技術通報 304期_2024 JIMTOF雙軸轉型趨勢分享 2025.03.04

2024 JIMTOF雙軸轉型趨勢分享

 

文/ 吳仲偉、李盈逸、吳相儒、賴敬侑、江宥緯
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1. DX 數位轉型
2. GX 綠色轉型
結論

 

  2024年JIMTOF 的展覽主題以莫比烏斯環(Mobius strip, ∞ ) 為主如圖一,象徵無限的可能性, 並以〝Technologies passed down to the future offersunlimited possibilities.〞亦即「為傳承未來技術,提供無限可能」為主,期許將目前製造技術傳承至未來,同時包含軟體與硬體技術,並拓展不同終端加工應用領域產業,觸發不同想像以創造無限發展潛力。

圖一、2024 JIMTOF 展主視覺
  本次展覽主要議題依舊圍繞「人力不足」、「生產力提升」、「品質向上」等議題,因此亦 有許多廠商皆針對製造業需求端常見的加工問題,分別以「雙軸轉型」概念提出數位轉型(Digital Transformation; DX) 與綠色轉型(Green Transformation; GX) 等解決方案進行展示,其中包含: 自動化、人工智慧、智慧工廠、淨零碳排等技術議題。本文將著重介紹於此次2024 JIMTOF 日 本相關廠商所提出雙軸轉型的解決方案。

▋ 1. DX 數位轉型

  數位轉型係指運用數位技術,對企業的業務模式、運營流程、產品與服務進行全方位的創新 與重塑,以實現更高的效率、提升競爭力及創造新價值的過程。數位轉型並非新的產業趨勢名詞, 已是長期出現於製造業熱門的關鍵字。在本次JIMTOF 展場上也出現了許多與數位轉型相關之展 示,從單機加工到整線、整廠製造,透過導入自動化、人工智慧、數位軟體服務等技術解決方案, 藉以達到無人化生產、減少產品生產週期(Cycle Time)、加工品質最佳化等生產目標。

(1) 自動化(Automation)

  本次展會各家工具機廠商針對不同自動化情境進行展示,從小至自動化生產單元的機台設備 與自動化周邊整合( 如: 自動化檢測、自動搬運工件、倉儲管理.. 等),大至整廠產線的高度自動 化( 如: 透過AGV 或AMR 搬運.. 等),以提供客戶提升生產力與效率的生產解決方案。
  • 自動檢測( 線上):
    BIG DAISHOWA

      DYNA ZERO VISION 是一款先進的非接觸式工具位置測定器,專為精密加工領域設 計,旨在提升加工品質和效率,強調可直接於機上量測得知刀具的長度、直徑、磨耗等數據。
      透過CMOS 相機搭配先進的圖像處理技術,並結合LED 藍光閃頻功能,使DYNA ZERO VISION 能精確測量刀具的動態振動量,以及清楚解析刀具表面磨耗程度,確保加 工過程的穩定性(如圖二)。此外,可與Windows 系統的CNC 設備連接,透過建立可 視化介面,呈現刀具測量結果,並獲取刀具振動量之調整建議。

    圖二、BIG DAISHOWA_DYNA ZERO
    (資料來源: BIG DAISHOWA 官網)
  • 自動辨識:
      FANUC 於展場上展示AI 隨機部件抓取與自動路徑生成(AI Random Part Picking and Auto Path Generation) 技術(如圖三),透過圖像辨識技術可讓機械手臂在夾取物 品時有著更高的準確度,並且能針對不同大小或是顏色的工件進行夾取動作。其中搭載 FANUC 3D 視覺技術的3DV/1600 感測器,可根據軟體設定在不同的範圍進行測量(近 距離、標準、遠距離),透過取出及放置位置傳輸後,自動生成無碰撞的路徑,最終傳輸 到機器人末端機構進行工件取放。

    圖三、FANUC_ AI 隨機部件抓取與自動路徑生成
  • 整廠自動化搬運:
    THK

      SIGNAS 是THK 所推出具有高度自動化之解決方案,專為提升整廠製造與物流現場 的效率而設計。SIGNAS 採用內建攝影機識別目標標誌的誘導方式,無需鋪設磁條或固定 路徑,大幅簡化移動路徑設定和變更操作,讓使用者能快速調整搬運流程,且減少現場路 線維護工作量。同時具備強大的環境適應能力,能在瀝青、格柵、花紋鋼板等不平坦路面 上穩定運行,適用於室內外或建築工地等多樣化的搬運場景(如圖四)。

    圖四、THK AGV 機器人_ SIGNAS
    (資料來源: THK 官網)
    DMG MORI
      展會上DMG MORI 展示主動式移動型機器人UH-AMR 2000 與WH-AMR10 等自 動化解決方案為用戶提供最大的靈活性。AMR 2000 結合INH 63(臥式5 軸加工中心機) 機台展示自動搬運切削鐵屑桶之生產情境,搭配超音波感測器,可以即時偵測切屑蒐集的 狀態,並透過AMR 2000 自動生成搬運路徑,能更有效的進行鐵屑桶更換,維持長時間 自動化加工(如圖五)。

    圖五、DMG MORI 透過AMR 2000 自動搬運鐵屑
      WH-AMR10 是一款強調無需導軌且具備高度靈活性能之主動式移動型機器人,透過 搭載視覺感測器使機器手臂定位精度優於 ±1mm,同時可在加工區域內自動避開生產人 員與障礙物,且能在地面高度達35mm 的障礙物進行搬運,並透過非接觸式的電源供應 以實現24 小時長時間運作不間斷(如圖六)。

    圖六、DMG MORI 自動化解決方案
    OKUMA
      此次會展上,OKUMA 提出對應勞動力不足與降低環境負擔的解決方案,透過五軸、 複合加工方式,透過自動化、省人化、工程集約等方式,不外乎都是為了提高客戶生產效率。   在自動化解決方案目的為了讓現場操作員可以輕鬆使用,可針對客戶需求和生產形 式,提供量身訂製的多樣化自動化產品。在省空間自動化單元透過架設在機器中的機器人 系統(ARMROID),以實現小空間中的自動化。在多機器間彈性搬運方面,則可透過移動 式協作機器人系統(OMR20) 來達成(如圖七)。

    圖七、OKUMA 多機器間彈性搬運
    (資料來源: OKUMA 官網)
      在工件搬運及外圍設備的自動化方案上,則可利用smarTwinCELL 進行提前加工準 備,透過其模擬器(ROID Navi) 進行離線教導,系統會自動生成無干涉的動作路徑,使 現場人員在切換工件的實機生產啟動時更加輕鬆便利(如圖八)。且可估算包含機器人 在內的加工單元時間,協助現場人員擬訂生產計畫。當發生意外停機時,可提供重啟操 作指引,迅速恢復生產。

    圖八、OKUMA-smarTwinCELL
    (資料來源: OKUMA 官網)

(2) 人工智慧(Artificial Intelligence)

  可分為加工前準備以及加工中診斷/ 自適應調控。加工前準備透過數位雙生(Digital Twin) 技術,於虛擬環境中預先得知加工模擬結果,可提前發現加工潛在問題( 如: 機台干涉、撞機), 從而採取預防改善措施,來減少加工異常發生之機率。加工中可利用AI 異常檢知、故障快速排 除等技術進行工件品質辨識或機台異常判別,以避免加工品質出現異常,進而造成生產損失。
  • 加工前準備:
    FANUC

      FANUC 的Smart Digital Twin 是一套先進的數位雙生解決方案,旨在透過數位模擬 技術提升生產效率和加工品質。基於CNC GUIDE2 開發的技術,CNC GUIDE 是FANUC 推出的模擬器,可做到很高準確度的加工模擬情況。比起過去所優化大多為精確再現CNC 加減速和平滑功能,FANUC 實現模擬工具路徑和加工時間,所有結果都可以在機邊電腦 上所呈現,且可根據物理參數計算出實際的加工路徑,以此避免在實際加工可能出現的 碰撞情況。
      Smart Digital Twin 透過搭載CNC Reflection Studio 軟體,可高度模擬機械運動 的工具,且能在協助估算工件最後的表面精度,以此減少實際切削次數。而根據上述所 有分析結果,最終可提供優化的最佳方法。除達到提高工件品質的效益之外,還能減少 開發成本(如圖九)。

    圖九、FANUC_ Smart Digital Twin
  • 加工中異常檢知:
    NAGASE

      在本次展會上,NAGASE 首次推出應用於CNC 磨床之 Integrex AI 系統(見圖十), 旨在收集和分析研磨過程中的大量數據,可實現即時監控、測量和預測診斷,最終目標在 於提高加工品質並最大限度地減少停機時間。NAGASE 直接將測量功能融入磨削過程中, 使用者可於機上驗證大型工件精度,無須停機及手動測量,大幅提升工件品質檢驗效率。

    圖十、NAGASE_Integrex AI 系統
    (資料來源:NAGASE 官網)
      此外,NAGASE 針對砂輪研磨表面開發一套AI 砂輪表面觀察系統-GRIDE EYE®, 透過在砂輪旋轉過程中即時高速拍攝其研磨表面,並結合AI 解析,預測加工過程中可能 出現的不良狀況,並建議適當的修整時機,以減少防止加工缺陷(圖十一)。

    圖十一、NNAGASE 磨床自動化技術
    (資料來源:NAGASE 官網;PMC 整理)
    MITSUBISHI
      MITSUBISHI 在展會上推出一款AI 加工診斷工具-NC Machining AID(如圖十二), 可實現加工自動化並降低生產成本之浪費。該工具具備加工異常檢知、刀具磨損檢測和操作 錯誤檢知等功能,且功能操作簡單,僅需利用從控制器到機台端所收集的電流數據即可實現 診斷功能,透過機器學習正常加工狀態,可快速縮小診斷範圍,並減少所需蒐集之數據量, 且當檢測到異常時,會立即發出警報並停止機械運作,以防止加工不良品的情況產生。

    圖十二、三菱_ NC Machining AID 結合機器學習
    (資料來源:MITSUBISHI 官網)

(3) 其他展示重點

  DMG MORI- 數位客戶服務
  DMG MORI 透過自己開發的my DMG MORI 服務與生產端的輔助系統TULIP 來協 助客戶,當發生問題時可聯絡客服中心,可共享操作畫面,透過即時的遠端協助,並協助 客戶進行故障排除以達到縮短停機時間的目的。

圖十三、my DMG MORI 服務
  TULIP 製造支援應用程式創建平台,是一款無需專業程式設計知識即可使用的製造 支援應用程式創建平台。它幫助企業將傳統的紙本操作程序和品質檢查表數位化,並實 現生產資料的視覺化與流程改進。TULIP 為操作員提供靈活性,能迅速適應產品規格或製 造流程的變化,同時還可與製造現場的測量儀器和現有系統連接,成為推動數位化和流 程改善的理想解決方案(如圖十四)。
  • TULIP 的核心功能與優勢:提高生產力的六大功能模組,這些功能的結合可顯著縮短 工作時間和提升生產效率。
    • 操作程序:創建清晰易懂的操作指南。
    • 培訓支援:縮短新員工上手時間。
    • 檢查/ 品質管理:有效降低缺陷率,確保產品品質。
    • 流程分析:透過數據支持流程改進。
    • 視覺化:將生產數據轉化為直觀的圖表和報表。
    • 設備監控:實時監控設備運行狀態,提升維護效率。
  • 現場導向的數位支援
    操作員可以根據現場需求自行創建應用程式。透過視訊指引、防錯功能和直觀設計,以減少人為錯誤。 利用歷史操作記錄和數據,持續優化生產流程。
  • 無需編程即可靈活創建應用程式
    即使沒有程式語言基礎,任何人都能輕鬆應用。當產品規格或流程變化時,客戶可以迅速調整應用程式內容。
  • TULIP 適用多樣化產業

    圖十四、DMG MORI_TULIP 服務案例
    • 一般製造業:提升工具機效能並改善操作流程。
    • 藥品製造業:建立品質和可追溯性管理系統。
    • 食品加工業:創建多語言、視訊操作程序。
    • 物流業:優化倉儲與包裝程序。
    • 房地產業:簡化維修、檢查和建築施工流程,確保高品質執行。

    ▋ 2. GX 綠色轉型

      在綠色轉型中,可分為政策支持、工具機廠於自身企業內化達到碳中和的規劃與措施以及如何協助客戶進行綠色轉型的方案有完整的展出與介紹。

    (1) GX 綠色轉型政策

      GX 綠色轉型目的是改造經濟和社會系統,旨在保護因氣候變遷而令人擔憂的全球環境,同 時實現減少溫室氣體排放的碳中和社會和創建可持續發展的社會。
      日本政府在協助相關產業進行綠色轉型的政策包含,針對企業使用的機器設備(如工具機與 加工機)的節能改造提供多種政策支持,包括節能設備補助、稅務優惠和融資等相關措施。
    • 節能設備補助:
      日本經濟產業省的節能補助計畫支持企業引進高效節能設備,包括產業用馬達、壓縮機、冷凍冷藏設備等,要求達到節電10% 以上的目標。補助金額為設備費用的1/3,金額上限為3,000 萬日圓,下限為30 萬日圓。
    • 稅務優惠:
      節能設備可以享受加速折舊的稅務優惠,最多可達設備成本的30%,中小企業還可以選擇享受7% 的稅務減免節能融資與資金支持。
    • 節能融資與資金支持:
      日本銀行推出的氣候變化適應計畫,提供企業低利息貸款以支持節能和環保項目,目標是推動私營部門減少能源消耗並降低碳排放。

    (2) GX 綠色轉型- 日本工具機廠商企業內化政策

      DMG MORI
      DMG MORI 在綠色轉型的企業內化政策提出2030 年短期與2050 年的長期減碳目標,並加速原先於2021 年訂定「2030年與供應鏈共同減碳」的目標,其減碳目標提升至27.5%(原先13.5%),以宣示長期減碳的政策( 圖十五)。

    圖十五、DMG MORI 減碳政策
      MAZAK
      MAZAK 持續宣示於2030 年減碳比率相較於2010 年將減少50%,在企業內化的方式則透過工廠省電節能、物流與包裝材料減少、新材料應用與開發更高效率的加工技術等方式進行(見圖十六)。

    圖十六、MAZAK 2030 年減碳目標( 左),減碳措施( 右)
      JTEKT
      JTEKT 也提高品牌自身的減碳目標,將原先於2022 年設定的減碳目標提高10%,將 於2025 年比2013 年減少45% 碳排放,並於2030 年減少60%,同時於2035 年實現 JTEKT 本身的碳中和,與供應商一同達到碳中和則設定於2050 年實現(圖十七)。

    圖十七、JTEKT 減碳政策(資料來源:JETKT 官網)

    (3) GX 綠色轉型- 日本工具機廠商企業協助客戶改善

      DMG MORI
      DMG MORI 在協助客戶達到綠色轉型的方式,是通過MX 加工轉型以整合製程、自 動化和 DX 數位轉型來提高生產力,並通過減少產品和外圍設備與零組件的能耗來減少, 客戶使用產品過程中的CO2 排放量,從而為客戶工廠的GX 綠色轉型做出貢獻。
      針對綠色轉型DMG MORI 所制定的減碳措施分為三個層面,分別為 : 綠色機器 (GREEN MACHINE)、綠色模式(GREEN MODE)、綠色技術(GREEN TECH),其中綠色模 式在協助客戶端的綠色轉型尤為重要, 綠色模式為每台機器提供一系列智慧化功能,專注 於提升稼動率並有效降低能耗(如圖十八)。這些功能包括:
    • 綠色控制:透過優化加工條件縮短加工時間,進而減少能量消耗。
    • 綠色監控:實現能源使用的可視化,便於實施精確的能源管理。
    • 綠色空轉停止:當機器停止運行時,自動關閉伺服電機、主驅動、冷卻泵等部件的電源,有效避免不必要的能耗。
    • 綠色裝置:採用最新的節能技術於周邊設備,進一步降低整體能耗。
      機台配備綠色模式後,各類型機台每年可減少1,040 kg 至5,380 kg 的二氧化碳排放 量,大幅助於環保與可持續發展目標的實現。DMG MORI 也透過多種能源效率提高措施 協助客戶進行節能,例如:制動能量回收、LED 燈、高效率冷卻水機、零汙泥冷卻液、優 化自動關機功能、自適應冷卻系統流量控制技術等多項節能措施。
      另外,也透過高效變壓器,將電壓從原先的200V 提升至400V(展會上也以NTX 1000 3rd Gen. 為例),提高電壓後可有效提升主軸的最大功率,透過最大功率的提升, 以提高切削時的切深與加工效率,進而達到減少6.7% 之電力消耗。

    圖十八、NTX 1000 透過電壓改變提升機器能源消耗與效率
      MAZAK
      展會上MAZAK 提出GO GREEN 理念,持續以減少產品完整生命週期中之二氧化碳 為目標進行,可透過新材料應用、開發更高效率技術來對準客戶於加工中能耗降低的需求。
      MAZAK 利用MAZATROL 控制器相關的節能措施包括: 透過Smooth Energy Dashboard 電力監控軟體,將機台的電力消耗進行可視化,並可在設備上即時顯示當前 與歷史的能耗數據,以協助客戶有效監控與改進能耗與二氧化碳的排放。
      透過改善冷卻機變頻器,可根據加工時主軸的負載改變冷卻量,實現比以往更高的 節能效率,透過切削液出水量的最佳控制以減少能源消耗,儲能技術的液壓裝置和變頻 式冷水機組等措施來有效減少加工中的能耗(如圖十九)。
      MAZAK 也展示了使用AM 積層製造與複合化生產減少硬化製程時間的應用案例, 每月100 件工件的交期縮短93%,從原先的14 天縮短成1 天,並減少每月100 件工件 碳排放量,從原先5.7 公噸減少至2.6 公噸。

    圖十九、MAZAK MAZATROL 相關節能方案( 左),MAZAK AM 積層製造減少硬化製程時間( 右)
      MAZAK 於立式機種VCN-460 HDCC 上展示HDCC 技術, 其HDCC 即High Damping Composite Casting,代表此機種主要結構鑄件使用高阻尼之複合材料所製成, 可提高動剛性達40%,藉此提供更高的加工效率以節省加工時間,從而減少能耗損失。另 外,此複合材料的熱伸長量僅有傳統鑄鐵的1/25,能有效減少因為抑制溫度所使用的能 源消耗量(如圖二十)。

    圖二十、HDCC 複合材質( 左),VCN-460 HDCC( 中),複合材料與鑄鐵熱伸長量展示( 右)
      OKUMA
      OKUMA 自有的控制器上所搭載的ECO suite plus 功能可進行機台的運轉狀態分析,可監控生產現場所有機台的耗電量與二氧化碳排放量,以利客戶進行能耗管控(如圖二十一)。
      在協助客戶端的加工節能方案,展覽上展示搭載Green Smart Machine 功能的機種MU-6300V,與同等生產力機台相比能節省17% 電力消耗,同時透過流程整合可再節省33% 電力,並減少加工過程的待機時間。
      在LB3000EX III 機種上搭載Green Smart Machine 功能相較同等生產力之機器能節省16% 電力消耗,同時能再進一步透過流程整合減少62% 電力消耗,並減少21%交期時間。

    圖二十一、MU-6300V 節能方案展示示( 左),LB3000EXIII 透過流程整合減少能耗與縮短交期( 右)
      另外,其他的協助客戶節能方案包括:將ATC 換刀方式從氣動改成電動馬達驅動、 延長切削液壽命與汙泥槽更換時間、製程整合、減少待機時間等方案,皆能有效的減少在 客戶端的能耗與碳排放量。
      CITIZEN
      在展會上提出二氧化碳排放透過最佳化吹氣技術進行能耗改善,其原理為改變吹氣方 式,透過間歇式以減少吹氣時的時間,並達到減少二氧化碳排放46% 之效益。
      FANUC
      FANUC 展示新款αi-D Servo motor,具備較上一代更高的轉換效率以減少電力轉換 的損失達10%,並提高了馬達最大扭矩,以利縮短加減速時間從而減少加工時間。
      其他廠商
      其他零組件廠商如MIKY PULLEY 展出可視化氣體流量計,能有效對CO2 進行監控, 能使客戶進行後續的節能措施展開,DAIKIN 展出使用R32 新冷媒的油冷機,與原先冷媒 相比可減少10% 電力,並降低18% 碳排放量。

    ▋ 結論

      數位轉型是一個持續且深度的技術創新過程,其核心目標為提升生產力、縮短生產週期、降 低人力需求及提高產品加工品質。本次JIMTOF 展各家廠商持續展現於數位轉型領域之技術特色, 透過AI、自動化和數位化軟體工具的多維整合,實現從單機到整廠的智慧製造,並透過工具機整 合與流程優化,實現無人化生產不間斷、品質向上等目標,並持續因應少子化議題所帶來之影響。
      在綠色轉型議題中,可發現日本工具機廠商除了自身在企業內化外,皆已規劃至2030 年與 2050 年的減碳中長期策略,甚至是碳中和的目標,同時也協助客戶端進行綠色轉型,其方式則 是提出有效的電力監控,減少待機的電力損失,且將不必要之零部件進行停用,並更換成更高效 率、更節能之周邊零組件,持續進行製程、流程整合的方式以縮短製造與加工時間,從而減少能 源消耗。並且透過溫度補償機制,減少使用冷卻系統達到節能減碳,進一步還可使用複合材料讓 機台不需要在溫控的方式下,並保持加工精度。