智能化工具機

摘要：近年來工具機產業在受到大陸、韓國低價競爭，與日圓貶值的雙重壓力下，獲利空間不斷被壓縮，甚至已面臨生存危機。為了解決工具機產業面臨的問題，政府已規劃並執行生產力4.0相關計畫，希望能以智能化、製造服務化等策略手段提升工具機產品附加價值，其中智能化技術將會是下一波工具機產業競爭力的關鍵。是本文將介紹工研院工具機中心目前在生產力4.0計畫中與智能化工具機相關的技術項目與業界推廣情形。

Abstract: Recently, the machine tool industry has been threatened by low cost competitors from China and Korea and also the devaluation of the Japanese Yen. Profit margins have been dramatically reduced and our industry is struggling for survival. In order to resolve this problem, the productivity 4.0 project was proposed by the Taiwanese government with the purpose of increasing added-value by using activities such as intelligent technology development and servitization of manufacturing. Among these activities, intelligent technology is the most important competitiveness for the machine tool industry in the future. This article describes the current status of the development of intelligent machine tool technology in ITRI.

關鍵詞：智能化軟體、虛實整合系統、生產力4.0

Keywords：Intelligent Software, Cyber-Physical System, Productivity 4.0

產業問題與需求
根據台灣國家發展委員會的資料，2015年是台灣勞動人口（15至64歲的工作年齡）的最高點，占全國人口數約74%。受少子化趨勢與人口老化的影響，到2060年時，非勞動人口將達到全國人口數的一半，相當於一個勞工要養活一個老人或小孩；同時也預測在2020年時台灣產業人力缺口將達186萬人，造成「人手越來越少、事情越來越多」的狀況。又因資源、環保與永續發展的壓力，及全球市場產品週期短與客制化需求，台灣產業需要提升單位資源生產力以降低擴廠需求，調整生產技術與方法面對彈性製造壓力，並且發展相關服務滿足客戶需求。在這些挑戰下，製造業唯有導入智慧化技術才能使製造業產值提升。

生產力4.0
台灣製造業在過去生產力1.0 （1982年至1991年）的資料密集產業階段，主要是透過程式化技術將勞動人力導向生產自動化，提昇製造產量；生產力2.0 （1991年至2001年）的技術密集產業階段則以CNC發展高精度機械設備與整線化自動化生產，提升生產效率與品質；生產力3.0 （2001年至2011年）進入創新密集產業階段，以電子化技術實現企業管理與製造e化，有效控管企業資源。行政院以德國為師，近期提出生產力4.0的願景，透過整合物聯網（internet of things, IoT）、智慧機器人與巨量資料，在工具機、金屬加工、3C、食品、醫療、物流與農業為主要七大應用領域應用訊號感測、資料處理、智慧決策與作動控制發展智慧自動化技術，期望台灣進早進入智慧密集產業階段。

2.1 工業4.0
德國的工業4.0的基礎技術包含虛實整合系統（cyber-physical system, CPS）與物聯網，預期透過巨量資料分析技術，建立智慧化工具機與智能工廠。以下針對工業4.0的內容作介紹：

2.2 虛實整合系統
CPS是針對製造系統的不同面向建立各種虛擬模型，並建立虛擬與真實物理系統之互動介面。如圖1所示，可由機台的感測器、CNC控制器的參數與使用者操作歷程取得生產過程的資料，並建構雲端資料庫以儲存來自感測器、生產管理、品管系統相關的異質（heterogeneous）資料，再發展針對異質資料之創新分析方法，建立雲端化加值服務。

2.3 物聯網
IoT如同字面意義，是建立各式物件的網路，共享物件彼此的資訊。透過物件間的資訊分享，並且將資訊連接到背景分析的數據中心，可以進行物件的管理與控制，達到智慧環境的目標。在物聯網中，資料與處理後的資訊將會產生過去難以想像的價值，業者可以透過相關的資訊以軟體在產品上直接進行參數調整的維護手段，或是透過巨量資訊分析提供更完善的售後服務。