產業脈動｜盤點CIMT 2019工具機產業智慧製造技術

摘要

本屆中國國際工具機展之主題是“融合共贏 智造未來”。代表未來製造業的發展趨勢會朝向和資訊技術深度融合。隨著大數據、人工智慧、區塊鏈等數位技術的日漸成熟，製造業的戰場將由原先專注於提升產能、降低成本等目標擴充至各種層面，包含產品設計、製程改善、顧問服務。本文藉由展會中所見，整理出目前中國工具機產業針對智慧製造技術發展現況及未來趨勢。

The theme of the China International Machine Tool Show is “Win the Smart Future Together”. Which implied the future development trend of manufacturing industry will be deeply integrated with information technology. With the maturity of digital technologies such as big data, artificial intelligence, and blockchain, the battlefield of the manufacturing industry will be expanded to various levels, including product design, process improvement, and consulting services, from the original focus on improving production capacity and reducing costs. This article mainly focuses on the smart manufacturing technology in China International Machine Tool Show (CIMT 2019)，and explores the current state and future of the China machine tool industry.

關鍵詞(Keywords)

工具機、智慧製造、虛實整合

Machine tool, Smart manufacturing, Cyber-physical system 

前言

隨著中國成為工具機的第一大消費市場，中國國際工具機展(以下簡稱CIMT)的重要性和影響不斷提升，已成為先進製造技術交流和貿易的場所，展示了全球及中國國產之裝備製造技術。另外2019年CIMT展之主題為「融合共贏，智造未來」，使用展覽中心全部8個室內展館，以及6個臨時展館，展覽總面積14.2萬平方公尺。共有來自28個國家和地區的1700多家工具機廠商參展，其中外國展商874家，展出面積約占50%左右。捷克、法國、德國、印度、義大利、日本、西班牙、韓國、瑞士、英國、美國、臺灣和香港地區等12個國家的工具機協會和貿促機構組團於各自展區展示其技術及產品。

未來製造業的轉型已經勢不可擋，針對目前技術發展還在試水溫的一些新興智慧製造技術，包含關鍵零組件的感測、數位雙胞胎(Digital Twin)、AI製程改善和預防保養等技術，本次在北京也有相關產品或應用展出。

中國工具機及智慧技術發展趨勢

   根據Gardner Research的報告[1]顯示，中國不論是產值還是消費值都占全球市場三成的比重。但就工具機整體產業競爭來說，和傳統的工具機強國還是存在明顯差距，中國國內專家皆以「產業大而不強、品種多而不精、發展快而不優」的形容詞去描述目前中國的工具機產業。 因此，在國家長期科學與技術發展規畫綱要中，特別針對工具機產業訂定了「高檔數控機床與基礎製造裝備」的重大科技專項(以下簡稱04專項)，希望針對航太、船舶、汽車及能源產業所需之工具機進行自主研發及製造，降低對外國設備的依賴。本次展會不論是工具機整機、零組件甚至物聯網等應用都可以看到中國正在積極掌握主導權。並且中國以其龐大的市場作為後盾，讓國外廠商以合資或是當地設廠的方式生產工具機以因應國內的需求，或是以併購方式將海外廠商的技術和市場併為己用。「X國設計，本國製造」的標籤在展場中屢見不鮮。

1. 透過關鍵零組件自製，達成整機國產目標

濟南二機床集團在04專項中的成果包含高速龍門五軸聯動加工中心、雙擺角數控萬能銑頭。其中，雙擺角數控萬能銑頭涵蓋了五軸聯動數控機床的電主軸式、機械主軸式和力矩電機直驅式三種結構形式，分別用以實現高速高精切削或高效重型切削，可以滿足不同行業的各種工藝需求。而高速龍門五軸聯動加工中心，則是應用國產五軸聯動數控系統、自產雙擺角萬能銑頭及國產高速滾珠導螺桿等關鍵零組件達成整機國產的目標，透過政策的大力扶持，目前銷售額已經突破百台，在展場中也有看到其他中國廠商例如北一機床和海天使用濟南二機的主軸頭應用於五軸龍門型的搪銑床或加工中心。

除了主軸之外，工具機關鍵零組件之一的滾珠螺桿在本次展會中也有至少五家國產廠商展出，其中秦川工具機集團中的漢江機床除了展出其號稱精度可達P1等級的研磨級滾珠螺桿之外，也在整機展區展出了最大可磨外徑200mm，螺纹螺距0.25～24mm的螺桿磨床產品，及及最大工件内螺纹磨削直徑為16 mm至60 mm的內螺紋的磨削中心。觀察中國關於滾珠螺桿及主軸的04專項，從南京工藝、山東博特精工及上述的濟南二機之成果可以發現產品的應用端都聚焦在五軸龍門和立式加工中心的應用，也呼應了中國在能源、航太、船舶等產業的工具機需求以及想跳脫外國廠商的桎梏。

而非傳統加工工具機的進展也十分迅速，中國每年500W到20kW的雷射切割機有20000台的銷量。以同樣承接04專項的大族激光為例，本次展會展出20kW的光纖雷射切割機[2]，不銹鋼切割厚度提升至100 mm、碳鋼60 mm、鋁合金80 mm，同時也提升了切割效率及降低耗氧量，其中關鍵的雷射模組和數控系統也能自主生產，相關的雷射應用如全自動雷射切管機、機器人焊接工作站、雷射清洗系統也有一併於展會中展出。

2. 國產控制系統邁入智慧化及物聯網平台滲透率提升

華中數控以“智慧+數控”為主題，展出新一代iNC人工智慧數控系統(如下圖1所示)和智慧機床、華中8型智慧數控系統及關鍵技術、iNC-Cloud數控機床大資料中心、五軸聯動高檔數控機床、華數機器人等多種新產品及技術。

iNC人工智慧數控系統以控制器搭載AI晶片的方式，讓控制器以數位雙胞胎基礎進行預測最佳化參數以及動態誤差補償功能。將G代碼先在數位雙胞胎進行模擬並將參數以大數據優化分析後再以i代碼補償至實體工具機，減少輪廓誤差並提升精度。這一系列的動作代表著控制器已經擁有自主優化與決策的功能。

圖1 iNC人工智慧數控系統之加工參數優化示意

此外，華中數控與江西加時特聯合開發的S5H智慧工具機具有高精度（定位精度1μm，重複定位精度0.5μm）、高速度，銑、車、磨等多功能複合等，集中應用了華中9型智慧數控的演算法和全閉環控制技術，可以達到空間誤差補償及工具機加工狀態監控、內部電控資料和感測器資料蒐集，溫度主動控制技術等技術。至於發展較久的8型數控系統在04專項的影響下，已有600多台的導入實績，雖然其性能和德日等傳統控制器大國的產品比較起來還是有一段差距，但也漸漸開始在價格上發揮了牽制的作用，本次展會也有展出相關的運動控制技術。