數位+淨零=工具機雙轉型

calendar_month 05/21/2024
字級:

工具機雙轉型 強化競爭力

透過AI、5G等應用 加速數位化與低碳化 迎戰全球多變局勢 搶占關鍵地位

台灣工具機產業面對全球震盪多變的政經局勢,加速「數位化」與「低碳化」是主要解方,而AI、5G等數位科技運用是達成產業升級的重要手段,數位、淨零雙轉型將是工具機產業競爭力表現的新典範。

觀察近年趨勢,以生成式AI的發展最受矚目。生成式AI可透過大量資料學習訓練,依據輸入資料,自主產生新的資料內容。輸入與輸出資料類型可包括文字、語音、圖像、影像、程式碼、3D模型數據等。目前生成式AI模型建構,主要方式之一是透過生成型預訓練變換模型(簡稱GPT)方式,利用極大量的非標註、非結構化資料與自監督式學習過程進行訓練,建構基礎模型。

這類基礎模型可依據輸入資料,自動產生新內容。例如目前熱門的ChatGPT,可依據使用者輸入的文字提示,回答問題或產生一段文章、一份文案。在製造領域,有許多工作都涉及到軟體開發與程式撰寫,包括各類製造與生產管理資訊系統,數值控制(CNC)工具機加工程式(NC code),各類運用於自動化裝置的可程式化控制器(PLC)程式,以及工業機器人控制程式等。

製造領域研發與工程人員可透過生成式AI自動生成相關程式碼,進而縮短軟體與控制系統研發或更新時程。製造業大廠正積極布局生成式AI應用,例如西門子與微軟合作工業生產新動力方案,利用生成式AI推動工業生產力;國內東台精機也布局生成式AI應用,例如設計增強式學習機械手臂夾取方案,以及工廠管理AI 3D動作辨識應用等方案。

第28屆聯合國氣候變遷大會去年底召開,近200個國家通過「脫離化石燃料(transitioning away from fossil fuels)」的決議。終結化石燃料就從這一刻開始。面對全球氣候風險,導入AI、5G等數位賦能應用,將是台灣邁向淨零路徑的重要解方。

企業推動淨零轉型過程中,不只產品從設計端就要開始規劃,製造端也要調整,對於導入低碳技術的工具機業者,首要須瞭解內部主要碳排來源,接著是針對排碳熱點執行能源管理、碳排監控與去碳化。

日本DMG MORI提出整體作法,訴求產品/廠房/供應商,持續開發永續工具機與相關技術、促進員工滿意度與健康、致力捐贈與相關公益活動實現共同利益。MAZAK則推出綠色工具機新機種,主要針對主軸、驅動軸、液壓系統、油泥處置進行改善與管理,整體能耗相較傳統機型降低46%。

另一家工具機廠商日本OKUMA推出次世代電腦數值控制,其具備更強大的運算與監控處理速度、操作更簡單且安全、更智慧、能更低能耗與更快暖機等更節能的切削加工。

為協助工具機業者切入高階市場供應鏈,經濟部產業技術司近四年在機械領域投入近百億元,協助研發法人如工研院、精機中心等開發工具機加工精度更高、效率更快、壽命更久的軟硬整合技術,以解決工具機廠商痛點。如支持工研院研發可大幅提升四倍的加工精度的抑振模組及鍛造自動調機軟體;開發台灣第一套高階(高功率)主軸驅動器,取代現行仰賴國外大廠的進口;也開發智慧監控預警系統,可全方面監控檢測加工狀態,使工具機壽命提升1.5倍。

在技術司補助下,近年機械領域技術合作逾300家廠商、促成衍生產值超過100億元,並協助產業搶攻國際大廠供應鏈,如亞太菁英導入工具機抑振模組,已切入AIRBUS市場來進行A320機翼的製造;高鋒工業導入鍛造自動調機軟體,開發的高階鍛造輪圈加工應用系統已賣給國內汽車齒輪傳動零件公司,以布局高單價的鍛造鋁輪圈歐美市場及特斯拉供應鏈;寶元數控技轉高效率主軸驅動器以補足大功率(15KW)高階產品配套缺口,使全國產自主高階控制平台配套利潤可再提高10%,搶攻五軸及車銑複合等高階應用市場;加工機智慧監控預警系統則已導入全球前十大之國內工具機大廠,準確偵測出機台多項目標如刀具/模具、次周邊等問題,減少加工不良率達30%以上,偵測技術媲美國際沖床大廠SCHULER、AIDA。

經濟部產業技術司邱求慧(左起)向總統蔡英文與行政院副院長鄭文燦等貴賓講解經濟部產業技術司補助工研院開發的工具機抑振模組、鍛造自動調機軟體等成果。經濟部產業技術司/提供

技術司近年投注資源,成功將智慧機械導入國內工具機廠商促使其切入AIRBUS、特斯拉供應鏈,讓台灣工具機產業在智慧轉型與綠色轉型趨勢中保有全球關鍵地位。

(作者陳佳盟;經濟部產業技術司技術基磐研究與知識服務計畫成員)


智慧機械雲 助攻綠色製造

面對嚴峻的氣候變遷,極端高溫愈趨頻繁,各國祭出許多碳排政策,積極因應全球暖化問題。歐盟2021年劃下第一道氣候防線,在「2030減碳55%包裹法案」中,宣布2026年實行碳邊境調整機制(CBAM),進口商須購買CBAM憑證來繳交碳稅;美國清潔競爭法案(CCA),也於2024年開始對國內外製造商徵收碳關稅。

台灣的製造業在國際舉足輕重,動輒牽引全球產業供應鏈,也是地球村永續發展的重要角色。政府已於2021年制訂「2050淨零排放」為國家長期減碳政策目標,同時釋出大量資源挹注製造業,希望透過數位轉型提升生產能效,使能源有效利用,達成綠色製造的目標。

為協助我國製造業獲取先進技術與加速轉型,以儲備高度國際競爭力,經濟部產業技術司長期投入大量資源及鏈結產學研能量,並針對智慧科技、永續科技、製造精進、民生福祉與服務創新等五大領域別,進行技術研發。更支持工研院推動智慧機器人及AI應用系統的研發,以及開發智慧工廠雲端平台的加值服務,積極解決製造業轉型所面臨的瓶頸,肩負起引領產業軟硬體升級及數位轉型之重責。

在硬體升級部分,建立工業機器人應用系統與智慧化自主供應能量,提升應用彈性與附加價值。技術司支持工研院開發「機器人製造次系統控制器」(Robot Cell Controller),透過AI軟體的加持,簡化智慧手臂的操作,並將傳統製造工藝數位化傳承,應用範圍涵蓋許多高附加價值的加工作業,以機器人數位化平台系統,改善中小製造業流程效率。

機器人製造次系統控制器之應用。工研院/提供

「機器人製造次系統控制器」、「機器人軟體」及「系統化整合技術」可滿足3C產品、汽車零組件、航太及半導體等新型態加工需求,填補機器人系統缺口,打造機器人產業生態鏈,進而增長台灣工業機器人產值。現已獲得國內外專利和技術轉移超過120件,帶動廠商投資近25億元,衍生近47億元的產值。未來研發將著重於打造「機器人共通平台」和開發「高擬真虛實融合技術」,強化機器人系統技術能量,使國產機器人成為亞洲高階製造中心的要角。

在軟體整合部分,技術司補助工研院打造製造業專屬的應用程式市集(App Store)「智慧機械雲平台」,建立雲端服務的標準化、訂閱和銷售機制,將物聯網、巨量資料、AI、虛擬預測、雲端運算等技術上架至平台,讓業者以更便捷的方式取得技術資源。

「智慧機械雲平台」目前試行於五大產業(工具機、電子設備、金屬成型、塑膠射出設備、紡織設備),並成功結合國內塑橡膠設備大廠,如鳳記、富強鑫等,搭配「智慧化塑橡膠設備監測技術」、「成型品質分析與回饋技術」與「智能遠端即時監控氣體處理技術」,協助廠商進行智慧監診與品質分析、切確掌握產品能耗數據,以達到品質監測95%全檢及有害氣體濃度去除效率70%,除擴充我國內需市場,更成功接軌國際。

此外,「智慧機械雲平台」發展多國語系推廣至國外,以滿足台灣中小製造業外銷國際市場需求,而成果亦獲APEC肯定,2023年更赴海外推廣,以雲端服務布局越南、泰國等地,搶攻亞太智慧製造市場。

全球工業的永續發展,除提升生產效能和產品價值外,還必須與環境達到共存共榮。在技術司支持下,研發法人將持續與產業並肩同行,深耕重點領域技術,以更精實政策和更有效率的資源,帶動產業全面轉型,實現智慧低碳的永續製造。

(作者饒達仁;經濟部產業技術司智慧設備暨系統雲端加值服務技術開發計畫/主持人)


技術大升級 兼具效率減碳

近年來全球生產製造商為因應快速變化的全球製造供應鏈,以及各國/經濟組織碳稅規範,紛紛運用數位轉型工具進行智慧與節能的自動化生產。透過導入智慧生產管理系統來進行生產製造與能耗管理,可降低人力成本、試誤重工與產線上之能源浪費。此外,工具機設備端裝設感測器與監測模組,可即時掌握機器生產設備狀態和能耗狀態,並針對生產異常預先調整製程,提升製程效率與產品良率,同時減少製造過程之碳排放量。

經濟部產業技術司於碳稅議題萌芽前,即開始布局工具機產業數位與綠色轉型技術,大力推動我國製造業雙軸轉型,引領產業進入數位化與綠色工具機的全新局面,為國內產業帶來嶄新的活力與發展動能。

精機中心智慧零組件開發部/提供

技術司支持精機中心運用科技專案補助發展「主軸健康預診系統」,解決傳統的主軸於加工過程中缺乏線上檢測方法與智慧化監測技術問題,如無法即時反饋使用者主軸運轉健康狀態,以及可能因振動或溫升異常而引發不必要的生產停機問題。

「主軸健康預診系統」利用多面向感測器和軸承動態預壓量測技術,即時監測主軸的溫度、振動和預壓等資料,並透過科專能量所建立的主軸多感測擬合及分析技術,可直接提供使用者快速掌握主軸健康狀態及預測主軸潛在問題,進而合理規劃維護工作,減少因主軸故障導致的停工和生產中斷,並降低成本損失。截至2023年,此系統已成功應用於二主軸製造商、八家工具機企業以及一家加工業者,為國內製造業的智慧生產模式升級提供有力支持。

在技術司補助下,精機中心長期透過科技專案在工具機領域不斷探索創新,結合人工智慧(AI)與大數據資料建立「工具機熱誤差補償技術」。針對工具機主軸端和進給軸端的熱變位問題,進行高精度的熱誤差補償,能夠讓工件的精度誤差能維持在15微米(μm)以內,同時有效縮短整機模型建置與調整時間。

這項技術不僅是針對加工過程中的溫度熱變位問題做出改善,更可透過遠端智慧化調整模型及降低維護門檻,進而推動自適應熱誤差補償技術的普及與推廣。目前有十家國內工具機設備廠商導入及應用該技術能量,並成功切入航太、半導體等高精度加工需求市場。

少子化與高齡化現象正對製造業的勞動力供給構成嚴峻的挑戰,為因應這種勞動力短缺以及工時變異所帶來的影響,精機中心投入開發「可信任性智慧排程系統」。這套系統考量各種不同的情境,包括涵蓋「交期優先」、「插單優先」以及「機台故障排程」等多種排程規劃模式,從而極大化地減少生產排程時因工時不穩定性而導致排程與現場狀況無法吻合的問題。

相較於原始排程方式,可減少排程時間及最適化生產工況,使客戶生產線之產量提升約20%,準交率提升至80%以上,並可同時降低因排程不當而導致的能耗成本和資源浪費。目前已應用於五家國內指標工具機設備廠,並導入應用至十家航太、汽車、模具、金屬零件加工廠商之數位產線。

未來國內製造業成功雙軸轉型,將能替產業帶來更多的創新商機和發展,穩固我國在全球製造領域中的地位。

(作者姚克昌;經濟部產業技術司精密零件加工邊緣運算服務模組開發及環境建構計畫研究成員)

本文同步刊登於2024/05/19經濟日報A11產業追蹤