工具機與控制器技術專輯主編前言

作者:

 蘇興川

刊登日期:2021/02/24

台灣工具機具全球競爭力,又根留台灣徹底,產業的發展對國家競爭力及經濟穩定具關鍵影響。本次COVID-19疫情,在口罩生產及防偽鋼模的緊急生產,發揮重大的戰略意義,產業資源運用在社會緊急需求,身為參與一份子,與有榮焉。另一方面,近年來,面對全球結構性轉變的影響,發展及競爭激烈,產品升級及結構轉型的壓力更為迫切,幾個重大的議題,被重視及討論,包括:產品如何從加工中心機提升至五軸及Turnkey;如何整合軟硬體技術建立差異化;如何導入智能化新技術來替客戶痛點找新解方;如何培育實用的高階應用人才等。未來幾年結構轉型將是重點,也是契機。

工研院承接經濟部技術處科專計畫,長期投入高階工具機關鍵技術的研發,在推廣策略上,如何跨過所謂的死亡之谷,將技術導入產業化應用,一直是努力的重點。過往我們推動大型研發聯盟-業界科專的模式,來作為落實的橋樑,並實質提升業界的研發能量及整體產品的結構升級,計畫包括有「車銑複合加工機」、「新世代五軸工具機」、「A+高精度線切割機」、「智能五軸機及航太應用聚落」等等,參與者皆為關鍵廠商,對產業建構高階機型,影響重大。在完成階段任務、科專也在業界的期待下,開始轉型發展更具挑戰的智能化軟硬體技術,聚焦在全數位智慧製造的解決方案。目前中心持續針對「高階工具機設計」、「控制器與關鍵組件」、「智能製造軟體」建構數位平台,協助業者開發高階客製化工具機及智能應用軟體,並同步提升產業在五軸及Turnkey的擴大應用。

大數據、AI、5G、雲端等新技術的發展,帶來全數位智能化新契機,導入新技術為客戶價值及痛點找解方,是工具機提升附加價值的重要契機,但要跨越的深谷更大,在幾次的國際大展中,大家針對如何讓客戶瞭解智能化技術的實用性與價值,以及智能軟體如何收款的商業模式等議題,有深度的討論。工研院也因此建制智慧製造示範場域、雲端應用、扶持系統整合(SI)產業、培育高階應用人才等具體推動策略來落實技術產業化應用,期待在產業結構轉型期能提供關鍵助力。

本期針對工具機升級所需的智能軟硬體技術進行邀稿,聚焦在實用性,包括IIOT生態系建構、五軸及車銑複合技術、設備及製程優化技術等,共收錄有九篇文章。在產業脈動趨勢方面,隨著各國紛紛強調智慧設備及智慧生產,如何發揮台灣固有的生態系特長,在新一波的製造智慧化競爭中維持優勢,將會是至關重要的課題。若有國產的開放性的IIoT客製化平台,以逐步建構軟體的智慧化功能,將可使感測器應用在設備產業更加普及,並累積相關軟體及整合人才。唯有硬體先行,前裝標配,客製軟體及應用AI後續跟上,逐步完善,才更有機會打造台灣的智慧機械生態系,並讓上中下游以及大小廠商均再次得以發展。本次特地邀請國產控制器-新代科技及中光電子兩家廠商以專業的角度與大家分享次世代智能控制器的發展趨勢- 「工具機IIoT智慧感測的生態系建立」。

跨平台快速加工模擬檢視技術」可大幅降低首件加工的錯誤發生率,增加加工可靠度及安全性,並具備跨平台的方便性,本文建構一虛擬切削模擬平台,通過通訊連結各式控制器,取得各機台之刀具資訊、環境參數等,用預建的機台3D(Three dimensional)模型,進行最快每秒400單節的3D加工模擬,以快速得知加工結果正確性、干涉檢知及估算加工時間。「智能化刀具辨識匹配技術」一文則是透過機械視覺及AI辨識,提供一種CNC製程管理應用之方法,克服製程現場的人為操作疏失,可根據加工程式的內容與其對應於工具機上所安裝之切削刀具兩者間的匹配辨識,從而使得零件切削加工程序得以正確執行,實現高品質及高安全度之產品加工。本文於刀具辨識上已完成針對商業汎用刀具之辨識機能,後續對於產業應用之接受度,可收快速接軌運用之目的。對應於開放式控制器平台,該文之技術可嵌入於控制器中,對於CNC設備之推動極具助益。「具轉角平滑化之創新五軸插補器設計」一文的創新五軸同動軌跡插補器,可以生成平滑的進給率曲線和刀具中心點軌跡命令,符合各軸的最大速度、加速度、急衝度等限制,並可在給定轉角誤差下完成加減速規劃。最後以寶際路徑規劃驗證,其刀具中心點最大速度、加速度與急衝度等規劃,均可與五軸控制器領導廠商-德國海德漢相媲美。「國產大型龍門五軸同動智能控制解決方案」一文除了介紹五軸刀具中心點控制、虛擬軸進退刀、傾斜面導引加工等龍門五軸同動控制關鍵技術外,同時對五軸線上精度校正、防碰撞偵測、快速3D加工模擬等製程加值軟體也有詳盡說明,除此之外,並提供了直驅兩軸頭模組以及協鴻、力得衛等應用實例,讓未來有意開發龍門五軸同動機的業者參考。「冷卻熱抑制於工具機精度提昇之研究」一文以工具機熱抑制的角度進行一系列相關研究,範圍涵蓋有環境溫度、冷卻條件與控制,以及主軸冷卻水套設計等,並通過實際加工驗證,以符合工具機精度提昇的需求。透過連結工具機控制器與感測器,進行智能化加工監控與即時補償,並透過機邊運算與數據分析,將能進行機台健康度診斷、製程狀態監控與加工參數優化。

工具機機邊運算系統與智能加工監控技術」一文提供了一種降低溫度與振動對加工的影響並開發工具機邊緣運算系統,以智慧方案協助業者掌握核心自主能力,透過模組整合應用加速業者於全球工具機市場的佈局。「不同材質零件之組合交界線3D軌跡提取技術應用於鞋業自動化」一文提供一種複合材質交界線軌跡提取方法,透過3D建模與XRF技術取得交界軌跡,並應用於鞋業自動化之模口線提取。所提出的方法能解決如鞋業自動化應用中於多色調、高反光材質難以辨識之瓶頸點,未來亦可其他異材結合介面產品的應用。「量測程式編譯技術」一文所述之軟體開發以CAD軟體為基礎進行各功能模組開發,使設計人員可於繪圖完畢後,可自行進行量測程式編輯工作,將減少對專業量測人員與專業量測軟體學習之需求,亦提升加工人員之檢測輔助應用;並可同時輸出三次元量測儀與工具機線上量測完成一次性作業,可將不同廠牌之三次元量測儀進行轉換工作,縮短量測程式建立之時間。
以上,敬請讀者參考指正。

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