▋ 解析臺灣工具機產業所遇到之挑戰- 整機暨零組件廠
商業市場瞬息萬變，當供應鏈從全球化走向區域化發展，引進智慧製造，從數據中改善製程 效率、提升生產效能，已成為企業強化競爭力、航向藍海的不二法則。2020 年勤業眾信與科技 部人工智慧製造系統研究中心共同發表《台灣智慧製造關鍵能力調查》報告，該份調查涵蓋國內 各重要產業（電子、半導體、金屬製品、機械設備、化學製品…）並回收139 份問卷樣本，經分 析問卷樣本與企業訪談紀錄後，看得出金屬製品業、機械設備業普遍面臨資源有限的課題，對於 如何導入最具營運效益的DX 解決方案，則成為另一項嚴峻挑戰；然相對而言，國內金屬製品業、 機械設備業在智慧製造的關鍵能量發展中，顯見還有極大的成長空間。
臺灣工具機產業的未來機會將奠基於「產業機械智慧化」及「智慧機械產業化」兩大範疇， 『智慧化』必然融入國內工具機整機廠及零組件廠其技術布局的核心；而國內各企業為呼應淨零 碳排與永續經營，『綠色化』勢將札根於企業的發展藍圖之中，並成為未來的產品主流價值。
2023 年六月底，台灣工具機暨零組件工業同業公會(TMBA) 偕同精密機械研究發展中心 (PMC)，針對國產關鍵組件智慧化的性/ 價加值議題，邀集工具機暨關鍵組件廠商與會研商，在 六大關鍵組件及整機廠業者為期數週的集思廣義下，彙集並列出工具機業界至今極為關切的智慧 化議題及其意欲跨越的挑戰門檻請詳參表二：
國內在主軸、動力刀塔攸關智慧化DX 加值的發展概況
健椿(KENTURN) 專精於各種機械主軸研發、設計與製造，於2023 年TIMTOS 展出一款搭 配CNC 綜合加工機之高速/ 高精智慧化內藏式主軸MVB1430A；如圖十九，透過嵌入式感測器 與國產控制器專用軟體的支援，提供溫度自動化感測、熱膨脹位移感應及振動感應偵測的智慧化 功能。
普森(POSA) 一直以來投入相當多資源研發智能化高速內藏式主軸推出可內建（選配）各種 感應裝置的智能化高速內藏式主軸，如圖二十，針對影響主軸加工精度的溫升或振動等因素，提 供監控並掌握即時狀態的解決對策；同時開發「遠距離主軸異常檢測技術」，並建構高速主軸的 異音、壽命及缺陷檢測分析模型。
旭泰(SPINTECH) 除生產標準型式主軸外，更持續不斷對銑削用立式加工機主軸投入研發改 良。發布一款光學熱伸長感測主軸FOX95，如圖二十一，該智慧主軸透過內藏式感應器（溫度/ 振動）與熱伸長即時檢測模組（標配），可監測主軸心軸軸向的熱變形量並進行即時補償；倘若 配合主軸軸向振動即時檢測模組（選配），且整合外部訊號處理系統分析軸承振動訊號，即可進 行主軸狀態監控並減少加工不良率發生。
對工具機而言，近年因受到供應鏈瓶頸及客戶提高庫存備料需求，勢將更為壓縮原來可停機 保修時間，主軸軸承健康指標及預知保養即是工具機智慧化的關鍵所在。東培(TPI) 於2022 年 TIMTOS x TMTS 展推出領先業界自主開發的主軸用內嵌式感測環，如圖二十二、左側圖，可取 得較佳整合溫度、振動等訊號品質，有助於客戶建立軸承健康指標。
東培於2023 年TIMTOS 展再接續發表新一代感測器且採取外掛方式的配置，如圖二十二、 右側圖，有別於上一代內嵌式配置須改變主軸部份結構，外掛式感測器直接鎖固於主軸外部擷取 訊號，安裝上更為方便。此外，軸承健康診斷系統/ 演算法模型亦內建於感測器進行邊緣運算， 毋須於後端加裝工業電腦來編譯、轉換Raw Data 的訊號，能夠落實智能化主軸的預知保養與診 斷，真正符合智慧製造的節能減碳需求。
霄特國際(GPM) 為拓展全球市場與提升國際競爭力，自2020 年即投入智能化動力刀塔之 研發，已正式推出國內首款『434/BMT 升級版』智慧型刀塔，如圖二十三，該刀塔內建溫度及 振動感測的功能，可有效預防軸承過熱、提高產品壽命。經場域實測，連續銑削時間是現有動力 刀塔的3 倍以上。智慧感測功能令振動與溫度監測二合一，並具有高低2 級警示設定，提供終端 用戶量產加工情境的自動學習加值軟體。
然而，由於國內產製車銑複合機多採用日系(e.g. FANUC) 控制器，惟囿於整機控制系統的封 閉性，致使國內整機廠對欲外加的功能不易進行設定，不得已情況下廠商只能選擇走回PLC 的操 控模式。為了激勵國內動力刀塔廠商投入智慧化技術加值的開發，有廠商建議（如: 霄特國際）可 透過政府科專資源加以媒合，並促成控制器廠能夠提供（開放）更多的介面（接口）予關鍵組件廠。
國內在旋轉工作台、滾珠螺桿/ 線性滑軌攸關智慧化DX 加值的發展概況
寶嘉誠(PARKSON) 為協助工具機業因應智慧製造趨勢及疫後新世代，於2023 年TIMTOS 展推出創新開發『內建溫度感應器、可隨時監控機台狀態、滿足高速高精加工需求及智慧化控制』 的五軸立臥式交換旋轉工作台FHVD2-500P2( 如圖二十四)；適用於航太特殊加工及新能源車大 型零件加工的機台使用，可加速客戶對應智慧自動化布局的開發進程。
德川機械(detron) 是國產旋轉工作台市佔率首位的製造商，其智能五軸旋轉工作台GTFAE- 320H 並獲得台灣精品獎的殊榮；如圖二十五，該旋轉台透過i4.0-RT 智慧盒訊號傳輸，可以實 現即時狀態監控、異常紀錄追蹤、保養履歷跟蹤及自動背隙補償（發明專利），並可透過MQTT 通訊協定上傳感測器資訊，若再結合客戶自行開發的智慧化軟體，更可進一步協助大型設備廠實 現智慧製造。
和昕(HOSEA) 在高精度CNC 五軸分度盤的設計上，不論是直結式、戟齒輪、滾子凸輪、 或者直驅式液靜壓... 等，均可看見其融入歐洲技術所展現的高品質與優異耐用的特性。如圖 二十六，和昕特別開發「AIoT CNC 雲端智能服務」，當加工過程中出現異常，感測器會輸出訊 號至雲端智能服務系統，立即進行初步檢視分析並判斷如何自行修復，而用戶端及製造端會同時 接收到異常訊號，達到智慧化遠端監控之目的。
2024 TMTS（台灣國際工具機展），上銀(HIWIN) 集團重磅展出智慧進給系統i4.0BS®、 i4.0GW®、iSR 等產品，並透過支援工具機、半導體、自動化、智慧製造等產業之機電整合 Total Solution，為客戶提供輕鬆升級智慧化的創新解方，協助客戶快速實踐智慧製造、節能減 碳的高值化目標。
HIWIN 智慧進給系統擁有簡捷、安全、模組化的設計，其智慧化機制可讓終端用戶經由網路 遠端即時掌控機台的稼動狀況，除了避免機台突發事故而當機，更能精確規劃機台維護的週期， 實踐現代企業環保節能的ESG 承諾。如圖二十七，HIWIN 智慧進給系統的解決方案，包括：(1) 滾珠螺桿i4.0BS®：透過『振動＋溫度』複合式感測器與內建專家演算法的邊緣運算模組，提供 包括壽命預診、溫度& 振動提醒（異常警示）、智慧潤滑& 暖機、DAQ 數據擷取等多項智慧功能。 (2) 線性滑軌i4.0GW®：整體系統與i4.0BS® 完全相容，提供振動/ 溫度複合監測與異常提醒、 以及DAQ 資料擷取功能；常結合半導體產業的雙軸平台並應用於AOI 檢測或晶圓加工等領域。(3) 單軸機器人iSR：採用模組化設計，整體系統與i4.0BS® 完全相容，提供全方位智慧化解決方案。
全球傳動(TBI MOTION) 偕同工研院智慧微系統科技中心、榮剛材料、宏剛精密、洽群機 械等公司，歷經多年研發協作後於2019 年推出「智慧螺桿進給系統」。如圖二十八，該智慧螺 桿將感測器置入滾珠螺桿（的螺帽）中，藉此來偵測滾珠螺桿於運作時的預壓力和溫度變化， 並將感測器擷取的訊號與其他設備資訊進行分析，即時地調整螺桿運作狀態以維持製造精度。 透過持續回饋的感測數據，於控制系統中進一步演算判定，俾提前安排保養工作，減少對生產 作業的衝擊。從預壓力及溫度資訊中，還能協助診斷故障原因，以更全面且智慧化的方式提升 檢修及製造效率。有別於國際大廠（THK、NSK…）多採用外掛式感測模組，並藉由間接推算來 取得螺帽預壓力值，全球傳動智慧螺桿創新開發『直效嵌入式複合感測器』，將應變規與溫度 計整合入滾珠螺桿原有的預壓傳感機構，不僅具備較高的準確性，也符合性能、成本與維修保 養的使用需求。
此外，全球傳動除了持續推廣其智慧螺桿外，更強調可配合客戶開發專用嵌入式設計結構安 裝感測器、或搭配外掛式感測器於所有滾珠螺桿/ 線軌之上，經由數據蒐集並即時分析出對應頻 率以檢測螺桿/ 線軌振動、溫升之狀態，進而通知現場工程師進行適時保養或維修。
國內在冷卻系統、刀庫系統攸關智慧化DX 加值的發展概況
如圖二十九，哈伯(HABOR) DC 變頻冷卻機HIG，同時具備變頻控制和智慧節能的設計， 是搭配高端工具機必不可少的關鍵組件，針對全球市場攸關智能化冷卻設備之數據整合與分析應 用需求，HIG 不僅提供冷卻機特性功能的監控，包括：耗電量、冷卻效率、高低壓溫度狀態、泵 壓和流量、溫度…等，亦讓終端客戶能夠以簡捷、靈活的操控方式給予DC 變頻冷卻機更高效能 的輸出。
吉輔企業(Gifu) 是一家生產綜合切削加工機刀庫、附件銑削頭的專業刀庫大廠，經由MIT 與OBM 的藍海營銷策略成功立足於全球各大產業，並在全球客製化刀庫市場擁有最高占有率的 地位。從Gifu 於2017 到2024 年榮獲台灣精品獎殊榮的產品系列中，可以解讀出Gifu 為因應 工業4.0 與滿足客戶導入智慧製造的需求，勢將持續研發並創新產出更全面的智能化刀庫；包括： 智能化大飛輪式刀庫、智能化同動開門快速換刀刀庫、智慧化矩陣刀倉系統、智慧化多層式刀倉 儲存管理系統、智能化綜合交換機構之擴充式刀庫交換系統、智能先進鏈式刀庫、智能化創新搖 擺刀庫等。
如圖三十，透過智慧感測元件與智慧偵測系統的整合與運用，發展出(1) 智慧化刀具斷刀檢 測；(2) 智慧（依刀重）配速式換刀；(3) 換刀機構壽命預知保養；(4) 設備健康狀態即時監測與 預診等智能化系統，同時展現於刀倉、刀鏈以及換刀機構上，使逐年開發之系列產品達到數控智 慧化與單機智能化的領域巔峰。
北鉅科技集團（泓鉅精機）推出的「智能化高速倉儲刀庫」( 如圖三十一)，則是透過CCD 影像感測技術，將刀具的物理參數經由演算法輸出為換刀機構之最佳（同步）轉速，藉以達到智 能化快速換刀之目的。此外CCD 影像感測也被用來儲存/ 比對刀具加工前、後的影像圖資，進 而具備刀具斷刀或磨損的快速檢知功能；同時亦具有亂刀檢知的功能，即在首次合格加工完成後， 立刻將刀具影像存檔，當重新叫出程式加工時即會自動比對以避免刀具選用錯誤而導致工件損壞 的風險。
據報載，當年TIMTOS 展上，日本兩大國際指標工具機廠（M 廠、O 廠）曾派技術部門 人員前去北鉅精機攤位，指明要觀看此智能化刀庫（該CCD 影像感測技術已在日本申請專利） 的實地演示，並隨即預約展後到北鉅公司針對各項智能化效能進行更詳細的了解與相談。惟 2024 年TMTS 展，北鉅科技集團並未於現場展示該智能化刀庫的進階技術應用；經詢問展場 北鉅科技市場部經理得知，原型機目前設置於北鉅工廠的生產線上，並實際參與經常性工單的 生產製造。
國內在工具機整機攸關智慧化DX 加值的發展概況
永進機械整合智慧自動化、智慧設備、智慧管理三個核心能量，提出「智慧智造解決方案」， 不僅成功導入永進自身的廠房，從而獲取生產效率的提升與競爭優勢的進化；進而協助國內製造 業克服產品製造過程所面臨的『短交期、客製化、人力缺、綠轉型、碳中和.. 等』各項挑戰，更 轉型作為全面性智慧化服務的提供者。其中，透過自主開發的智慧設備i-Pros MX 和i-Cube 技 術，如圖三十二，以大數據分析針對工具機的精確度與可靠度進行持續改善，全面性地協助終端 用戶邁向零停機的願景。
此外，為讓管理者易於監控和管理工廠，掌握設備稼動率與總和效率(OEE) 等的即時數據， 永進攜手研華（達易智造）自主研發之i-Direct 智慧管理系統，如圖三十三，藉由串連工廠生產 線上所有製造設備軟/ 硬體（如舊型機器設備、各類型CNC 控制器... 等），進行遠端監控及管理， 一方面擷取運作資訊且予以可視化，另方面則快速找出並突破生產過程中之瓶頸以優化生產效率。
東台精機定位為金屬切削解決方案提供者，透過「五化：智慧化、自動化、複合化、零碳化、 服務化」及「二新：新產業、新製程」七大優化升級方略，促成工具機及其周邊設備『雙軸智造 × 永續未來』的環境建構，進而協助客戶邁向「數位DX 與零碳GX」的雙軸轉型目標，並打造 未來的競爭力。
如圖三十四，東台藉由導入「智慧製造解決方案」以協助客戶落實「從單機到整廠整線」的 智慧化生產規劃，並給予完整的軟/ 硬體產品與服務支援。透過機台本身與多種感測器的運用，讓 客戶/ 操作者借助底層的Sensor 蒐集並掌握機台加工中的關鍵數據；此外，再串聯東台的機邊運 算平台與機聯網軟體(TiOPERATOR / TiMS/ TLM)，達成整體智慧工廠與公司管理系統的完美協作。
東台在積累豐富的客製化實務經驗之際，同時推出Dr.TT「工業醫生諮詢」服務，如圖 三十五，不僅協助客戶梳理生產線上的疑難雜症，更提供『S、O、I 處方』助力解決客戶OEE（整 體設備效率）生產效能優化的問題。
▋ 結語- 國內產業解決之道，如何因應讓臺灣工具機品級提升
綜觀上述國際各標竿企業之工具機暨關鍵零組件成功案例，可以得知高階工具機之發展， 與智慧製造/AI 人工智慧之技術密切相關。以目前工具機產業『數位化結合AI 智慧化』的技術 加值對策來看，已經全面地導入關鍵零組件技術產品價值鏈的開發版圖之中（如圖三十六、圖 三十七）。標竿企業透過智慧監測、健康預診、自適應調控…等面向的技術創新開發，迅速接軌 全球產業智慧製造發展趨勢，增進其技術加值效益。
在面對全球智慧製造趨勢以及新興產業（如: 電動車、航太、精密模具等）之高階加工需求 下，精機中心也於113 年度透過科技專案資源投入開發「工具機智慧零組件關鍵技術」，請詳 參圖三十八，為對準高階複合、五軸工具機加工應用，透過開發零組件性能提升關鍵技術，並 整合硬體設計與智慧化模組，以滿足國產高階零組件替代進口零組件為目標，使零組件及整機 加工應用上具智慧化功能（如：自適應、監控、預診等），以推動國內產品往高階工具機定位邁進； 另透過建立性能驗證與標準化測試平台，進行工具機零組件可靠度驗證，協助業者掌握智慧零 組件產品性能表現，持續驗證促進國產工具機具備高可靠度、高值化等優勢，並加速智慧化能 量擴展至國內產業落地應用。
自2016 年起政府便將智慧機械與智慧製造列為5+2 產業創新的核心工作，2020 年更在5 ＋ 2 產業創新的基礎上，打造六大核心戰略產業，俾能持續強化產業導入包括AI、IoT、5G 在 內的智慧科技，並帶動產業智慧化升級轉型；藉由建構基礎數位化能力，並依循「數位化→數位 優化→數位轉型」三階段的逐級精進，期能幫助製造業者在智慧製造與數位轉型的路上穩健前行， 並全面發展智慧機械與智慧製造解決方案，進而以推動解決方案輸出國際、切入國際供應鏈等目 標，賡續協助臺灣邁向更高層次的智慧製造里程碑。
2023 年時任行政院院長陳建仁於「台灣機器人與智慧自動化展」、「台北國際自動化工業 大展」聯合開幕典禮時表示，近年來在產/ 官/ 學/ 研各界齊心努力下，臺灣機械業已從『精密 機械』躍升為『智慧機械』，如今更是鍍金的『兆元產業』；政府不僅完成產業創新條例的修法， 提供史上最高的研發及設備投資的抵減，更透過『穩經營、留人力、助升級、注資金』等方略的 推動，針對中小企業提供低碳及智慧化升級轉型補助，期能讓臺灣逐步強化高階製造能力，成為 全球製造業中不可或缺的關鍵力量；並在未來的全球智慧製造與智慧服務兩大技術價值（供應） 鏈上，扮演無可替代的核心角色。臺灣機械業實乃臺灣經濟重要的命脈之一，並在臺灣經濟從無 到有的發展歷程中，創造過許多奇蹟；政府有信心，不管是大型企業或中小企業，都能透過數位 化、智慧化的對應資源，找到屬於自己的智慧製造新道路。
▋ 資料來源
- Artificial intelligence for machine tool maintenance，www.infoplc.net/actualidad-industrial/item/107441- inteligencia-artificial-mantenimiento-maquinas-herramienta，2020。
- Cheers 產業動態/ 范仕仰，台灣製造業能靠AI 逆風高飛嗎？智慧製造成功的5 大關鍵，2023。
- CTIMES / SmartAuto / 陳念舜，東培軸承失效判斷系統 解決智慧工具機預診需求，2022。
- Haas Automation / 官網，/myhaas/MyHaas_Introduction.html，2023。
- Haas Automation / 官網，/service/Service_Topics/sensors-switches.html，2023。
- HABOR/ 官網_ 線上展，www.habor.com/virtual-show/eonline/habor.html，2024。
- KENTURN / 官網，www.kenturn.com.tw/tw/news/ 產品訊息/mvb1430a，2024。
- Okuma Smart Factory / 官網，一台智能化機床開啟的“製造業革命”，2023。
- pL Lehmann / 官網，www.lehmann-rotary-tables.com/en/produkte/serie-500-pgd，2024。
- pL Lehmann，www.lehmann-rotary-tables.com/en/pdf-viewer/pdf/357197?pageNum=36，2024。
- POSA / 官網，www.timtos.com.tw/zh-tw/product/ D2652059A509F0CCD55F6EDBE945DC4EEF150A57A707E5BC/info.html，2021。
- Research and Markets / 官網，Smart Machines in Enterprise, Industrial Automation, and IIoT by Technology, Product, Solution, and Industry Verticals 2023 – 2028，2023。
- Schaeffler Technologies AG & Co. KG，Predictive Maintenance for Machine Tool 4.0，2017。
- SmartAuto 新聞/ 陳念舜，東培領先業界 續推軸承健診系統，2023。
- SPINTECH / 官網，www.spindlemaker.com/product_detal.php?pid=16&id=13，2024。
- Taiwan International Tradeshows，cloud.taiwantradeshows.com.tw/2017/timtos/news/20170311-6.pdf，2017。
- THK OMNIedge / 官網，www.thk.com/brand/omniedge/jp/service/chokudo/，2024。
- TIMTOS 2023 台北國際工具機展/ 官網，上銀科技_ 智慧型滾珠螺桿＆線軌，2023。
- TMTS 2024 台灣國際工具機展/ 官網，SAUTER 型錄_ 智慧刀塔預言家，2024。
- TMTS 2024 台灣國際工具機展/ 官網，霄特國際股份有限公司- 產品資料，2024。
- TrendForce / 拓墣TRi，工具機產業現況與技術發展趨勢觀測，2023。
- TrendForce 新聞中心/ 曾伯楷，預估全球智慧製造市場至2026 年將達6,200 億美元，2022。
- wbk Institute of Production Science / 官網，www.wbk.kit.edu/english/index.php，2024。
- 刀庫供應商_ 台灣吉輔，www.youtube.com/watch?v=QGx1z3e8TPo，2017。
- 工具機與零組件雜誌/ 產業掃描，霄特國際434/BMT 動力刀塔輕鬆升級，2023。
- 工具機與零組件雜誌/ 黃筱婷，Gardner 2022 全球工具機產銷報告，2023。
- 工具機與零組件雜誌159 期/ 新品介紹，智能 性能 雙重升級，2024。
- 工商時報，熬出頭 工具機產值今年轉旺，2024。
- 工商時報/ 沈美幸，工具機業下半年營運趨保守，2023。
- 工商時報/ 黃俊榮，德川智能五軸旋轉工作台 獲台灣精品獎，2023。
- 工業材料雜誌415 期，智慧螺桿進給系統之全動態直效嵌入式複合感測技術，2021。
- 台灣精品獎/ 官網，www.taiwanexcellence.org/tw/award/product/9151，2024。
- 永進機械/ 官網，www.ycmcnc.com/solutions，2024。
- 行政院/ 新聞傳播處，持續強化高階製造能力 成為全球製造業關鍵力量，2023。
- 和昕精密科技/Facebook，探索和昕VR 展覽館：精密機械大公開，2023。
- 東台精機/ 官網，www.tongtai.com.tw/tw/techpage.php?id=6，2024。
- 費雪, 主軸集團AG，www.fischerspindle.com/en/technology，2023。
- 勤業眾信/AIMS 中心，台灣智慧製造關鍵能力調查報告，2020。
- 經濟日報/ 岳俊豪、陳佳盟，工具機產業迎春燕 四趨勢成形，2023。
- 經濟日報/ 陳渲堉，寶嘉誠PARKSON 旋轉工作台標竿企業，2023。
- 遠見雜誌/ 電子報，「會說話的元件」- 為智慧製造增添生產利器，2019。
- 機械資訊/ 莊瀅芯，台灣工具機暨零組件廠智慧化現況與發展趨勢，2017。
- 關東精機/ 官網，www.kantoseiki.co.jp/our-mission/relationship/，2024。
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