技術專題主編前言｜智慧精密機械技術專輯主編前言

2023年9月18日至9月23日於德國漢諾威舉辦為期六天的歐洲工具機展，為全球具代表性的工具機展，參展廠商來自全球約1850家，主要參展國為德國、中國、義大利、臺灣、日本以及瑞士，參觀人數超過92000人，分別來自土耳其、中國、荷蘭、義大利、波蘭等，展覽以創新為主題，主要關注在工具機產業所面臨的缺工問題導致老師傅經驗出現斷層，希望能透過創新的方式，以自動化、數位化、永續性發展，解決終端使用者面臨的困境。

全球氣候的變遷，溫室氣體的排放已成為環境永續最重要的指標，除了汽車產業近年來放棄內燃機引擎轉而朝向電動化發展之外，製造業也面臨邊境碳關稅的實施，與製造業息息相關的工具機設備導入終端使用者從事零件加工製造時設備的節能手段，將成為重要關鍵，透過以往發展工業4.0的基礎，建立設備聯網資料擷取的技術，以數位雙生模型進行虛實整合，過去以真實機台進行加工打樣試製造的模式，在數位模型發展成熟之下，以虛擬模型整合控制器運動控制與機電控制參數驅動機台3D模型，導入加工路徑與材料後，即可進行模擬，預測加工表面精度、加工時間等，以虛擬模擬取代製造前段測試期，協助終端使用者能更精準掌握機台加工的狀況，並且可以進行預先調整，以減少浪費與材料損失，達到打樣製造即成品的目標。

為了降低設備能耗的表現，歐洲工具機廠也開始使用輕量化碳纖複材應用於工具機關鍵模組如主軸、結構件如龍門行工具機頭部等，利用碳纖複材輕量化高剛性的特性，達到減少動件重量同時又兼具高阻尼的特性，可提升移動件動態特性同時又可以降低馬達能耗，達到節能目標，但唯一的缺點就是材料成本單價高，尚待克服，機台加工過程中所占能耗約為30%，其餘70%則為周邊冷卻、空油壓、排屑等系統，對於周邊系統的狀態監控，針對不同加工狀態，進行周邊系統的能耗調整，達到降低工具機整體能耗也成為重要發展議題。

智慧製造的發展，帶動了工業的另一波改革，過去偏重硬體發展的工具機產業，開始邁向數位化轉型，2019年底爆發的疫情，使人們的生活發生了改變，也帶來另一波智慧製造數位化轉變，遠距服務、沉浸式互動開始進入工業製造領域，協助解決當服務人員無法到產線協助解決問題時，透過遠距服務結合虛擬場景或增益實境模式，整合電子看板等數位化內容，加速問題解析與提供解決方法，此次歐洲工具機展包含DMG MORI、GROB等大廠都有沉浸式互動技術開始應用於工具機產業，協助終端製造業者解決設備問題。

近年來亞洲製造因疫情、地緣政治、人力等因素，開始將產線遷移至東南亞國家，產線的遷移與重組耗費大量的時間，如何快速地將產線遷移並且能夠因應各種不同的加工零件部署製造方案，提升產線稼動率，改善產線生產問題，透過遠距協同與智慧化軟體串接平台，快速進行智慧製造軟體方案的產線部署，同時透過軟體串接，可快速提供生產製造訊息，讓跨國異地產線也能即時監控達到零距離產線管理目標。

本期智慧精密機械技術專輯，將以工具機及加工製造數位化轉型為主題進行探討，領袖觀點部分，邀請臺灣西門子數位工業總經理駱奎旭 (Aditya Ramkrishna)分享西門子控制系統在數位製造領域的發展現況，也針對數位製造未來應用趨勢提供觀點，協助讀者了解數位化轉型對於工業生產與低碳製造所帶來的好處。

第一篇文章「駕御未來產業浪潮-工具機巨擘的引領與創新」由產業觀點探討我國與國際工具機大廠在電動車、風力發電、航太領域的工具機加工製造應用，從電動車的崛起，帶動工具機製造設備提高生產效率，風能和航太用於製造精密複雜零件的需求帶動工具機技術的進步，透過數位化和自動化的技術創新，工具機業致力於提供低能耗、高效能、高品質的解決方案，助力新興產業的蓬勃發展。

「虛擬工具機數位雙生平台」，則以工具機數位化轉型，以虛擬工具機數位雙生平台，結合虛擬工具機結構和虛擬工具機控制器等數位雙生模型，進行加工製造生產前的加工模擬測試及加工參數驗證與加工時間估測，減少後續生產製造因為錯誤的製造參數導致材料的浪費。「工具機傳動系統進給剛性衰減快速檢測技術」探討工具機數位模型與關鍵零組件參數敏感度的關聯性，由參數敏感度資料庫連結實際加工製程品質，當整機動態性能指標因關鍵零組件磨耗產生變化時，即可連結到敏感度資料庫進行肇因分析與追溯，並發出警訊給終端使用者及工具機設備售服維修單位進行故障排除，達到提升設備稼動率及工具機產品妥善率的目標。「工具機數位雙生模組協作體系」探討工具機數位雙生模型，以涵蓋幾何結構、機械特性之模型，結合控制系統與機電控制參數，由實際工具機中獲取數據，與虛擬模型結合，再基於數位雙生模型的模擬，系統可優化工具機運行參數，以實現更高的生產效率和品質。
「智慧工廠沉浸式互動遠距協同工程環境開發」探討智慧化工廠如何以建構之數位資訊，結合虛擬模型，結合沉浸式互動技術呈現數位化內容，帶入智慧工廠進行遠距協同工程應用情境，並探討未來可能的發展方向。「金屬異質材料結構輕量化設計新技術」探討利用輕量化碳纖複材與金屬材料異質結合，應用於工具機零件達到輕量化的目標，碳纖複材具備高剛性、高強度、低重量等特性，應用於工具機結構件，降低進給軸馬達能耗達到綠色節能目標。「馬達異常狀態監控技術研究」則是探討馬達異常監控系統，於VMX平台上建立資料擷取模組，於馬達運行中擷取電流及振動訊號等資訊，接著於雲端平台上的AI工具箱模組進行資料前處理、特徵篩選及模型訓練，提供使用者馬達異常警示，協助製造業者減少停機之機會及廢料的產生，達成機台智能化之加工品質與加工效率的提升。

「組合式智慧製造服務系統介紹」組合式智慧製造服務平台，則以不同產線樣態，結合智慧製造專家軟體，依照規劃、準備、生產、監控及服務等五大流程進行分類，使用者可依據各階段的需求將應用程式串接為組合式服務方案，建立異地產線監控，產生自定義格式之生產營運報表。「快速調機與設備匹配技術於異地投射之應用」說明自動調機技術以機台伺服參數優化為基礎，透過串接機台加工NC碼與控制器伺服特性資料，對應機台所建立之資料庫進行設備匹配，協助使用者依據使用情境需求，媒合資料庫中最適合該工件加工之設備，因應未來少量多樣快速轉換的需求。「數位雙生應用於五軸加工驗證」一文則是探討數位雙生模型結合西門子五軸控制器數位模型，整合插補器、伺服傳動模型、結構動態分析等技術，預測五軸加工的輪廓誤差，並達到插補參數調整功能，最終再以NAS979標準測試工件進行加工測試驗證。透過本期文章的分享，期望能為讀者提供智慧製造數位轉型的技術發展現況，作為未來發展方向之參考。