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引進歐日系CNC數位分身

圖1 : 今年TIMTOS x TMTS 2022東台除了展示實機,也在現場發表數位分身應用範例,強調只要一台筆電就能進行99%相符的加工模擬、干涉檢查及驗證。(攝影:陳念舜)
圖1 : 今年TIMTOS x TMTS 2022東台除了展示實機,也在現場發表數位分身應用範例,強調只要一台筆電就能進行99%相符的加工模擬、干涉檢查及驗證。(攝影:陳念舜)

[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數控系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,以防干涉或碰撞之外,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)便為此整合了旗下集團資源,提出的數位轉型策略跟進現今數位分身與實體CNC數控系統更為緊密結合的虛實整合趨勢,以滿足當產品選擇更多、生命週期縮短,已造成製造業面臨從變種變量到大量客製化的彈性生產需求,必須能克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虛實整合為核心,在IT階層橫跨產品生命週期PLM與價值鏈水平整合,並與OT階層製造垂直整合,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 數位分身整合機邊運算平台

東台精機公司智慧技術本部協理曾文鵬進一步指出,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、虛實整合技術多年,東台也在2016、2017年開始投入研發。迄今出廠的全系列機種,幾乎都已完成建構數位分身,且支援歐日品牌控制器來協助客戶。

甚至能加入東台接近製程執行系統(MES)功能的TLM,涵括單機~整線自動化加工情境,持續產出良品。於工具機順利出貨後,配合客戶產線改變、升級需求,東台只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善用自家多年累積的knowhow和自製感測器、DAQ系統等,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控制器也能協同運作。

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、複合化,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、複合機種正式投產前,即可透過TiMS數位分身模擬單機工藝的加工路徑、產出最佳化程式,並加以補點優化,預測工件表面品質是否翹曲、變形,或者須重新修改設計。

今年東台除了展示實機,也在現場發表TD系列車銑複合機的數位分身,強調只要一台筆電就能進行99%相符的加工模擬、干涉檢查及驗證。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面,優化產線稼動率;搭載深度影像系統,精準定位取物;再搭配線上量測系統,可用於監控及提升良品率。

歐日系控制器自適應切削 兼顧加工精度、效率與品質

雖然過往即有歐日系CNC數控系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,各系列模組控制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,因此降低及限制機台在切削時負載,將能更有效減少機台損耗,並延長刀具使用壽命。

進而提供了節省加工時間的切削策略,例如,主動式顫振抑制(ACC)功能,減少重切削時刀具顫振;適應性進給控制(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,約提高了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系列控制功能,藉此補償工具機的動態偏差,同時提高加工進給速率、輪廓精度和表面品質,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,發表用於設計及開發可靠製程的完整數據產品TNC7控制器;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;以及虛實整合環境「Digital Shop Floor」,將持續扮演工具機製造廠商和終端用戶的創新合作夥伴,提供對應產品、技術和軟體解決方案來迎合市場發展。

圖2 : 海德漢公司向來強調其提供業界最完整的智慧切削解決方案,今年也發表用於設計及開發可靠製程的完整數據產品TNC7控制器。(source:news.heidenhain.com)
圖2 : 海德漢公司向來強調其提供業界最完整的智慧切削解決方案,今年也發表用於設計及開發可靠製程的完整數據產品TNC7控制器。(source:news.heidenhain.com)

三菱電機公司(Mitsubishi Electric)自2021年發表全新CNC控制器M800V/M80V系列(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系列的2倍;透過全新的人機介面設計,可以觸控或滑拉手勢在畫面進行各種操作,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系列控制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制,透過平板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制器畫面,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,既減少了線材成本,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出最佳解決方案。

圖3 : 三菱電機公司M8V系列控制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制,透過平板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制器畫面。(source:三菱電機)
圖3 : 三菱電機公司M8V系列控制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制,透過平板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制器畫面。(source:三菱電機)

西門子前瞻高效控制 藉數據創造無限價值

然而,有別於其他控制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數位原生控制器的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,不致影響實際產線,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控制器,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,設定過載時間限制的上下閥值,一旦刀具破損、斷裂即示警,才能符合東台對於廣義自動化要求,持續自動產出良品。

CNC數控系統大廠西門子公司對此表示,歸功於近年來疫情加快了數位化腳步,西門子仍陸續在工業領域帶領業界克服工業4.0、數位轉型等挑戰,並引進最新高效控制系統、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系。

同時延續了從產品設計、執行生產與最佳化流程等不同階段的數位化概念,形成了完整的資料閉循環(Close Loop),無論是工具機製造或終端加工業者,都能藉此產出最佳機器或工件,近期也引進德國總部專家與客戶合作開發加工3偏心蝶閥新製程,克服傳統CAD/CAM軟體或FANUC控制器未能解決的難題,且符合成本效益。

西門子公司業務發展經理許壬己進一步指出,於2019年米蘭EMO率先發表的全球首款數位原生CNC控制器SINUMERIK ONE,率先與10家以上工具機製造廠商合作,強調能真正整合虛實機台,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。<待續>

【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】

2022.5月(第80期)CNC數控複合+多軸 預擬洞見先機
2022.5月(第80期)CNC數控複合+多軸 預擬洞見先機

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