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精密機械研究發展中心 吳仲偉、李盈逸、吳相儒、賴敬侑、江宥緯
JIMTOF日本工具機展是亞洲規模最大的工具機展，與歐洲EMO展、美國IMTS展併列為全球前三大工具機展。此次展覽以"Technologies passed down to the future offers unlimited possibilities.”為展覽主題，象徵「為傳承未來技術，提供無限發展可能」，以期創造不同產業領域的連結與合作，以激發不同想像，開創無限可能。
此次展覽地點位於東京BIG SIGHT展覽中心，包含東館、南館、西館，共有16個展廳，來自19個國家/地區，超過1,200家公司參展，使用約5,600個展位。參觀人數(扣除重複者)的部分，相較於前次(2022 JIMTOF展)參觀人數11萬4千多人，2024 JIMTOF達12萬9千多人成長超過13%，更創下歷年參觀人數的紀錄，顯見日本工具機展之重要性。
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表1 2024JIMTOF參觀人數統計表(資料來源：2024 JIMTOF官方網站) |
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觀察為期六天的展期，從參展國際大廠與展會每日新聞主題可發現，為了解決目前終端應用產業面臨勞動力不足、生產力有待提升、品質尚待提升、能源節約等議題，國際工具機整機廠與零配件廠商以此終端應用需求為出發點，延續數位轉型與綠色轉型兩大主軸核心，開發自動化、人工智慧(AI)、工程集約、智慧工廠、節能環保等新技術與解決方案，以同時實現節能減碳目標。整體展覽趨勢說明如下：
一、數位轉型(DX)
(一)自動化(AUTOMATION)
眾多工具機整機與零組件廠商紛紛展示自動化技術(如DMG MORI、Mazak、FANUC、THK等)，從自動搬運工件、自動換刀與夾治具到整廠自動化產線解決方案。例如，移動型機器人負責取料、切屑運送等作業，提升生產效率並降低人力成本。
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圖2 DMG MORI 透過AMR2000自動搬運鐵屑 |
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(二)工程集約
透過將多道工序整合於單一機台，如車銑複合加工、車銑磨複合製程等方式，縮減設備數量與佔用空間，提升生產效率與工廠空間利用率。指標大廠(如OKUMA、Mazak)展示減法製程整合如車+銑+齒、車+銑+磨；加減法製程整合如車+銑+積層製造(AM)等技術應用。
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圖3 OKUMA現場說明五軸複合加工機在自動化與工程集約方案 |
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(三)人工智慧(AI)
藉由AI應用於加工前後流程，加工前利用數位雙生技術進行模擬，優化路徑與參數，預防機台干涉及異常，加工中透過AI診斷設備狀態，自適應調控減少熱變形與品質異常，提升產品良率，指標廠商(如NIDEC、FANUC等)發表數位雙生模擬方案提供相關AI解決方案。
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圖4 FANUC展演利用AI技術展演加工路徑生成 |
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(四)智慧工廠(SMART FACTORY)
導入AI、IoT及大數據技術，自動化製造線與數據驅動決策來實現彈性生產，包含CITIZEN、MITSUBISHI等大廠，提出應用IoT機聯網、先進排程系統(APS)與工件自動交換裝置(AWC)，達成全天候不間斷生產，以解決目前勞動力不足問題。
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圖四 MITSUBISHI展示利用AI技術展演加工路徑生成 |
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(五)綠色轉型(GX)
面對環保需求，工具機業者積極發展節能設備，監測能源使用並導入自動化技術減少電力消耗與工件浪費。部分業者(如DMG MORI、OKUMA)提出廢料與冷卻液回收再利用方案，亦有廠商(如Mazak)導入新素材，如礦物鑄件，並運用於機械設備的底座和立柱，礦物鑄件是由礦石和環氧樹脂結合而成的複合材料，製作過程比傳統鑄件減少碳排放，而且具有高振動阻尼性能和熱穩定性，除了可以應對熱及減振對策之外，更可達成綠色製造目標。
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圖五 Mazak展示礦物鑄件效益 |
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二、設備應用技術
在工具機設備技術方面，持續朝向複合化、加工工序整合發展，例如車、銑、磨、齒輪等加工工序整合在單一機台上。由於整合的因素，所以造成加工製程複雜化、單一機台的製程工時拉長、加工條件對設備特性的需求考量面向複雜化，並非僅有功能形式上的整合，而必須考量上述因素，才能提供終端使用者安心作業的設備、必須易於操作，才能降低使用門檻。首先在形式的整合，分成了移除加工的整合，以及加、減法的整合兩種。在移除加工方面，如下列說明：
(一)銑車複合
Matsuura、MAKINO新發表以立式五軸工具機為基礎架構，帶入臥式車削機能，特色之處在於迴避主軸對工件的干涉，能夠以較小半徑的車削刀具進行加工，對於長型工件的外徑車削有非常高的效益。
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圖六 MAKINO DA500 以轉速800RPM進行臥式車削 |
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(二)銑車磨齒複合
齒輪加工過往因屬量產製造，為了有效控制品質以及最大產出有明確的工序分割、設備分割，在此次的展覽有多家廠商展示將齒輪前製程的加工進行整合，目的是減少換線移轉次數、操作人員的數量，用以應對當前勞動力不足的情形。以DMG MORI為例，將既有機種NMV 5000 DCG立式五軸加工機進行複合整合，透過可自動化轉換、收納的Skiving模組開發，就可以在車、銑等工序完成後進行齒輪加工、甚至研磨加工。
(三)加減法複合
加法製造(Additive manufacturing, AM)在工具機應用越來越廣泛，也有越來越多廠家投入，例如Matsuura、DMG MORI、Nidec等，在本次展覽的南館AM專區展出。以形式來看，目前分為DED以及SLM兩種製造模式。指向性能量沉積(Directed Energy Deposition)，簡稱 DED，由於是一邊噴粉、一邊熔融，有利於進行複雜曲線外型的製造，且不需要支撐材的設計規劃。通常用於打樣、修復的領域。另一則是選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting)，簡稱SLM，將金屬粉末灑至熔融路徑上再進行熔融成型，如此層層堆疊至成形。此類型用在模具製造上有非常高的效益，例如能讓異形水路設計得以實踐，獲得更好的冷卻效果。也能夠減少放電加工機或者細長刀具的使用，降低對後段製程設備的規格要求，使整體製造成本降低。另外的複合整合則是在摩擦攪拌焊(FSW)的應用持續有廠家投入，除MAZAK、SHIBAURA、HORKOS在前屆的JIMTOF已有展示之外，OKUMA此次也展示了FSW的整合應用，對應產業是半導體、電動車。
工具機廠在達成複合化、工序整合的目標上，除了在功能上需要有技術突破，還有因應工序複雜化衍伸的程式製作、連續工時拉長、加工條件多樣化等等的問題，仍有技術課題需要突破，以下說明解決方案。
(四)機台穩定性
機台的穩定性包含對精度的維持、振動量的降低、可靠度的維持。在做法上，MAKINO在模具加工機的V300系列提出了全軸冷卻、特殊冷卻液填充於結構件箱槽內等特殊作法來達成；也有透過主軸的減少發熱、人造礦石的低熱導特性；最後是溫昇熱變補償技術。而振動的發生則會讓加工表面不佳，分別有透過適當的切削轉速建議來消除顫振的發生、軸向的加減速條件建議來消除結構的振動誘發。可靠度方面，STAR展示了加工廠常見的加工問題點，並且也提出了對應的解決方案，目的是告訴用戶：他們都已有對策，可安心採購他們的設備。足夠的信賴感，源自對用戶問題的掌握度是否齊全，以及能確實避免這些問題的發生。
三、AI輔助技術
雖然在2024的JIMTOF大展上發現各個廠商並不會將AI作為主要宣傳的目的，但是在提出的眾多解決方案中依然可以發現AI的影子。而這正說明了目前所開發以及應用的自動化技術很大程度上都融合了AI技術。
AI不僅能加速自動化作業，更能提高精準度和效率。這些能力充分表現在生產運算上，如分析資料，測試避免故障，或對生產進行予測和決策。例如，在智能製造中，AI能借助專家系統或數據運算解決複雜作業。當設備體系發生異常時，AI系統能通過原始計算與大數據預測提供不同解決方案。這些能力不僅幫助工廠有效減少實際作業的數位化難題，也能執行評估結果，最大化生產功能。
(一)AI輔助應用的實例
以下是在2024JIMTOF展中觀察到的AI功能應用趨勢:
1. KOM-MICS（Komatsu Manufacturing Management Information Control System）
KOM-MICS是由KOMATSU開發的一個生產管理平台，旨在透過視覺化和優化生產流程，提升工廠的生產效率。KOM-MICS已在它的國內外工廠以及合作企業中應用，連接了約1000台工具機和500台焊接機器人。
在其中使用KOMATSU自己開發的無電池震動感應器設備(KELGEN SD)，它利用設備表面與環境之間的微小溫差（僅需3℃），進行熱電轉換。最新型號KSGD-SV10支援920MHz頻段無線通信，通訊距離可達約500米，適用於大型工廠和設施。只要放置於馬達，即可偵測到溫度、震動與電流，以及具備影像辨識多種處理功能。
2. SGX-126智慧磨床
NAGASE AI 推出的SGX-126智慧磨床為一款高精度、高剛性與智慧於一體的先進磨削設備，專為中型模具板和精密零件的高效加工而設計。這款設備採用NAGASE獨家的 IGTARP DESIGN® 技術，具有三點支撐的高剛性床身結構，在重負載加工中表現卓越。其加工點的靜態剛性提升至傳統機型的兩倍，動態剛性提升至1.25倍，確保加工的穩定性和精度。
而在SGX-126上搭載的AI智慧功能，可以在加工過程中自動測量工件的實際高度。根據測量結果，AI系統自動調整磨削路徑與深度，實現高精度加工，減少人為介入。且可以根據不同的加工條件，模擬平面度、磨削去除量以及表面粗糙度。
此外還有AI磨削面觀察系統，能夠在旋轉過程中即時高速拍攝其表面，並結合人工智慧（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。
3. Dr. Tool智慧刀具監控解決方案
由中村留精密工業株式會社（Nakamura-Tome）推出的 Dr. Tool 是一款智慧刀具監控解決方案，專為優化工具機運作效率、減少刀具損耗和提高加工品質而設計。此系統透過高精度外置電流感測器，即時監控工具機刀具的工作狀態，包括切削力、運作電流等關鍵參數。若偵測到刀具破損、過載或其他異常情況，Dr. Tool 能夠自動停機，並透過警報通知操作人員，從而有效防止不良品生產，保護工件和設備安全。
Dr. Tool 系統的安裝簡便，只需15 分鐘即可完成，無需對工具機進行複雜的硬體改造或網路配置，具有很高的適用性。此外，Dr. Tool 不僅支援中村留自有品牌工具機，也相容於其他主流工具機品牌，廣泛適用於各種加工環境。
4. OMNIedge智慧平台
THK 的 OMNIedge 是一項基於物聯網（IoT）的智慧服務，旨在幫助製造業企業實現設備狀態的即時監控和預測性維護。透過在機械關鍵零件（如滾珠螺桿、LM 導軌等）上安裝感測器，OMNIedge 能夠將設備運行數據數位化，並透過雲端分析提供直覺的設備健康狀態報告，幫助企業及時發現潛在問題，減少設備故障。
OMNIedge 的安裝過程極為簡便，採用即插即用設計，無需複雜的網路配置或大規模施工。這種設計極大地降低了技術和操作門檻，使得企業能夠快速部署該系統。同時，OMNIedge 採用訂閱制服務模式，企業無需進行高額的初始投資即可享受先進的 IoT 服務，顯著提高了成本效益。
四、結論
由於工具機業對於複合化的發展已有多年，並非完全創新，雖從展覽的外顯來看，工具機廠多數呈現仍舊是以功能面的展示，但仍會透露出周邊資訊，顯見這些廠商都已有應用實績的回饋，並據以改善。為的都是能提高客戶的信賴度，進而採購高階設備，同時也創造客戶在其工件設計上能突破以往思維，在不受當下設備的功能限制，使終端產品的效能價值更進步。
而為了能面對半導體以及航太生醫等等產業高精度以及高品質的需求，尋求AI技術上的輔助則是必須的。透過過去累積的經驗以及對於這些產業的解析，各家廠商開發出了自己一套的解決方案，針對多種苛刻的使用情境，整合機體設備設計與線上AI技術，以此來面對未來各式各樣的需求，期望能帶領工具機產業更上一步。
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