技術通報 304期_2024年德國SPS紐倫堡國際自動化工業展趨勢觀察 2025.03.04

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展覽概要

趨勢重點

結論與心得

 

▋ 展覽概要

　　2024 年德國紐倫堡SPS – Smart Production Solutions 展是歐洲具影響力的工業自動化 和數位化轉型展覽之一，雖然展會規模及參展商數量遠不及漢諾威工業展，但小而精的SPS 展 覽上更聚焦於控制技術、接口技術、驅動系統、人機介面、感測器技術、工業軟體與IT 服務等 技術展出，這使得展會能夠針對特定的技術和應用進行深入展示和討論，主題也更明確。
　　SPS 展覽的重點主軸包括數位化轉型、智能製造和人工智慧應用；數位化轉型方面，展會 展示了如何通過數位技術提升工業自動化能力，從感測器技術到智能解決方案，涵蓋了工業控 制系統和人工智慧應用，這些技術不僅能提高生產效率，還能提升生產靈活性和質量控制能力； 智慧製造是本次展會的另一個重要主軸，展會強調智慧製造技術的應用和發展，展示了最新的 自動化產品和服務，智慧製造技術的應用不僅能提升生產效率，還能減少生產過程中的浪費， 實現更高效的資源利用，展覽期間，參觀者可以看到各種智能工廠解決方案，了解如何通過智 能技術實現生產過程的全面優化。人工智慧在自動化中的應用也是本次展會的一大亮點，AI 技 術在預測性維護、品質控制和生產優化中的應用（如圖二）。 　　2024 年的SPS 展覽規模涵蓋了16 個展館，總面積達到125,000 平方米，包含1,114 家 參展（如圖三），展會期間，各種專家演講和技術論壇，深入了解AI 在工業自動化中的最新應 用和發展趨勢，商展會後續活動也非常豐富，展會結束後，部分專家演講和小組討論將在“SPS on air”線上平台上提供點播服務（如圖四）。 　　此外，展會期間的“Automation meets IT”聯合展台和“young INNOVATORS”展示了IT 管理解決方案、雲端和邊緣計算解決方案以及物聯網和AI 技術。

 

▋ 趨勢重點

趨勢一加速OT+IT 整合提升系統靈活性

1.更易於協作的開放式平台/ 軟體架構
　　為加速OT 與IT 之間的整合，此次SPS 展覽提供了多種開放式平台和軟體架構方案，此架構基於標準化的通訊協議如OPC UA、MQTT 等，更易於與異質系統數據整合。且操作介面友善，使用者在系統上僅透過拖拉功能方塊的方式快速建立節點及編寫設備自動化流程，即可佈署完成一個專案，也提供企業在快速面對廠內不同需求時，確保靈活調整和擴展系統的彈性，詳見圖五、圖六、圖七。
2.更即時/ 安全的資訊交換模組技術：IO-Link、TSN、EtherCAT
　　對應於資料蒐集和即時性傳輸，IO-Link（如圖八）、TSN 和EtherCAT 已形成主流，三種技術都致力於提高數據傳輸效率，確保實時性和低延遲能力（如圖九、圖十）。
　　在系統架構中，可使用IO-Link 來連接各種感測器和驅動器，大幅簡化設備之間的連接，提供系統即時的數據傳輸和診斷功能，數據集成後可通過EtherCAT 進行高速傳輸，在中央控制系統中，搭配TSN 技術來確保數據的即時處理和傳輸，從而提高系統的整體效率，見圖十。
　　TSN 將成為確定性網絡的標準，並擴展到更多行業應用，而EtherCAT 將繼續在高性能應用中發揮關鍵作用，並與TSN 技術進行搭配，提供更靈活和高效的網絡解決方案。
3. 雲端和邊緣運算解決方案
　　邊緣運算與雲端運算的整合使得企業能夠充分利用兩者的優勢，提高系統性能、降低延遲、增強安全性，同時提升整體業務效率。這種協同工作模式對於推動數位轉型及AI 輔助應用具有重要意義。
　　這些解決方案主要應用於協助現場設被進行預測性維護如Siemens - MindSphere、Rockwell Automation - FactoryTalk Cloud、ABB - ABB Ability 等，透過歷史性能數據搭配機器學習演算法來識別設備故障模式及使用壽命，幫助企業制定更有效的維護策略，從而減少停機時間。

趨勢二AI 提升工業自動化和數字化轉型的效率

1.即時監控和優化生產的Digital Twin 技術
　　Digital Twin 技術在本次SPS 展會上的展示已成為眾多廠商展出的重點趨勢，解決方案包含生產線上的流程模擬，協助機台操作員、生管工程師能夠提前識別錯誤，節省時間和成本。
　　西門子的MindSphere 平台利用Digital Twin 技術來監控設備狀態，進行實時數據分析，並提供預測性維護功能，通過連接實際設備，MindSphere 能夠創建設備的虛擬模型，幫助用戶預測故障並優化維護計劃( 如圖十一）。
　　台達的D-Bot 協作機器人透過與NVIDIA Omniverse 的整合，提供高度擬真的模擬環境，幫助開發者在虛擬環境中進行Robot 解決方案的開發和測試，這種高精度模擬不僅提升了開發效率，還降低了實體產品原型的需求，縮短了上市時間（如圖十二）。
2. 人工智慧（AI）和生成式AI（GAI）
　　在GAI 應用解決方案上，大多圍繞在優化能源管理、設備預測性維護及使用壽命分析、生產 流程優化及品質確保。
　　Schneider Electric 展示了如何利用生成式AI 來優化能源使用，在EcoStruxure 平台上可通過分析歷史能源消耗數據包括電力、天然氣、水、碳排放數據等能源的使用量，進行預測未來的能源需求，依照設備能源使用需求，主動介入設備參數調整，另外，從設備的運行狀態、性能指標和故障記錄等資訊，提供系統進行預測性維護，提前識別和解決潛在問題，減少非計劃停機時間，從而提高能源利用效率，減少能源浪費（如圖十三）。
　　Bosch Rexroth 提出的ctrlX FLOW 系統主要提供智能物流的解決方案，透過生成式AI 技術如 ctrlX FLOW 6D，該系統利用生成式AI 技術來優化物料和貨物流動，並可動態調整物流路徑和資源分配，提升效率並減少錯誤來達到高效的輸送和精確的定位； Smart Item Picking 解決方案結合了3D 圖像識別技術和協作機器人（如 Kassow Robots），利用生成式AI 來識別和分撿物品，並通過輸送帶進行運輸，這系統可以自動辨識未捕捉到的物品，並進行分類和處理（如圖十四）。

趨勢三零組件、硬體設備技術趨勢與AI 結合工業自動化案例

　　隨著機械加工技術的不斷提升以及半導體市場需求的逐步增強，各家零組件廠商正加速推 進產品的技術升級，以滿足日益嚴苛的市場要求。現今市場對高精度、高速度、高環境適應能 力的零組件需求不斷攀升，特別是在半導體製程中，對零組件防塵、降低潤滑油的需求更為迫 切。這些工具機、半導體所需的高精度、極端環境需求下，無塵室的嚴格防塵要求，以及各項 操作條件下的零潤滑環境也是值得關注的焦點。為此，許多廠商開始投入高精度機構設計與新 材料研發，以確保產品在微米級精度下仍能提供高效率運行。此外，針對半導體產業中多樣化 的製程需求，企業也不斷開發具有高度模組化及多功能應用的零組件，以提升市場競爭力。未 來，隨著技術的進一步突破，這一市場的發展空間將更加廣闊。
1. 工具機、半導體適用之週邊零組件
【特色1、零組件防塵、零潤滑化】
　　總部位於德國科隆的易格斯集團（igus GmbH），擁有業界最大的研發測試實驗室，致力 於運動工程塑膠產品的開發和創新，如運動工程塑膠零件、拖鏈、高柔性電纜、乾式科技軸承、 螺桿技術、機器人和智慧感測器等產品。為因應半導體產業的需求，今年易格斯在SPS 展會上 展示了許多「Clean plastics」主題相關的拖鏈、零潤滑軸承相關產品。如圖十五、十六。圖 十五為易格斯無塵室專用e-skin 系列的拖鏈波纹浪管，其特點為零磨耗、符合無塵室ISO 等級 1、外部全閉式設計可防止灰塵和水進入，且材質方面使用耐磨耗的iglidur 材料製成的新型内 部分隔板，可將磨損降低80％。圖十六為一般工具機常見之開放式方形拖鏈，搭配iglidur 材 料製成的鏈板，其低磨耗、安裝容易的特性使半導體設備相關產業也可以選用。
　　此外，易格斯也將iglidur 材料與軸承結成，推出一系列iglidur® J 零潤滑乾式軸承及自潤 螺帽，這不僅消除了污染風險、減少維護工作和成本，同時也提高了耐用性。更重要的是，還 增加了軸承和機器的產品使用壽命。如圖十七所示，自潤螺帽與乾式線性軸承之應用範例。
【特色2、擁抱ESG 環境友善議題、減少油壓元件使用】
　　威騰斯坦（WITTENSTEIN）公司深耕精密齒輪與電機製造領域，結合其卓越的技術優勢， 推出了全新的機電線性致動器系列 --cyber® Force Line。此系列產品秉承ESG 永續理念，完 全摒棄傳統油壓與氣壓元件及相關消耗品，專為現代高效、環保的工業應用而設計。cyber® Force Line 致動器不僅具備高精度與高速度的性能，還能適應多樣化的工作環境，其創新設計 大幅降低能源消耗並減少對環境的影響。如圖十八，威騰斯坦（WITTENSTEIN）公司展示之 cyber® Force Line 機電線性致動器，結合了威騰斯坦享譽國際的精密齒輪與電機技術，確保 cyber® Force Line 具備卓越的功率密度與運行效率。
　　這一突破性的設計為工業生產提供了更快速、更精確的解決方案，同時也降低了客戶工廠 的運營成本。且產品的模組化結構讓系統集成更加靈活，成為傳統氣壓與油壓技術的理想替代 方案。該系列的推出，不僅體現了威騰斯坦在技術創新上的前瞻性，更彰顯了其致力於可持續 發展的承諾，為智能製造與綠色未來注入全新動力也為成型工具機、塑膠和橡膠機械以及食品 和包裝行業、半導體零組件業提供了新的選擇。
2. 動態模組與AI 工業自動化產線範例
【特色1、AI 技術與生產線的結合】
　　ifm electronic 公司成立於 1969 年，是一家全球領先的工業自動化與感測技術供應商，專 注於工業 4.0 和智能工廠之各項感測器解決方案。今年在SPS 展會上展示了許多感測器智能解決 方案。展會現場其中一個攤位展示了一套智能輔助人工揀貨、拼裝的生產範例，運用的感測器有： 影像感測器、光電感測器、工業條碼掃描器、智能按鈕指示燈、距離感測器、工業控制器（PLC） 與IoT 連接等( 如圖十九）。這一系統不僅能透過影像辨識和感測器技術，指導操作者完成複雜 的組裝流程，還能進行錯誤檢測與糾正，即時檢測是否有錯誤操作並發出提示，將生產數據進行 記錄與追蹤，保留操作與檢測數據，用於生產效率分析或品質履歷追溯。
　　除此之外，ifm 也推出了一套智慧工廠和數位供應鏈解決方案的典型示例。如下圖十九，展 示了一項與 SAP 集成和供應鏈優化（SAP Integration & Supply Chain Excellence）相關的示範 設備系統。以抽水泵為例，加入壓力感測器、流量感測器、溫度感測器，並透過通信模組（如 IOLink） 將實時數據傳送到控制系統。此系統以SAP 軟體作為實時數據和可視化結果的呈現平台。再 利用SAP 的數據整合功能，將感測器採集的壓力、流量和溫度數據進行分析和存儲。這不僅能使供 應鏈數據優化，還能進行維護預測及原材料需求計算、幫助管理者迅速理解生產狀況( 如圖二十)。
　　Bosch Rexroth 的 ctrlX FLOW 系統包含高速線性運動系統 ctrlX FLOW HS 和具備六自由度 的平面運動系統 ctrlX FLOW 6D。ctrlX FLOW HS 提供高加速度與高速度，適合快速傳輸和定位， 並具備模組化設計、節省空間，可整合至 ctrlX AUTOMATION 生態系統的優勢；而 ctrlX FLOW 6D 能實現六自由度的無接觸運動，包括旋轉、平移和傾斜操作，適用於需要高精度與靈活性的 生產場景。結合生成式 AI 技術，進行路徑優化、預測性維護和實時性能調整，系統可根據生產需 求動態調整物流路徑和運輸速度，同時降低故障風險和能耗。優化物料流動與物流路徑規劃，進 一步提升了物流效率並降低成本，滿足現代工廠對高效、靈活物流解決方案的需求如圖二十一。
【特色2、智慧感測技術與物流、工業自動化升級】
　　隨著工業自動化與智慧物流的快速發展，各項感測器之技術已成為提升效率與準確性的核心工 具。在各大自動化解決方案中，德國Balluff GmbH 以感測器技術、網路串流及工業軟體平台推出， 許多創新的應用方案。這次SPS 展會，Balluff 公司也展示了一套自動化倉儲管理的範例。Balluff 智慧 物流示範線，結合了RFID 感測器、視覺感測器、光學訊號指示燈、通訊模組等。其中，RFID 感測器 能透過非接觸式的方式追蹤和識別物流中的物品，還能確保物品以正確的順序擺放及流動即時追蹤物 品的進出庫狀態。而視覺感測器則負責用於物體檢測、物品分類及檢查。結合 AI 或影像處理技術，能 夠分辨不同尺寸、形狀或標記的物品。再由光學訊號指示燈顯示系統運行狀態，最後透過通訊模組（如 IO-Link）提供即時數據傳輸，確保以上各感測器與中央控制系統的穩定連接與整合（如圖二十二）。
　　瑞士商柏泰（Bossard）展示了其革命性的智慧供應鏈管理解決方案，包括Smart Bin（智 慧儲位）、Smart Label（智慧標籤）與Smart Vending（智慧庫存），這些技術透過感測器與 數據分析，實現了物料的即時補充與最佳化管理，顯著提升了生產效率並降低了庫存成本。除此 之外，人工智慧（AI）的應用持續改變工業自動化與物流管理的面貌，Bossard 提供智慧工廠裝 配方案，將 AI 技術融入按燈撿貨、線上組裝與流程導引功能，不僅降低人工錯誤率，還提升了 操作效率，實現了高度靈活的生產管理（如圖二十三）。

▋ 結論與心得

　　參訪德國紐倫堡SPS 展覽，涵蓋了工業自動化、數位轉型、物聯網、人工智慧、能源管理與 可持續性發展，以「推動智慧未來製造」為主題，展示製造業的最新技術趨勢與解決方案。主要 為以下重點:
(1) 智能化與數位化技術整合應用
數位孿生(Digital Twin) 技術，在設備狀態監控和生產流程優化方面的應用。這些技術不僅能 提高生產效率，還能減少停機時間。其中，西門子的「Xcelerator」平台示了軟硬體整合能力， 強調如何透過開放的生態系統加速製造業的數位轉型。
(2) 高精度零組件技術
借鑒 igus 和 WITTENSTEIN 的成功經驗，研發高精度、零潤滑的零組件，搶占半導體與無塵 室設備市場。
(3) 工業物聯網與邊緣運算
工業物聯網(IIoT) 和邊緣運算的解決方案顯示了數據即時處理的重要性。例如Schneider Electric 的EcoStruxure 平台，可以在本地邊緣實現數據分析，避免了因網路延遲帶來的效率損失。 (4) 可持續性能源管理
綠色能源管理成為展會的重要議題，多家企業展示了智能能源管理平台及碳中和解決方案。 如ABB 的能源優化系統能有效降低能源消耗，並結合可再生能源，提高能源使用效率; 台達 電子展示儲能技術和工廠節能解決方案，充份呈現能源儲存與分配的未來潛力。
(5) 人工智慧的深度應用
AI 技術在製造業的應用範圍更加廣泛，包括預測性維護、產品質量檢測、自動化生產調度等。 Rockwell Automation 展示了AI 在能源管理中的應用，透過即時數據分析和預測，優化能源 使用並實現生產流程的智能化。
(6) 協同與開放生態
開放的生態系統是加速轉型的關鍵，趨勢以模組化、標準化的解決方案，為中小型企業降低 了進入智慧製造的門檻，並強調供應鏈數位化轉型。如ifm 展示了從感測器到複雜數位化解 決方案，強調透過數位資料通訊技術（如IO-Link）提升生產流程的透明度和效率，進而優化 供應鏈管理; Bossard 的智慧供應鏈解決方案，結合本地化的供應鏈網絡，開發適合中小型製 造業的智慧物料管理系統。
　　2024 年SPS 展覽展現了智慧零組件技術與工業自動化的深度融合，人工智慧在預測性維護 與即時故障檢測中發揮關鍵作用，自適應系統則提升了生產的靈活性與效率，為製造業的轉型升 級提供了明確的方向。同時，台灣工具機產業若能抓住數位化、AI、開放式平台與標準化系統無 縫整合，以及能源優化、低碳供應鏈支持碳中和目標發展趨勢，推動低碳工具機製造模式，進而 優化生產流程將在全球製造業版圖中佔據更重要的位置，為智慧製造與永續發展注入更多動力， 進一步提高市場競爭力。