工性能優化、品質監控以及預測保養等機能皆有成熟的成效展現，也已累積相當完整的資料、模型及成功案例，相信後續導入GAI 將能發展出更精準、智能及實用的創新價值。會場也可看到產學研在AI 的合作成果，包括刀損預測、影像深度學習進行砂輪損傷判定及五軸精度測試法等項目。
(3) 自動化與工程集約：日本工具機廠商，普遍以加工自動化與工程集約，以因應人力短缺、老師傅逐漸凋零及技術傳承不易的問題。工程集約主要以車、銑削製程複合或整合旋轉台成五軸、多面加工機，讓原先多工序需上料的加工製程於一機台完成加工，以節省人力並提升加工精度。在加工單元自動化方面，許多廠家積極展出智能加工單元，將加工產品製程從數位設計、模擬展開，配合工程集約、自動換模等機能，呈現高效能的自動化加工，並用自主移動機器人(AMR)+協作機器手臂，作為線上整合量測的媒介，將物流及資訊流串連，讓AI 智能化成為可能，展現製造執行系統(MES) 的價值。另外自動化加工時亦需製程軟體的協助，如此次展覽，MAZAK、Okuma 均有相對應的斷屑切削功能，以避免機台纏屑造成機台停機或損傷工件。

高階工具機的核心價值在精度及生產力，需長期專注投入。在技術深化及解決方案方面，工研院承接經濟部產業技術司五軸工具機空間精度及切削性能提升計畫，以Precision as Service, Efficiency and Application 作為發展策略，建構五軸類標準實驗室，開發國產五軸體積空間精度校正技術及性能解析監管等二項關鍵核心，提供完整軟硬體配套，協助廠商提升五軸精度及加工效能，推動策略如圖4 所示，目前已累積數十台檢測及分析資料，建立國內外精度及性能的比較指標( 整機體積空間靜態精度及切削軌跡動態性能Benchmark)，並積極推動工具機廠加上終端廠，以「強強結合」的聯盟模式，引導產業建構連結高階應用的生態系，同步把五軸及車銑複合的質量發展深化，協助國內業者提升為五軸加工解決方案的提供者，研發聯盟模式如圖5 所示，本期特別邀請國際知名輪圈生產企業巧新科技分享心得，聯盟推動成效也會在專輯中陸續發表。

本期邀稿以數位化轉型、AI 應用及五軸精度提升作為技術主軸，並連結高階工具機及自動化的終端應用需求技術等加以分析。「2024 JIMTOF重點技術分析」一文，作者將展出重點分類（如自動化輔助配套、高效加工性能、節能應用配套、數位雙生與AI 等...），輔以細項重點，清楚地將技術與展出主題相互扣合，以筆記條列方式將各工具機大廠做重點精要摘錄，使讀者能更容易吸收展出重點。

「組合式整廠智慧製造系統介紹」一文詳盡的介紹了針對智慧製造軟體依製程需求，提供可快速串接的平台，並介紹其功能與運用方法。透過軟體快速串接平台，運用圖形化介面操作即可完成製造方案的建置以及各軟體間的資訊流串接，解決了過去需要人工串接耗費大量時間修改各別軟體間通訊界面的設定問題；此外，針對生產製造所需的營運報表，也可透過軟體資訊流的輸出，依據使用者定義的報表呈現方式，立即產生，對於整廠整線的生產管理，提供一套快又好用的工具。

在目前全球工具機市場仍存在許多不確定因素與衝突挑戰下，精度維持在容許區間越久、越符合經濟效益，國產五軸工具機也就越能跳脫低價競爭的局面。「五軸體積空間精度機上型量測與補償方案」一文由五軸加工機精度導向需求策略出發，建立一種機上型五軸工具機體積空間精度補償技術。該技術可配套量測與蒐集體積空間精度關鍵誤差數據，並且深入歸納與研判機台前三大誤差所在的位置，以及導致誤差產生的原因，並提調校與精度補償的最佳指引方案。系統型的自動測量和數據處理分析，有助於查明偏差的原因並即時導入改善措施，提升五軸工具機的加工精度和生產率，進而擴大我國五軸工具機的競爭力。五軸加工機運用最迷人之領域，當屬側刃切削之靈活運用。側刃切削意指利用刀具的側刃沿著曲面建立一條刀具路徑進行加工，此時加工效率更高縮短生產過程，且可保持刀具最佳切削狀態。因此，「側向刀具五軸運動控制技術」一文介紹側向控制技術將側向頭刀具的資訊整合進五軸的運動學中，可以使用相同的加工程式，自動做偏移，不需額外重新撰寫程式，即可快速運用；此外，該控制技術兼備3D 加工模擬功能，在加工前即可確認五軸加工及側向頭加工結果是否正確，可提高加工可靠度。更進一階於刀具外型與側刃切削的整合運用上，「桶形刀具對於複雜曲面加工效率與品質提升的實證分析」一文主要研究桶形刀具在五軸加工中的應用，透過HyperMill 軟體進行刀具路徑規劃，並結合實際加工測試，對不同刀具在加工效率與表面品質的影響進行了比較分析，內容涉及複雜曲面加工的優化方法，與當前製造業對高效加工技術的需求相契合。「五軸工具機之動態同步響應分析及設備性能監管技術」一文提供國內五軸工具機產業一種快速性能評價的解決方案。一次性地收集五軸機各軸向伺服速度波形進行比對，並建立參考軸基準，輔以可視化界面協助其他軸向暫穩態特性調整，提供一簡便有效之分析工具，協助使用者快速分析五軸TCP 動態同步響應狀況，協助業者確認優化導引調校目標。

工具機節能相關議題持續火熱，「工具機能耗AI 預測與精準碳履歷建立技術」一文提出了一種利用AI 演算法進行即時能耗預測的方法，對於產業推動碳盤查和產品碳履歷機制而言非常有幫助，特別是在完成預測模型訓練後即不需要額外安裝感測器，能有效的降低技術導入後的系統維護負擔。「高精度旋轉工作台熱誤差冷卻分析及節能研究」一文透過變流量冷卻系統來降低熱變形與減少碳排放，有助於提升加工精度與效能，提升產業競爭力。針對高精度旋轉工作台的熱誤差與能耗，結合實驗與模擬，優化冷卻性能、減少熱誤差及提升邊界條件設定的精準度等議題，多有著墨。於關鍵模組診斷面向上，「基於伺服感測訊號的工具機狀態估測技術」一文則提供一種不需於關鍵模組( 馬達、軸承、旋轉模組..) 上額外加裝感測器的數位診斷方法，以原有伺服驅動器數位感測數據結合Ansys 軟體分析，協助傳動軸精度校正、切深參數調整，並可減少無預警故障發生。同時經由實機驗證，減少60% 機台維護時間並提升加工精度40% 以上，為一理論與實務兼具的技術探討。

以上各相關技術，希望與讀者交流未來產業發展的契機與挑戰。