隨著工具機產業的進步，機台所能做到的事情越來越多也更為複雜，思維開始不被傳統的產 業型態侷限，為了因應科技化的快速變遷，在工具機上發展智慧化功能儼然成為未來的趨 勢。PMC 也與眾多廠商合作，在控制器上開發了許多智慧化功能，達成許多非凡的成就，接下 來就隨著由淺入深的介紹，一探關於智慧化人機的發展與應用。
▋ 智慧化控制器：工具機的「大腦」
「智慧製造」「工業4.0」，是近年來不斷提到且備受關注的議題，而這兩者又與大數據跟 人工智慧AI(Artificial Intelligence) 息息相關。「工業4.0」的價值是利用物聯網、感測技術連 結萬物，機械與機械、機械與人之間可以相互溝通，將傳統生產方式轉為高度客製化、智慧化、 服務化的商業模式，可以快速製造少量多樣的產品，因應快速變化的市場。而「智慧製造」是將 物聯網、數位化工廠、雲端服務、通訊等技術緊密扣合，創造虛實整合的製造產業，徹底改變一 直以來的製造思維。以下各個環節都與智慧製造有高度相關: 預防性維護、生成式設計、原材料 價格預測、機器人、邊緣分析、機器視覺檢測、管理庫存、優化工廠流程與數位孿生。上述所提 到的各種應用問題與場景，不論是否需要使用到感測器，都是需要透過CNC 控制器來實現，因 此控制器可謂是工具機的「大腦」。
想像一下，在做蛋糕時，有一個非常聰明的機器助手可以按照給予的食譜自動完成攪拌、倒 料、烤製等一系列步驟。工具機的控制器就類似於這個機器助手的大腦，它按照「食譜」，也就 是程式設計師或操作員編寫的指令操作機器，確保每一步都精確無誤。控制器在工具機領域中扮 演的，正是這樣一個角色。在實際操作中，控制器通常會有一個顯示器，類似於電腦或是手機螢 幕，大小不定，並且會有按鍵式的按鈕以供操作，隨著開發技術的進步，後來也出現了觸控式螢 幕讓使用者在操作上更加的直覺。透過這些設備可以讓使用者與機台進行密切的溝通，並驅動工 具機的各個部分以完成指定的任務，如進給的速度、加速度、移動路徑等，非常精確，誤差可能 小到幾微米。
總體來說，工具機控制器的作用非常關鍵，它確保了生產過程的高效性和產品的高品質。在 現代製造業中，無論是製造汽車零件、電子設備，或是航空組件，高精度的工具機控制器都發揮 著不可或缺的作用。
▋ 如何讓工具機聽從指揮？主要功能揭秘
實際上加工應用情境其實都不盡相同，因此控制器的畫面設計以及操作變得格外重要，各品 牌控制器都有自己的一套標準與風格，其實都有各自的擁護者，但隨著時代的變遷，現階段的控 制器畫面可能不足以應付更複雜的加工操作或是應用情境。日系大廠FANUC 也想到了這一點， 因此推出了旗下FANUC PICTURE 與C Language Executor 軟體。想像一下，如果擁有一台智 慧型手機，可以完全根據自己的喜好來設定主螢幕，例如放置最愛的應用程式圖示、調整顏色主 題，甚至增加一些快捷鍵，讓使用手機變得更加直覺和方便。這兩者為工具機操作提供了類似的 功能，但它們是用於工具機控制器上。
如果想要快速產生一個自定義的控制器操作介面時，FANUC PICTURE 相較C Language Executor 是個更好的選擇，因為C Language Executor 雖然可以撰寫較為複雜的程式碼以嵌入 控制器執行任務，但是其所要求的開發門檻較高。FANUC PICTURE 讓開發工程師像編輯手機主 螢幕一樣（圖一），為使用者設計簡潔介面，可以把常用的控制按鈕放在易於存取的位置，調整 顏色來顯示機器的運作狀態，或是加入圖形來指示某些操作步驟，這樣做的目的是為了使機器的 使用變得更簡單、更直觀，從而提高工作效率並減少操作錯誤。
例如：一名操作人員經常需要切換控制器頁面的不同運作模式，需要使用FANUC PICTURE 創建一個大的、明顯的按鈕直接在主介面上，這樣使用者就不需要每次都去翻找選單，這類似於 把最愛用的應用程式圖示放在手機主畫面上，一觸即可開啟。此外，操作介面可以顯示警告訊息 或使用不同的顏色來表示機台的健康狀況，類似於手機電量圖示的顏色變化，提醒使用者充電， 這樣操作員一眼就能看出機台是否正常運作，即可馬上注意到任何問題。
如果想要做到更為複雜的任務也沒問題，可以透過內建的mruby 程式語言進行撰寫，實現 各式各樣的高階功能。需要特別注意到的是mruby 比起一般的ruby 會少了些許的語法跟函式庫， 但由於mruby 其較為輕量也易於嵌入系統，搭配其他多功能的元件足以讓我們應付各式各樣的 情況了。
圖一、FANUC PICTURE 使用介面
總而言之，FANUC PICTURE 讓操作複雜機器變得像操作智慧型手機一樣簡單和個人化，大 大提升了操作的舒適度和效率，對於那些需要日常與工具機打交道的操作人員來說，這是一個讓 工作生活更輕鬆的好工具。
▋ 靈感源頭? 來自與廠商合作的火花
接著來看看是怎麼利用FANUC PICTURE 可以做到各種意想不到的事情，根據過去與眾多廠 商合作，發現到原來有那麼多不同的需求需要去解決。接下來描述一下工具機產業可能遇到的瓶 頸以及問題。
其中一個廠商遇到的問題是需要快速計算出工件的中心位置，目的是為了在加工過程中更好 的去做定位，從而節省額外的加工時間。根據廠商的要求，協助開發了三種形狀的工件「中心定 位功能」（圖二），分別是圓形、矩形跟角度不同的斜矩形。至於是如何計算出工件的中心位置呢? 這時就需要使用到所謂的「尋邊器」，它是一個裝置在主軸頭上的量測儀器，可以精準的定位工 件周圍位置後，進一步透過演算法計算出工件中心位置，這時可以透過FANUC PICTURE 的畫面 一鍵獲得工件中心，此外還有一個最佳化參數調整的功能（圖三），可以針對目前要加工的型態， 如精加工或粗加工來選擇參數功能，這個功能的背後做了許多的實驗，以此來得知不同的情形應 該使用什麼樣的參數，而這些都可以呈現在FANUC PICTURE 的畫面中，實現一鍵設定; 此外還 提供了刀長補正的功能（圖四），需要一個Z 軸設定器，可以快速地將量測出來的數據設定至控 制器當中，這些功能都很好的彌補了FANUC 原生的控制器問題: 就是當使用者想要尋找特定頁 面進行參數或是控制設定時，需要透過多層選單才能準確切換。嚴格來說對於使用者在操作上並 不直覺，而剛提到刀長補正以及最佳化參數設定都可以讓使用者不用在FANUC 原生控制器畫面 進行多次切換，達成一步到位的功能使用。
透過前面的例子大概了解到FANUC PICTURE 可以做到的一些便捷性，接下來會介紹到較 為進階的智慧化功能「刀具庫管理系統」。此功能最主要可以登記目前刀庫中的刀具信息，以 便控管刀具的壽命相關資訊，針對刀具壽命使用者可以自行決定一把刀的使用次數，以及磨耗 的門檻設定，除此之外還可以針對刀具的大小徑不同，將刀具安裝至刀具庫時判斷是否會出現 碰撞的情況，以此提升操作上的安全性，甚至可以在畫面顯示目前刀具主軸的移動方向，以及 下一把預備更換的刀具號碼，有了此管理系統，可以大幅降低操作人員的技術門檻，減少加工 前置作業時間。
最後要介紹一個透過結合感測器完成的智慧化人機功能，目的是為了讓加工過程中的生產資 訊可視化（圖五），在提升生產排程管理效率的同時減少機台閒置時間，以此達到大幅提高生產 效能。除了集中資訊顯示之外，其中很重要的功能是「教導式換線系統」（圖六），此系統改善 了操作員的換線流程時間冗長的問題，也避免了紙本說明書分散或是保存疑慮，更重要的是此系 統的檢知功能，可以即時判斷目前的換線狀況，避免不必要的異常發生。
圖五、生產資訊可視化
圖六、教導式換線系統
▋ 智慧化人機的未來可期
經歷了過去傳統加工的時期，在CNC 控制器上發展智慧化功能儼然成為了一個全世界都在 共同關注的話題，可以看到不僅僅是一些知名大廠，許多中小型工廠也開始考慮加入各式各樣的 智慧化人機功能。根據PMC 過去豐富的經驗，可以提供如「中心定位功能」、「機台參數快速 優化」、「刀具壽命管理」、「加工資訊可視化」、「教導式換線系統」等等多種智慧化功能， 以此增加機台的競爭力。除此之外大家也希望隨著智慧化的發展，為彼此的成長帶來新的契機與 希望。因為我們知道，機台產品提升自動化能量與附加智慧化輔助生產模組，是強化機台產品價 值與競爭力的重要關鍵。
▋ 參考文獻
- "何謂智慧機械( 工具機篇)", 台灣機械工業同業公會,2016/4 710 期,https://www.tami.org.tw/print/710/710_01.html
- "工業4.0 大全，從淺到深一篇搞懂它！ ", SEMI 國際半導體產業協會,2019/01/13,https://www.semi.org/zh/blogs/technology-trends/industry-4.0
- "建構智慧機械的四大關鍵要素", 寶元數控股份有限公司, 張友友,2019/03, https://tpl.ncl.edu.tw/NclService/JournalContentDetail?SysId=A19033583
- "FANUC PICTURE Specification(Edition 06.2 to less than 08.0)", A-40712EN/52, FANUC CORPORATION, 2015
- "FANUC PICTURE Specification(Edition 8.0 or later)", A-42146EN-042/28, FANUC CORPORATION, 2018
- "FANUC PICTURE 課程" 教材, TFC19018-02, 台灣發那科, 2019.11