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機械工業雜誌

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融合大型語言模型與多源製造資料之精密加工 監控、品質預警與產線決策支援

作者 蘇挺綸、王少威、黃美玲、彭達仁

刊登日期:2026/11/01

摘要

金屬加工業面臨少量多樣、交期縮短與缺工,急需將分散的設備、生產與品質資料即時轉為決策 資訊。本文以六條自動化產線、12 台 CNC 與 6 台機械手臂之精密加工廠為場域,建構以大型語言模型為 核心之生產戰情室,整合機聯網、製造執行系統與巡檢量測資料,經六個月量產驗證。結果顯示,兩台 執行同一程式的配對機台,主軸負載相差 23.5%(正常配對相差不到 1%),而此時品檢尺寸全數合格、 Cpk 最低仍達 2.46;系統可據此在品檢察覺異常之前,指出高風險的機台與程式組合。系統並能產生管制 圖與製程能力指標、回溯換刀等事件歸因;亦可由歷史報工反推機台與人員能力,支援兼顧交期、產能、 品質與人力之派工決策。

Abstract

Under high-mix low-volume production, shortened delivery schedules, and labor shortages, turning dispersed equipment, production, and quality data into timely, actionable decisions is a critical challenge for the metalworking industry. This article develops a production control room centered on a large language model (LLM) for a precision machining factory with six automated lines, 12 CNC machines, and six industrial robots, integrating machine-network, manufacturing execution system (MES), and in-process inspection data, and validated over six months of production. Two paired machines running the same program showed a 23.5% difference in spindle load (normal pairs differ by less than 1%) while every inspected dimension was within specification and the lowest Cpk was 2.46; the system can therefore flag high-risk machine and program combinations before inspection detects any anomaly. It also generates control charts and process capability indices with event-based root-cause tracing, and infers actual machine and operator capability from historical records to support dispatching decisions that balance delivery, capacity, quality, and workforce.

前言

在少量多樣與交期壓縮的市場條件下,傳統以大量單一產品為主的自動化模式已難以因應。於 CNC 加工現場,工件上下料、程式切換與品質追蹤仍高度依賴人工經驗[1];製造業並同時面臨缺工與技術傳承不易等問題,使產線發展不僅止於單機自動化。

品質管控尤其如此。傳統製程管制以完工後的量測值為唯一依據,屬落後指標;製造執行系統(Manufacturing Execution System,MES)與企業資源規劃系統(Enterprise Resource Planning,ERP)雖已廣泛作為核心資料平台[2],記錄的仍是事件與結果而非加工當下的製程狀態。近期研究已將 LLM 引入 ERP 以增強決策能力[3],其於機構、產品設計與製造領域之應用亦已見系統性回顧[4];惟多數仍未整合即時生產數據與現場量測結果,尺寸變異的成因與後果因而分屬兩套系統,無從相互印證。

更關鍵的落差在於導入門檻。多數中小型加工廠並無專職資訊人員,亦缺乏資料庫規劃與維運能力;即使機台已具備通訊介面,資料仍散落於各系統報表、Excel 表單與紙本紀錄之中。任何需要先完成資料建模才能上線的方案,實務上都難以落地。

本文以一座實際量產運行中的精密加工廠(以下稱 A 公司)為對象。該廠同時承製醫療器材與自行車零件兩類精密加工件,關鍵尺寸公差自 ±0.001 in 至 ±0.15 mm 不等,本文所述之生產戰情室同步應用於各產品之尺寸把控。

本文之主要貢獻有四。第一,建立涵蓋 CNC、機械手臂、PLC、MES 與 IPQC 之多源製造資料整合架構。第二,提出由 LLM 輔助建構資料關聯與動態查詢之方法,以降低異質資料之建模及維護負擔。第三,結合加工負載、製程事件與品質量測資料,建立品質預警、異常歸因與處置驗證流程。第四,由歷史報工資料反推機台與人員之實際能力,支援兼顧交期、產能、品質與人員配置之派工決策。

研究場域與資料架構

一、產線規模與設備配置

A 公司全廠登錄之生產設備共 135 項,其中銑削加工機 76 台、機械手臂 6 台、自動化備料盤 36 個,另有毛邊、包裝、品檢與組立等作業站 17 站。在此基礎上建置六條自動化產線,納入本文所述之戰情室管理範圍。

六條產線採一致的模組化配置:每條線由 1 台機械手臂搭配 2 台 CNC 與 6 個自動化備料盤組成,形成「一臂二機」之自動上下料單元,合計 12 台 CNC 與 6 台機械手臂。系統以 FANUC M-35iD 機械手臂搭配 FANUC Robodrill αD-21MiB 加工機台,並以 Mitsubishi PLC FX3U 作為現場控制核心;PLC 負責即時控制與安全機制,上位電腦負責資訊整合與流程調度。

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