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技術趨勢
2024年日本JIMTOF展之產業趨勢觀察與自動化解決方案
2025.01.09∣瀏覽數:149

2024年日本JIMTOF展之產業趨勢觀察與自動化解決方案

精密機械研究發展中心 吳仲偉副處長
精密機械研究發展中心 李盈逸經理、吳相儒副工程師、賴敬侑副工程師、江宥緯副工程師
日本國際工具機展(JIMTOF)是由社團法人日本工作機械工業會(Japan Machine Tool Builders’ Association;JMTBA)及株式會社東京展覽中心(Tokyo Big Sight)主辦,是亞洲規模最大的工具機展,更與歐洲EMO展、美國IMTS展並列為全球前三大工具機展。面對國際上中美貿易衝突與地緣政治的不確定性,加上許多國家都面臨少子化、勞動力不足等問題,國際工具機大廠透過此展,紛紛展演最新技術與機台,如:加工優化或自動化解決方案,藉此吸引全球各地製造業前往觀摩與參觀,以期尋求減緩大環境種種不確定因素所造成衝擊之解決措施。

此屆JIMTOF的展覽主題以莫比烏斯環(Mobius strip, ∞)為主,象徵無限的可能性,並以〝Technologies passed down to the future offers unlimited possibilities.〞亦即「為傳承未來技術,提供無限可能」為主,期許將目前製造技術傳承至未來,並且建立與大專院校、業界、官方與研究單位或國內外等無限連結與合作,擴展工具機產業在不同領域的發展,包含軟體與硬體技術,以及不同終端加工應用領域產業,觸發不同想像以創造無限發展潛力。

東京展覽中心(Tokyo Big Sight)外觀 2024JIMTOF用∞象徵無限的可能性

(資料來源:2024JIMTOF官網)

觀察此次2024 JIMTOF展的產業發展趨勢,可以發現多數設備廠商以終端應用需求出發,並圍繞在目前製造業最常遇到的幾個困境,如「人力不足」、「生產力提升」、「品質向上」、「老師傅經驗難以傳承」、「少量多樣」等議題,因此許多工具機與零組件廠商分別提出數位轉型(Digital Transformation;DX),如:自動化、人工智慧、智慧工廠等,以及綠色轉型(Green Transformation;GX)等解決方案,以因應國際供應鏈淨零碳排與轉型之目標,以下說明整體產業發展趨勢。

圖3. Matsuura(松浦)於2024 JIMTOF 展提出之技術議題

數位轉型DX

亦即從單機到整線、整廠導入自動化、智慧化與人工智慧(Artificial Intelligence;AI)技術,以減少機台閒置時間(Idle Time)、產品生產週期(Cycle Time),進而達到提高生產力、製造彈性等效益,此次JIMTOF 展示以下解決方案:

  • 自動化 Automation

    本次展會除各家工具機廠商針對不同自動化情境進行相關產品展示外,甚至連零組件周邊廠商也展示自動化技術能量,小至自動化生產單元的機台設備與自動化周邊整合(如:機械手臂自動搬運工件、自動換刀與夾治具、自動化倉儲管理等),大至整廠產線的高度自動化(如:透過移動型機器人取料/ 搬料、切屑運送、自動換線加工等),以提供客戶提升生產力與效率的解決方案。

    圖4. 展場自動化方案

    (資料來源:Mazak、Matsuura、DMG MORI 官網;PMC 整理)

    圖5. DMG MORI機台周邊自動化
  • 人工智慧 Artificial Intelligence

    此部分可分為加工前準備以及加工中診斷/自適應調控。加工前準備可透過數位雙生(Digital Twin)技術,於虛擬環境中預先得知加工模擬結果,並藉由優化加工路徑及參數,來達到提升加工效率及品質之效益,並可提前發現加工潛在問題(如:機台干涉、撞機),從而採取預防改善措施,來減少加工異常發生之機率。加工中可利用AI異常檢知、故障快速排除等技術進行工件品質辨識或機台異常判別,以及利用自適應調控技術支援(如:透過溫升補償技術以減少熱變形),避免加工品質出現異常,進而造成生產上的損失。

  • 智慧工廠 Smart Factory

    利用先進技術(如:AI、可視化、物聯網、大數據分析等)來實現生產過程的自動化、智能化與數位化,其特色包括高度自動化的製造線、數據驅動的決策、實時監控以及製造過程的彈性調整,如:產線導入(Internet of Things;iOT)機聯網、先進規劃與排程系統(Advanced Planning and Scheduling;APS)、工件自動交換裝置(Automatic Work Changer;AWC)等,以期達到生產不間斷的加工之目標,甚至可夜間或周末生產。

    東京展覽中心(Tokyo Big Sight)外觀
  • 工程集約

    傳統機械加工工法,單一產品需經過車削、銑削、鑽孔、滾齒、去毛邊、清潔切屑、精加工、研磨等不同的加工工法。現在透過工程集約可將這些製程整併於單一機台上。除此之外,工件精度量測、外觀檢查、生產過程中在不同機器上執行的多道工序,亦可合併為一道工序。此次可看出指標大廠(如:OKUMA、Mazak等)提出不同工程集約方式, 包含車+銑+齒(Skiving)、車+銑+磨(Grinding)、車+ 銑+ 積層製造 (Addictive Manufacturing;AM),藉由不同工序之整合,達到減少機台數量及機台佔用空間,進而提高加工效率與工廠空間使用效率。

    圖8. Mazak 工程集約解決方案-INTEGREX AG 系列機台

    (資料來源:Mazak 官網)

    圖9. OKUMA 工程集約解決方案
  • 綠色轉型GX

    綠色節能設備是目前終端應用加工業者採購工具機的評比之一,故工具機業者紛紛提出節能設備或在加工過程當中,利用數位技術來估算和監控能源使用情形,以及藉由導入自動化等相關技術提高生產效率,進而減少電力使用與工件浪費,而達到減少二氧化碳排放。或是針對加工產生的廢料和冷卻液進行回收再利用(如:DMG MORI),都是達成綠色轉型的方法。

    圖10. Mazak Go Green 圖11. DMG MORI 2050年淨零碳排目標
    圖12. DMG MORI 綠色轉型解決方案-零汙泥冷卻液儲罐

    (資料來源:資料來源:DMG MORI官網)

自動化技術解決方案

即使「自動化技術」已經不是新鮮或是新創的玩意,但是為解決各國少子化衍生勞動力不足、以及傳統高密集人力作業無法提高生產效率等問題,許多工具機暨零組件大廠紛紛提出不同的自動化解決方案。故此次參展多著重在自動化解決方案,為展覽上一大亮點,以下將著重說明自動化相關展出與應用,說明如下。

  • 線上檢測
    BIG DAISHOWA
    圖13. BIG DAISHOWA_DYNA ZERO

    (資料來源:BIG DAISHOWA官網)

    DYNA ZERO VISION 是一款先進的非接觸式工具位置測定器,榮獲第48屆日刊工業新聞社之發明大賞,專為精密加工領域設計,旨在提升加工品質和效率,強調可直接於機上量測得知刀具的長度、直徑、磨耗。

    可利用 CMOS 相機搭配先進的圖像處理技術,並結合 LED 藍光閃頻功能,使DYNAZERO VISION能精確測量刀具的動態振動量,以及清楚解析刀具表面磨耗程度,確保加工過程的穩定性。此外,也可與 Windows 系統的CNC設備連接,透過指定IP位址進行簡單串接,以建立可視化介面。

  • 異常檢知
    MITSUBISHI(三菱)
    圖14. 三菱_ NC Machining AID

    NC Machining AID 是一款結合 AI 技術的加工診斷工具,實現加工自動化並降低生產成本之浪費。該工具具備加工異常檢知、刀具磨損檢測和操作錯誤檢知等功能,且功能操作簡單,僅需利用從控制器到機台端所收集的電流數據即可實現診斷功能,透過機器學習正常加工狀態,可快速縮小診斷範圍,並減少所需蒐集之數據量,且當檢測到異常時,會立即發出警報並停止機械運作,以防止加工不良品的情況產生。

    圖15. NC MachiningAID_ 機械學習診斷示意圖
THK

OMNIedge 是一款提供 iOT 服務的異常檢知系統,透過在零組件上安裝感測器,將當前運轉狀態可視化,提供使用者能提前掌握零組件狀態,並預防停機或避免異常現象的發生。此外,THK 還提供工具監視 AI 解決方案,透過即時監控加工過程中的工具狀態,檢測如:刀具折損、磨損等異常情況,並提供磨耗監控功能,且無需設定閥值即可自動檢測異常,提升生產效率。

針對傳動部件部分,THK 預兆檢知AI解決方案可監控如導軌、滾珠螺桿等部件的潤滑和破損狀態,透過數值化的方式(如:健康度分析報告),提供精確的狀態監控,並在異常發生時發送警報,協助用戶進行預防性維護。

圖16. THK_AI 異常檢知解決方案83 圖17. THK_AI診斷與零組件健康度分析示意圖

(資料來源: THK官網)

  • 磨床自動化
    JTEKT

    透過建置於 JTEKT G1P50S CNC 外圓磨床的粗糙度量測裝置,實現加工後的即時表面粗糙度檢測,無須將工件移出磨床,藉以縮短加工工件檢測時程。所使用的量測工具是一特殊的刀具,有上下兩個夾頭,透過雷射回饋技術量測刀具加工中的工件表面凹凸情形,藉以計算該工件表面之粗糙度(RA)。

    圖18. JTEKT_表面粗糙度檢知
  • NAGASE

    NAGASE 於本次展會上首次推出應用於 CNC 磨床之 Integrex AI 系統,旨在收集和分析研磨過程中的大量數據,可實現即時監控、測量和預測診斷,最終目標在於提高加工品質並最大限度地減少停機時間。NAGASE 直接將測量功能融入磨削過程中,使用者可於機上驗證大型工件精度,無須停機及手動測量,大幅提升工件品質檢驗效率。

    此外,NAGASE 針對砂輪研磨表面開發一套 AI 砂輪表面觀察系統 -GRIDE EYE®,透過在砂輪旋轉過程中即時高速拍攝其研磨表面,並結合 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,以減少防止加工缺陷。

    圖19 NAGASE_Integrex AI 系統

    (資料來源:NAGASE官網)

    圖20. NAGASE 磨床自動化技術

    (資料來源: NAGASE 官網;PMC 整理)

  • AI 圖像辨識
    FANUC

    FANUC 在機械手臂上使用到圖像辨識 AI 功能,可以讓機械手臂在夾取物品時有著更高的準確度,並且能針對不同大小或是顏色的工件進行夾取動作。應用AI隨機部件抓取與自動路徑生成(AI Random Part Picking and Auto Path Generation)技術,可以判定不同的距離(近距離、標準、遠距離),透過取出及放置位置傳輸後,自動生成無碰撞的路徑,最終傳輸到機器人末端機構進行工件取放的操作。其中應用FANUC 3D視覺技術的3DV/1600感測器,該感測器能根據軟體設定在不同的範圍進行測量。

    圖21. FANUC_ AI 隨機部件抓取與自動路徑生成
  • 自動搬運機器人
    THK

    THK 在此次展覽展出的〝SIGNAS〞是一款高度靈活且具有高度自動化之解決方案,專為提升整廠製造與物流現場的效率而設計。SIGNAS採用內建攝影機識別目標標誌的誘導方式,無需鋪設磁條或固定路徑,大幅簡化移動路徑設定和變更操作,讓使用者能快速調整搬運流程,且減少現場路線維護工作量。同時,SIGNAS具備強大的環境適應能力,能在瀝青、格柵、花紋鋼板等不平坦路面上穩定運行,適用於室內外或建築工地等多樣化的搬運場景。

    圖22. THK AGV 機器人_ SIGNAS

    (資料來源:THK官網)

    在承載能力方面,標準型號的 SIGNAS 可承載150公斤的貨物,並能牽引高達500公斤的重量。而新推出的型號進一步提升至1噸的牽引重量,滿足更大規模的搬運需求。此外,機器人支援多台協同運作,使用者可以透過簡單的設定實現多機協同,大幅提升搬運效率與靈活性。從工廠內的物料配送到倉庫的自動化管理,再到建築工地的物料運輸,為各行業的自動化搬運需求提供了創新且可靠的解決方案。

    圖23. THK SIGNAS_承載及牽引搬運示意圖

    (資料來源:THK官網)

  • DMG MORI

    DMG MORI 於此次展覽上也展示了主動式移動型機器人 AMR2000,結合 INH 63(臥式5軸加工中心機)機台展示自動搬運切削鐵屑桶之生產情境,搭配超音波感測器,可以即時偵測切屑蒐集的狀態,並透過AMR2000自動生成搬運路徑,能更有效的進行鐵屑桶更換,維持長時間自動化加工。

    圖24. DMG MORI 透過AMR2000自動搬運鐵屑
  • 其他展示重點

    為了更有效的做到自動化生產與快速的連接生產單元,可以在此次會展上看到自動搬運上下料、整廠整線自動化…等解決方案。而且不只是整機廠,包括零組件廠商也都有展示出AWC結合旋轉工作台與夾頭設備等自動化應用情境。

    圖25. Mazak與DMG MORI自動搬運上下料展示
  • 機台自動清潔
    OKUMA

    OKUMA 針對切削液清潔度問題提出解決方案,其開發了一款 Sludgeless Tank(無污泥槽),能有效收集高達99%的污泥,針對鑄件的污泥負荷率高達99%,鋁的部分則達到 97%。此外,該設計的單向流動機制有效防止冷卻液因排放而劣化,同時顯著降低冷卻液更換的頻率。

    圖27. OKUMA 無汙泥槽解決方案

    在三級過濾(滾筒- 旋風- 袋式過濾器)滲透之後,可大幅減少水箱內的污泥堆積,能夠顯著降低水箱清洗的頻率,確保冷卻液可長期保持穩定,且在3年內無須清洗水箱與更換冷卻液,同時汙水幫浦的數量從2個減少至1 個,並最多可減少1/6電力消耗。此設計減少冷卻液的更換頻率和機構空間,對環境的衝擊也隨之降低,也實踐這項技術在環保上的多重優勢。

    圖28. OKUMA_ 三級過濾滲透系統

    (資料來源: OKUMA 官方YouTube)

總結

由於此次展覽展出眾多自動化解決方案,可觀察到許多整機廠提出從物料搬運、上下料或自動換刀、搬運(AGV、AMR)等完整自動化解決方案,以更有效做到自動化生產與快速的連接生產單元。另外在加工過程中,也展示加工中自動斷屑、AI異常辨識等技術,以達到解決人力短缺.. 等問題,並兼具提升生產力、加工品質等效益,未來自動化應用將更加深入與廣泛應用於一般製造業中。

另外,國際工具機整機廠與零配件廠商,雖依舊延續 DX、GX 兩大主軸方向,但是更加聚焦從終端應用需求出發,開發新技術與解決方案。這也可以給台灣工具機廠商帶來啟發,過去台灣大多透過代理/ 經銷商征戰海外市場,無法直接第一手掌握終端應用現況,而現在掌握終端客戶需求成為關鍵,也就是了解您的客戶(Know your customer;KYC),甚至是客戶的客戶(Know your customer’s customer;KYCC)。許多廠商的展示重點,已從過去單純技術導向,轉向滿足終端客戶端的應用需求,提供相對應的解決方案,幫助客戶解決痛點,才是最重要的致勝目標。