｜工業基礎專欄｜機台精度維持及診斷技術

摘要
台灣人口結構老化、勞動人力縮減與產業競爭優勢流失等已成為急需解決的課題，反觀各國政府無不積極擬定產業結構轉型對策。台灣工具機業者目前在智能化工具機技術雖較薄弱，但因具備雄厚的資通訊產業技術底子，如果能善用並與工具機技術結合，智能化工具機技術及其服務平台或許反而可以成為台灣工具機業者在國際市場的競爭利器。
工具機進給軸在運轉中，會因為馬達、軸承及螺帽的發熱，導致螺桿進給系統的溫升及伴隨生成的熱變形，使其定位精度劣化造成熱誤差，利用工具機進給軸數位分身技術建立機台精度長時間維持及精度診斷技術，能預測進給軸的溫度分佈，並補償至控制器。除此之外，進給軸定位精度取決於剛性及背隙，進給軸剛性包含馬達剛性、軸承和螺帽，利用進給軸數位分身技術能有效預測剛性並降低熱變位對剛性影響，且即時調整至控制器提升精度達到最大目標。進給軸零件在正常磨耗下，會導致預壓力減小而造成剛性降低和背隙劣化，這時就需要雲端自動調整參數，方能兼顧效率與品質。預計此系統可以簡化該生產過程以優化維護活動和調度，支持製造人員進行更智能的決策以及開發自我照護的智能機床，減少每年至少花費營運成本的20%進行設備停機保養與維修，以及讓各個環節的效率均達最佳化，設備使用效率、勞動生產力提高30%。
工具機性能預估與狀態監控研究
隨著感測技術、資通訊技術的快速發展，傳統工廠轉型為智慧工廠發展，機械設備的性能狀態監控、故障自動診斷等功能成為重要的關鍵技術。然而，針對工具機性能監測技術而言，國內現階段設備目前還是在於機台異常與預測保養技術著墨，對於後端解決方案尚未成熟。以本計畫而言，發展趨勢朝向工具機機台數位分身技術，提升機台智慧精度自主照護系統，針對工具機，進行主軸、進給平台及旋轉軸在動態加工運行過程中的訊號擷取、訊號分析、元件壽命老化與失效評估到最終的精度自主補正照護，協助業界於機台應用上的競爭力提高。工具機精度誤差自主照護模組技術，透過學理模型演算技術研究，建立工具機整機精度量測高階演算法技術為目標，適應工具機各種動態行為變化，如加工類型改變、機台老化變異、環境溫度干擾等，開發出具備自調整(self-adjust for variation)、最適化(self-optimize for disturbance)等工業4.0要素之工具機精度誤差演算法技術。許多工廠機台的損害，往往只是從一個小小的磨耗問題開始，但如果不即時處理，可能就會釀成難以彌補的大問題，有別於傳統行車紀錄器式的資料紀錄系統，透過時應對的實時計算效能嵌入式系統的整合與應用，掛載並結合虛實狀態與能耗模型之核心技術，搭配分散式感測網路與雲端平行運算系統整合之架構來完成系統狀態與能耗監控。