因全球暖化效應不斷擴大，節能減碳已成為全球目標，全球已經有超過130 個國家宣布在2050 年達成「淨零碳排」， 歐盟也即將在2026 年正式實施「碳邊境調整機制」（CBAM），要求進口產品需依碳含量購買 CBAM 憑證，以加速各國減碳進程，未來勢必將面臨國際碳管制加嚴的挑戰，面對貿易碳稅的挑戰與企業競爭力與永續發展的考量必須提前佈局，淨零排放不僅是環保議題，更是為綠色轉型的契機，以符合國際的減碳趨勢。
2023 TIMTOS 主題聚焦於最新智慧製造趨勢、淨零節能的減碳議題，以2023 TIMTOS 專題報導及許多尖端科技與未來製造的新技術展現，以科技如何讓金屬加工更高效(Efficiently)、更智慧(Smartly)、更永續(Greenly) 之各式解決方案。
為了實現持續優化產能與永續性發展的目標，智慧製造扮演重要的角色。主要以數據化為基礎，建構智慧化的生產、設備與管理的製程，由上到下整合設計、生產到服務，進而達到降低成本、提高製造效率與優化品質及體驗，促使工業環境的進步，另外2050 年淨零碳排已成為世界各國的目標與共識，因此有許多廠商已具有未來低碳環境的意識，開始著手進行低碳策略佈局。
▋ 工具機廠商綠色製造轉型驅動力
綠色製造是指從原料、運輸、生產、配送、使用到回收的全生命週期中，需要能有效降低各種階段對於環境衝擊的影響。工具機為加工應用之上游產業，在碳足碳的計算上扮演舉足輕重的角色，整機開發著重於符合低碳排的策略，以下列出幾項發展重點方式，其中包含1. 由零組件著手，提升馬達或潤滑與冷卻系統效能，減少加工產品過程的摩擦耗損與加強散熱；2. 導入Digital Twin與AIoT，建立虛實整合能力，強化加工精度、製程優化、減少切削次數與時間，以降低生產過程無效浪費；3、建立能耗管理，可掌握生產過程碳排放量、有效追蹤、分析、控制與管理，以提高產能與效率，進一步實現綠色轉型。
友嘉於智慧製造與工廠管理方面，提供「智慧工廠解決方案」如圖一，可全面整合單機、產線、整廠、環境、安防、能源狀況等資訊，讓工廠現場各階管理及操作人員，可以在第一時間掌握廠區內設備與生產的狀態，協助客戶有效降低人工巡檢、生產管理及設備維運成本，促進生產效益最佳化。
圖一、友嘉永續ESG 轉型策略
東台精機以「DX x GX 智造新時代 」為主題，協助客戶朝數位轉型與零碳轉型邁進。以東台自主開發的機邊運算平台與機聯網軟體（TiOPERATOR/TIMS/TLM） 如圖二， 來達成智慧化與零碳化的目標。TiOPERATOR 與TIMS 主要用於單機，提供生產管理、機台維 護、機台健康管理與工單管理等功能。TLM則提供整廠/ 整線的產線監控、物料管理、生產排程報工及能耗監控。另外東台提出工業醫生手提箱如圖三，基於聽診器等診療儀器的概念，透過便利可攜的裝置，應用於工廠巡檢任務，並且搭配多感測器（震動、壓力及溫度等 訊號量測），透過可視化介面協助使用者更直覺觀察量測訊號與判斷問題成因。
圖二、東台智慧製造解決方案 |
圖三、東台工業醫生手提箱 |
永進提出以整機製程融入節能減碳的理念，選用低污染的材質，並在不影響機台切削剛性及穩定性下，採用輕量化設計，搭配更節能的週邊設備，務求降低電力消耗，實現減碳要求。另外，透過智慧化的管理模式，不僅精準計算碳排放量，進而盤查碳足跡，亦可提高產能及效率，改善能源績效表現如圖四。
圖四、永進綠色製造實施方法與策略
綜合上述，可了解工具機業者逐步擺脫以往賣單機的思惟，以「數位轉型」與「綠色節能」為主軸，納入智慧製造、節能減碳，提供整線整廠的解決方案，建構減碳、綠色製造能力，以達成產品高價值化，來創造產業永續力。
▋ 智慧零組件
●智慧刀把
隨著智慧製造潮流推動下，智慧加工已經逐漸成為現階段製造業一個重要趨勢。智慧加工是一種將人工智慧、物聯網和機器學習等技術應用於製造業中的新型生產模式，可以實現智慧化、高效化、精準化和靈活化的生產流程。首先第一步需要有合適並經濟化的感測器，能夠易於安裝、可靠收集有用的訊號，切削數據的收集常見可透過主軸馬達電流、加速規、麥克風、應變規等。此次展會見到許多國內開發的智慧刀把，就是在刀把內鍵力量感測器，用以監測切削過程的變化，智慧刀把的最大優勢就是不像過往需要透過另一個感測器如加速規、電流等，反推加工的力量，而是可以直接量測到力量，畢竟切削力才是切削最直接、原始的訊號來源，因此可以做出更即時、精準的判斷。
- 加工參數優化- 智慧切削技術可以透過即時監控加工過程中的各種參數，例如刀具轉速、進給速度、切削力等，進行加工參數的優化和調整，達到更高的生產效率和更好的加工品質。
- 刀具健康狀態監測- 刀具是切削加工過程中最重要的因素之一，智慧切削技術可以透過感測器即時監測刀具的狀態，包括磨損、斷裂等，監測刀具的健康狀態，即時更換刀具，減少生產停機時間，提高生產效率。
- 數據分析和預測維護- 更進階的技術應用可以利用收集和分析加工過程中產生的數據，包括切削力、溫度、振動等，進行機台零組件或刀具的壽命估測與保養維護，增加品質的可靠度。
● 冷卻機
哈伯提出創新溫度控制技術，提供最適化效能與功能的高精度恆溫冷卻系統，解決各種機械在加工過程中的溫升困擾。邁向工業4.0 智能化設備與智慧製造，創新智慧控制系統，如多感應器、節能管理、預知保護與客製化控制系統等。面對國際市場對低碳排、低冷媒的需求，油冷機則發展電力數位化與可視化及精準的用電分析改善來實現智慧節能，同時推出DC 變頻冷卻機及HEW 水對水熱交換器，訴求免壓縮機無冷媒為減碳效果更加分。
圖五、DC 變頻冷卻機 |
圖六、冷却機運轉數據畫面 |
▋ 控制器以數位雙生趨動虛實整合運作模式
各家控制器大廠皆著重於Digital Twin 或以虛擬系統整合串接，產品的設計與分析，可透過提前進行系統模擬，在物件加工之前，掌握切削過程所發生的情境與數量，主要的目的在於改善設計，加速生產時程，提高良率也縮短誤差。
發那科在數位雙生議題部份推出「CNC Guide 2」，能在PC 上進行加工預驗證，可以在虛擬空間中模擬加工，無須實際移動工具機即可調整參數和加工條件，模擬所需時間是實際加工的1/10。安裝在實機上時，可以詳細模擬包括各軸伺服電機的反應，因此連加工面都能預測。根據系統備檔進行模擬加工後表面品質，使用者可以預先了解該機台加工後的表面品質，如果有異常或錯誤地方可以事先修正，避免重工，產生不良品導致浪費材料或撞機等情況發生。
圖七、CNC Guide 2 加工模擬情境說明
三菱因應加工少量多樣化及節能議題的需求，推出加工模擬軟體NC Virtual Simulator 及用於機械手臂的工程編輯軟體RT ToolBox3 Pro，利用NC Virtual Simulator 可執行接近實際加工之真實模擬如圖八，事先進行加工品質以及機械干涉等確認步驟，簡化實機試加工的動作，節省不必要的加工作業、刀具耗損及電力消耗。RT ToolBox3 Pro 則是在導入機械手臂前進行現場環境確認與動作模擬，還可執行手臂程式偵錯、生成複雜動作路徑等，減少使用者的施工設計成本，降低建置過程中發生的錯誤及危險，在節能上做出最大貢獻。
圖八、NC Virtual Simulato 加工模擬示意圖
海德漢為達成在更高效生產的同時達到更高的機械利用率，以及更好的加工品質為目標推出TNC7，控制器內鍵數位雙生相關的應用，透過虛擬控制器上進行刀具路徑確認、表面加工品質、干涉碰撞檢查、預估加工時間，在進行實際的切削前即可預測加工的結果，避免因刀具選用錯誤、未優化的路徑規劃、甚至錯誤的座標設定導致機械碰撞。強調圖像化程式設計結合海德漢眾所熟悉的Klartext 對話式語言，讓初學者和專家都能快速上手及完成複雜的工件。
西門子結合三大趨勢議題：關鍵永續力、打造數位化、前瞻產品與技術應用，打造循環再生的數位化應用。Digital Twin 數位雙胞胎為產品生命週期的重要虛擬平台，關鍵為生產前進行虛擬模擬、預測及優化產品及生產流程，並搭配新世代數位原生CNC 控制器SINUMERIKONE，透過虛擬及實體產品組合間的緊密互動，大幅加快開發流程以及生產製程。並可使用SINUMERIK CTRL-E 數控系統智慧能耗執行個別工具機組件的能源分析，讓控制器能迅速評估機台的能源消耗，同時透過Top Speed 持續改善刀具路徑以及加工品質，同時縮短加工時間，全方位提升加工效能降低能耗。
圖九、TNC7 數位雙生應用 |
圖十、SINUMERIK ONE CNC 平台 |
台達電以「雲地互聯 永續智造」為主軸，其CNC 控制器NC5 可一機整合工具機與機械手臂控制器，且具備RTCP 旋轉刀具尖點控制功能真五軸加工，更全新內鍵CAD/CAM，可自動辨識圖像，一鍵生成G 碼並支援加工路徑預覽，縮短製程、增進產能。NC5 也提供加工耗能運算並能產生工件碳足跡報表，助力產業節能減碳，放眼ESG 未來。提供金屬加工業智能工廠方案，加工業者可根據應用類型與產線需求選擇3D 可視化管理系統或工業圖控系統VTScada，監控、收集、上傳並分析設備數據與加工資訊，同時透過明瞭的圖表呈現，幫助加工業者快速洞悉不足、 輔助決策，持續優化流程。
▋ 系統整合軟體平台因應智慧製造趨勢探討
聯達智能以SynFactory 2.0 智慧製造戰情中心為主軸，提供具備設備管理、工廠管理、工藝管理、生產管理、倉庫管理等功能，串聯生管、生技、設備管理、物料庫存、產線、品檢與戰情室的資訊如圖十一。其中報工系統可依機台類型進行人為報工或是機台報工，根據控制器訊號直接回報當前加工進度達到即時狀態控管，排程仍由生管人員進行計畫制定並直接分派至機台且予以可視化。工藝管理可提供製程方法修改、檔案上傳，也包含刀具壽命管理，可根據使用者決定要用計次/ 計時/ 計距離方式計算刀具剩餘壽命。
圖十一、SynFactory 2.0 智慧工廠解決方案
上博科技提供包含製造營運管理、自動化、物聯網與資訊技術架構建置等產品服務，且涵蓋產業包括模具、半導體、工具機、醫療器材等等。技術支援全產品生命週期，從投單到排程、CAM 編程、刀具配給、機台監控等、夾治具管理皆有對應解決方案。
達詳於鑄造與加工自動化整合領域奠定良好的基石，目標打造「智慧工廠的專家」，提供系統平台以低成本、多功能的App/Web 監控機制，可自行建立廠區或者工件號，群組所歸屬設備，有系統的監控機台狀態、稼動率及健康度，並可設置機台預計工作排程及簡易刀具管理。設備使用者可隨時隨地都透過平板或手機查看，確認機台運作及現場狀況，搭配友善的UI 設計，將巨量資料化繁為簡、數位化及系統化，幫助用戶輕易判讀及掌握重點資訊。
金豐為沖床製造商，於此展會與逢甲機智雲合作，開發專屬沖壓業的智慧工廠管理軟體iForming 如圖十二，提供生產、設備、管理智能化服務，使加工進度過程透明化，並有設備預測維護與生產效率紀錄等功能。此外，也針對環保議題增加能源消耗數據收集與分析功能，提供單機溫室氣體排放資訊顯示，主要是聚焦用電統計。
圖十二、iForming 能耗管理看板
此次TIMTOS 展覽中，主要著重於綠色製造應用，工具機產業在組裝、運輸、安裝、加工、維修的生命週期中，尤其在加工階段對環境影響是最大的，亦即工具機在用戶使用期間產生的CO2 排放最顯著，因此工具機業者除重視本身產品的節能減碳，也朝向協助終端客戶達到低碳生產的目標。因此，除了整機廠以外，絕大多數相關的零組件廠與周邊軟硬體系統整合商也積極致力於碳盤查與減碳技術發展。
控制器大廠近年來發展許多符合數位雙生議題的功能開發，在數位端的機台雙胞胎，機構元件設計、程式參數配置不需實際到機台端，透過軟體可以進行遠端系統程式編輯、測試、模擬取得相關的數據，做為產品生產階段障礙排除的工具，加速機台的製程，同時減少產品的錯誤率，並且與各工具機大廠皆有合作實際展示機台與控制器的應用情境。
各工具機大廠( 如永進、東台、友嘉等)，除了發展綠色工具機外，更於自己工廠內推動節能減碳作法，包括導入能源監控系統，投入碳足跡盤查，分析碳排熱點持續改善耗能設備的能源使用效率，最終將產品導向低碳設計方針，降低材料使用讓工具機設計朝向輕量化，結合軟體提供用電監控、碳排計算功能，也逐步朝向以大帶小的模式，將實際推動上發揮的效益擴散至整個產業。
另外也由於臺灣工具機產業有80% 以上為中小企業，雖近年來在政府各政策計畫補助下於數位化領域有初步的成果，但面對推動智慧製造、數位轉型升級下，對於能跨領域的資通訊人才缺乏，因此需要借助系統整合商來相輔相乘，以數位科技創造產業附加價值。
在整體機械業產業鏈上ESG 的作法，目前僅能看見宣示的策略方針。除了政府推動以大帶小投入淨零碳排的趨動方式外，重要的是靠產業協作來實現綠色供應鏈，這個流程包括了設計、材料溯源、製造、物流等整個產品生命週期，讓產業在邁向數位轉型同時，進行碳盤查、碳足跡與節能減碳規劃，以數位轉型與ESG 雙軌並行。