技術專題主編前言｜工具機與控制器技術專輯主編前言

長期關注工具機產業的發展，精進歷程有三層次。首要是硬體性能及精度的持續改善，其次是五軸及車銑複合等機型的深耕，最後則進入智能工廠解決方案的提供，尤其是大量導入自動化模組、數位模組、AI大數據以及即時線上量測的整合應用。面對日趨競爭的市場需求，從單純的工件加工、走向完整的製程工程方案提供，業者如何將上述各項技術單元，串聯整合成客戶願意付費的方案，是一大挑戰，實用性及客戶價值的呈現，成為工具機展的主流訴求。新世代智能工廠的內涵為何，已成為產業發展的關鍵重點，值得深入探討。
2022年日本國際工具機展即具有相當指標性，主題是尖端製造的現況與未來，並探討智能工廠的關鍵元素與內涵，希望本展成為連結未來的技術櫥窗。與以往不同的是，受疫情、全球供應鏈重組以及淨零碳排三大因素的影響，工具機終端使用者皆改變以往保守的投資策略，積極打造新世代的智能製造生產系統，帶來更大的商機，也促成工具機廠在數位化智能工廠的解決方案能提出更實用、更具附加價值的產品產出，整體產業已看到轉型契機的結構轉變。圖1是本展覽關鍵技術的綜合整理，尤其是聚焦在數位化與自動化兩大模組應用；圖2是許多廠家展出的智能工廠單元，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，是本次展覽主流亮點。

圖1 次世代智能工廠關鍵技術(JIMTOF 2022)

圖2 全數位智能工廠系統單元(Makino公司，JIMTOF 2022)

其次，五軸工具機及綠色工具機也是本展的重點。在五軸機的配套推動上，整機搭配大型刀庫及零點工作交換台(甚至是工件倉)，以及機上量測(視覺、雷射、PROBE)等裝置，實現精確的自動化，加上在控制平台開發工序管理的機能，直接管理托盤及其對應的加工程式，以及刀具數據、剩餘刀具壽命和工件設置基準等，讓五軸機成為批量生產的最佳解決方案平台。在節能技術方面，除運用製程優化提升效能外，許多廠商都強調綠色工具機，軟體部分有節能監控、數位模擬加工，依加工需求調整周邊硬體進行節能，並且開發節能周邊模組，如汙泥回收、冷卻機節能、切削水節能、油壓系統節能，以達到節能減碳。工研院智機中心承接經濟部技術處科專計畫，在五軸工具機及節能減碳發展上，也有相關技術的投入，其中，有關臺灣五軸工具機精度與性能提升發展建議，詳見圖3；臺灣工具機產業淨零碳排發展策略建議，詳見圖4。

圖3 臺灣五軸工具機精度與性能提升發展建議

圖4 臺灣工具機產業淨零碳排發展策略

本期邀稿，以探討智能工廠的關鍵技術內涵作為主軸，並輔以連結電動車的高階應用作為呼應，希望與讀者交流未來產業發展的挑戰與契機。本期共收錄十一篇文章，工具機產業在電動車領域的布局與發展趨勢，除了邀請和大工業林炎輝副董事長以領袖觀點作精闢訪談、工研院產科國際所也針對亞洲主要工具機國家在電動車領域的布局作深入探討外，「從電動車關鍵組件分析工具機發展與應用趨勢」一文也以電動車相關零組件加工製造需求出發，分析工具機製造設備的規格需求與發展趨勢，特別是電動車所需之高階製造設備領域的發展，可做為未來國內工具機設備開發的參考。
「2022日本JIMTOF展工具機商業推展配套模式及關鍵發展動態」一文係由中心兩位同仁赴日參觀日本2022 JIMTOF工具機展後的技術心得分享，分析工具機未來整合自動化、智慧化應用的發展趨勢，並提供工具機節能的手段分析，未來在產品開發及技術發展可做為參考依據。
「高階工具機智能加值軟體發展與應用」一文，針對工具機加工前的模擬、伺服調機問題、整合式快速五軸加工切削模擬，以及於針對加工過程中進行機台防碰撞保護與加工時間估測，符合目前智慧工廠趨勢與應用情境；其中軟爪加工程式自動生成編輯器軟體，可以針對車削加工軟爪應用更具效率，讀者有機會可以了解本軟體並且進一步聯絡合作導入加工廠效率提升之應用。「智能車銑複合加工深度應用」一文提出程式輔助碼智能重疊控制技術，可以有效利用G00與G01進行重疊以減省加工時間增加工作效率；透過五項加工驗證，清楚比對原製程與使用智能重疊控制的製程，兩者效率有明顯差異，可以證明程式輔助碼智能重疊控制技術有效。在淨零碳排趨勢下，「工具機主系統及周邊系統節能技術發展趨勢」一文則針對國際指標大廠DMG對於該議題所提出的節能技術作深入分析。其中，針對主系統及周邊系統模組的能耗，介紹透過由切削效率提升及能源使用效率最佳化的技術手段，提供國內業者參考。
「加工監控與參數優化技術及應用案例」一文提供了一種運用擷取主軸振動訊號來達到製程監控及參數優化的技術方法，經由振動的訊號特徵來自動判定切削品質優劣，可自調主軸轉速來維持品質及優化效率的效果，文中並舉出應用石化設備零件、鞋模加工等不同應用案例，呈現該技術的可擴充性。「工具機狀態自主檢測與優化調變模組」一文以無感測器數位預估技術為基礎，開發設備診斷照護自主識別設備精度與異常狀態檢測模組，大幅縮短調機時間、減少設備能耗成本並降低故障停機之排除時間，可協助業者增加產值並提高加工穩定度。「工具機機上量測技術」一文主要說明工具機43項誤差以及國際控制器對誤差所提供的量測與解析，並且透過實際開發教導式人機介面及Macro程式等自動化方式，方便加工者填入參數，即可簡易使用機上誤差量測；利用圖示化說明並透過清楚流程介紹，可讓業者了解整體誤差校正與量測方式的易用性。
「微量切削熱溫升偵測技術應用於車削加工刀具定位」一文利用Raspberry Pi 攝像頭用於持續監控零件於加工中的刀具對位，使用標準的圖像過濾和閥值，即可快速進行辨識應用。模組設備無需綁定工具機，單純透過模組與CNC的通訊，達成便利可攜的跨平台運用；此外，透過IR影像辨識突破傳統RGB影像之限制(環境光源影響)進行刀具與工件之接觸檢知，配合控制器機械座標，達成製程刀具設定補正，模組成本低也頗具產業價值；未來，技術持續深化，可為進階的刀具磨損辨識應用，無需人工操作員直接協助即可全天候運行 24/7，乃至透過通訊方式，提供後端平台管理運用。
「馬達切削負載監控功能」本文主要開發EEMD技術應用於刀具磨耗辨識，解決馬達負載雜訊，提升刀具磨耗辨識度；透過刀具磨耗辨識技術，解決目前刀具預防性更換之問題，可有效降低業者生產成本。「應用於機械手臂加工之力量控制系統之研究」一文針對鑄件殘料具備不同高度及厚度特性，提出切削力模型，在不同的厚度條件下，規劃所需產生的加工力量；此外，也提出一套主動式變力量控制系統，可根據殘料外型尺寸，進行變力量加工，解決形狀多變之鑄件殘料加工問題，適用於工件加工後去毛邊的相關應用。
以上，敬請讀者參考指正。