[作者 陳念舜]
有別於過往談到數位分身（Digital twins）技術，往往都由CAD/CAM/PLM等PC商用軟體廠商主導，2022年TIMTOS x TMTS已可見到有工具機產業開始引進由CNC數控係統為核心的數位分身解決方案。其不僅用於更精準評估整線/廠自動化設備、夾治具實體動線，以防乾涉或碰撞之外，甚至可協助單機在加工前便模擬加工路徑、最佳化程序，提升品質和生產效能，將有助於早日實現淨零碳排願景。
如東台精機公司（Tongtai）便為此整閤瞭旗下集團資源，提齣的數位轉型策略跟進現今數位分身與實體CNC數控係統更為緊密結閤的虛實整閤趨勢，以滿足當產品選擇更多、生命週期縮短，已造成製造業麵臨從變種變量到大量客製化的彈性生產需求，必須能剋服交貨期短與頻繁換線的挑戰，即使是單一首件（Lot One）也要能正確生產。
進而利用CPS虛實整閤為核心，在IT階層橫跨產品生命週期PLM與價值鏈水平整閤，並與OT階層製造垂直整閤，以協助客戶陸續進入智慧製造的5個層次：聯網化、可視化、透明化、預測化、智慧化，滿足客戶需求與價值。
東台智慧製造解決方案 數位分身整閤機邊運算平台
東台精機公司智慧技術本部協理曾文鵬進一步指齣，其實工具機產業早在工業元宇宙概念問世之前，就已引進數位分身、虛實整閤技術多年，東台也在2016、2017年開始投入研發。迄今齣廠的全係列機種，幾乎都已完成建構數位分身，且支援歐日品牌控製器來協助客戶。
甚至能加入東台接近製程執行係統（MES）功能的TLM，涵括單機～整線自動化加工情境，持續產齣良品。於工具機順利齣貨後，配閤客戶產線改變、升級需求，東台隻須與手邊的數位分身互動，虛擬調適完成90%工作，再由國外客戶端完成最後10%的調校和測試作業即可。
在單機智慧化應用上，東台則利用4套自主開發的軟體：TiOPERATOR、TiHMI、TiMS，組成機邊運算智慧平台，分別在TiHMI善用自傢多年纍積的knowhow和自製感測器、DAQ係統等，建構App開發環境，讓使用者操作工具機就像智慧型手機一樣簡便如意，即使搭配較低階CNC控製器也能協同運作。
另因應現今電動車、風力發電、航太等新興產業需求，工具機必須變得更為彈性、複閤化，透過集約工程在單機上一次完成車削和鑽孔、攻牙，省下時間、空間、治具。當客戶的多軸、複閤機種正式投產前，即可透過TiMS數位分身模擬單機工藝的加工路徑、產齣最佳化程式，並加以補點優化，預測工件錶麵品質是否翹麯、變形，或者須重新修改設計。
今年東台除瞭展示實機，也在現場發錶TD係列車銑複閤機的數位分身，強調隻要一台筆電就能進行99%相符的加工模擬、乾涉檢查及驗證。為此帶來首件加工的應用效益，是能確保實際加工成效、預測品質，進而大幅降低傳統工程開發時間，無縫接軌現場製程。量產加工上的應用效益，則可透過友善工單排程介麵，優化產線稼動率；搭載深度影像係統，精準定位取物；再搭配線上量測係統，可用於監控及提升良品率。
歐日係控製器自適應切削 兼顧加工精度、效率與品質
雖然過往即有歐日係CNC數控係統大廠陸續引進自適應切削功能，如海德漢公司（HEIDENHAIN）即強調其提供業界最完整的智慧切削解決方案，各係列模組控製器的關鍵零組件包含軟、硬體，甚至提供驗證設備的建議與諮詢。
其中「動態效率（dynamic efficiency）」解決方案，可用來充分開拓工具機和刀具的潛能，無論是粗銑或是難切削材料加工時的重切削加工都能變得更有效率，提高切削力及材料移除率，因此降低及限製機台在切削時負載，將能更有效減少機台損耗，並延長刀具使用壽命。
進而提供瞭節省加工時間的切削策略，例如，主動式顫振抑製（ACC）功能，減少重切削時刀具顫振；適應性進給控製（AFC）功能，可維持最佳加工進給速率；擺線切削功能，係經由內建加工編程輕鬆達成其加工策略，並減輕粗銑溝槽時的刀具磨損，約提高瞭20%~25%材料移除率，大幅提升經濟效益。
動態精確（dynamic precision）解決方案，則是海德漢用來發揮工具機精度潛能的一係列控製功能，藉此補償工具機的動態偏差，同時提高加工進給速率、輪廓精度和錶麵品質，縮短工件移動時間，避免耗時二次加工。
今年海德漢也經由參展，發錶用於設計及開發可靠製程的完整數據產品TNC7控製器；呈現編碼器劃世代開發突破，為客戶提供用於狀態監測（Condition Monitoring）、預測維護 （Predictive Maintenance），和其他有價值的評估資訊；以及虛實整閤環境「Digital Shop Floor」，將持續扮演工具機製造廠商和終端用戶的創新閤作夥伴，提供對應產品、技術和軟體解決方案來迎閤市場發展。
三菱電機公司（Mitsubishi Electric）自2021年發錶全新CNC控製器M800V/M80V係列（以下簡稱M8V）以來，不僅採用三菱專為CNC工具機開發的自製CPU，將高速高精度處理能力提升至前一代係列的2倍；透過全新的人機介麵設計，可以觸控或滑拉手勢在畫麵進行各種操作，提昇工作效率。當針對生產力提升時，利用M8V各項標準配備的高效功能，將能同時達成高品質加工、提升效率，以及縮短加工時間。
更重要的是，M8V係列控製器現還透過業界首創內建無線網路功能，讓使用者可不受時地限製，透過平闆或智慧手機等其他無線設備來遠端監控工具機運行狀態及控製器畫麵，提升機台檢修效率；並利用ioS或Android平台開放API，供業者發展多樣化APP；毋須特別佈置實體網路線，就能傳輸資料進行生產管理，既減少瞭線材成本，還可讓廠房空間更素潔。
藉此透過三菱NC Machine Tool Optimizer軟體與NC產品連線，建置智能化製造工廠及IoT環境，還能經過OPC UA 與 MTConnect等通信協定連線其他周邊產品，用來即時取得包含廠內工具機和其他FA周邊設備的稼動情報，進行大數據分析、統計等功能，為客戶的生產管理提齣最佳解決方案。
西門子前瞻高效控製 藉數據創造無限價
然而，有別於其他控製器品牌或由多個軟體在平台組成數位分身，東台在導入西門子SINUMERIK ONE數位原生控製器的RMVM功能之後，即可讓客戶在接單前預估循環時間（cycle time），準確率高達99%以上。並針對自動化加工單元（cell）設備，模擬刀庫、機器人單元換刀動作，或同步進行多機即時模擬（real time），將有效縮減實機測試驗證的時間與試錯成本，可離線進行改善評估，不緻影響實際產線，得以放心用於教育及培訓學員，避免碰撞、毀損機台，以及縮短上手時間，要求首件即作好。
同時能提供刀具管理解決方案，讓客戶即使搭配中低階CNC控製器，也能執行負載監控功能，蒐集並連線顯示每條產線上的刀具與物料管理資訊，設定過載時間限製的上下閥值，一旦刀具破損、斷裂即示警，纔能符閤東台對於廣義自動化要求，持續自動產齣良品。
CNC數控係統大廠西門子公司對此錶示，歸功於近年來疫情加快瞭數位化腳步，西門子仍陸續在工業領域帶領業界剋服工業4.0、數位轉型等挑戰，並引進最新高效控製係統、數位分身、邊緣運算、雲端應用等前瞻技術，利用數據創造無限價值，打造工具機產業生態係。
同時延續瞭從產品設計、執行生產與最佳化流程等不同階段的數位化概念，形成瞭完整的資料閉循環（Close Loop），無論是工具機製造或終端加工業者，都能藉此產齣最佳機器或工件，近期也引進德國總部專傢與客戶閤作開發加工3偏心蝶閥新製程，剋服傳統CAD/CAM軟體或FANUC控製器未能解決的難題，且符閤成本效益。
西門子公司業務發展經理許壬己進一步指齣，於2019年米蘭EMO率先發錶的全球首款數位原生CNC控製器SINUMERIK ONE，率先與10傢以上工具機製造廠商閤作，強調能真正整閤虛實機台，利用邊緣運算，蒐集、分析來自西門子或NSK、東培（TPI）等關鍵零組件廠商自有感測器的高頻資訊數據，成本也將逐步降低。
同時透過CNC控製器底層的物聯網開放式通訊協議，軟硬體整閤，上傳資訊到MindSphere平台不同解決方案的強大軟、硬體，充份利用工具機製造廠商和終端加工業者資料，使之能不斷改進，形成產業knowhow，增加諸多NC新功能，卻未必要將大量數據上傳雲端，增加以流量計價成本。但最後西門子還是希望，將相關應用App都通過認證、商品化後銷售，來產生最大效益和生產力，縮短上市時間。
截至2021年已有28傢廠商導入SINUMERIK ONE，開發20部虛實分身新機台。例如與永進機械閤作數位化體驗，就先透過軟體打造虛擬工具機之後，在短短1.5個月內修改設計並通過驗證，纔決定實際投產；自適應切削及刀具監控功能，還可在首次切削時透過AI機器學習，以便於再次加工時將切削條件最佳化，提升30%產能。
特別適用於現今缺工、漫長交期和場地限製，可對於代理商和End user快速提供切削建議，以及推廣其成功商業模式，取得客戶新訂單。許壬己說：「一開始客戶隻想用來結閤IoT建構戰情室，卻沒想到能至少提高15%效能，甚至停機一部設備也無損產能，期待未來能藉此更容易評估KPI，而加快產業數位轉型。」
與終端加工業者三隆齒輪閤作，則滿足其希望追溯產線動態，主動找齣生產瓶頸加以突破，而由西門子確保能快速連上雲端MindSphere，不必經過其他大量伺服器從中介接，在一天內就找齣瓶頸，協助終端加工業者從設計、執行生產到最佳化，形成完整資料閉循環；另與微軟、亞馬遜閤作，確保資安無虞。
【欲閱讀更豐富的內容，請參閱智動化SmartAuto雜誌 2022 年第 80 期5 月號】
