輔助機(jī)器人制造再辟新局

自從上屆TIMTOS x TMTS 2022已可見到有多家工具機(jī)、控制器大廠紛紛展出自家Digital Twins解決方案，讓加工業(yè)者在預(yù)測加工時(shí)間及質(zhì)量上，甚至優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助制造CAM軟件，也讓后者若非透過云平臺與CAD/CAE軟件兼容加值，便是更深入專用加工領(lǐng)域，與工業(yè)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)。
基于現(xiàn)今制造業(yè)數(shù)字孿生（Digital Twins）技術(shù)涵括各領(lǐng)域、架構(gòu)，大多數(shù)硬軟件或系統(tǒng)整合廠商通常會就自身能量與技術(shù)背景出發(fā)，再透過云平臺或商業(yè)模式合作。工研院過去即曾將國際主要的Digital Twins技術(shù)平臺供貨商概分為：產(chǎn)品制造廠商、軟件系統(tǒng)廠商、其他衍伸服務(wù)軟件廠商3類。并陸續(xù)經(jīng)由合作、并購、異業(yè)結(jié)盟等方式，涉獵不同應(yīng)用場域，建構(gòu)出完整的供應(yīng)鏈與服務(wù)模式；或可歸屬于競合關(guān)系者，藉此拓展自家品牌市占率與關(guān)鍵技術(shù)版圖。
其中除了「衍伸服務(wù)軟件」供貨商，主要提供如企業(yè)資源管理（ERP）、客戶關(guān)系管理（CRM）等軟件服務(wù)，在企業(yè)應(yīng)用軟件架構(gòu)下涵括Digital twins技術(shù)領(lǐng)域，并將原先以產(chǎn)線為應(yīng)用端的模式，轉(zhuǎn)換為整體企業(yè)營運(yùn)管理，如Oracle、SAP、IBM及Microsoft等。
目前Digital Twins最常被制造業(yè)使用的功能，主要包含系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)線布置、制程優(yōu)化及最適生產(chǎn)排程、效能監(jiān)控和預(yù)防性維修。

產(chǎn)品制造廠商加值　整合CNC數(shù)控系統(tǒng)硬軟件銷售
隨著目前CNC工具機(jī)產(chǎn)業(yè)競爭越來越激烈，CNC數(shù)控系統(tǒng)功能、客制化人機(jī)接口推陳出新且逐步開放，業(yè)者為了提升軟件的附加價(jià)值，必須提供一套從生產(chǎn)、加工到監(jiān)控的完整解決方案，銷售機(jī)臺之外的許多加值服務(wù)。
包括內(nèi)嵌能與控制器整合或平行運(yùn)作的簡化版CAD/CAM軟件，發(fā)展出對話式CAD/CAM規(guī)劃技術(shù)，使得加工更容易，進(jìn)而加快產(chǎn)品開發(fā)速度和預(yù)測切削的準(zhǔn)確性。甚至結(jié)合刀具管理與量測循環(huán)，涵括每個(gè)生產(chǎn)步驟的運(yùn)作模式和成效質(zhì)量，精確整合虛擬成果和真實(shí)量測成效，建立完整的虛實(shí)整合Digital twins生產(chǎn)制造系統(tǒng)。
如產(chǎn)品制造廠商DMG MORI、OKUMA、FANUC、SIEMENS等，已可將Digital Twins技術(shù)導(dǎo)入自家運(yùn)動控制系統(tǒng)或加值軟件App，與設(shè)備或Turnkey solution整合銷售，強(qiáng)調(diào)在預(yù)測實(shí)際工時(shí)和質(zhì)量更為精準(zhǔn)。

軟件供貨商跨平臺　挾CAD/CAM分進(jìn)合擊
軟件系統(tǒng)商如PTC、Dassault Systemes、Autodesk、hyperMILL、Mastercam，則以提供CAD/CAM、PLM等技術(shù)服務(wù)為主，不僅仍與客戶合作共同開發(fā)產(chǎn)品的Digital Twins模型，滿足于設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、試產(chǎn)、調(diào)校等不同階段需求，現(xiàn)也透過自家硬/軟件云平臺合縱連橫CAD/CAE，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。
過去銑削加工若針對幾何形狀比較復(fù)雜的刀具路徑和NC程序，通常會導(dǎo)入商用CAD/CAM軟件，以脫機(jī)方式規(guī)劃產(chǎn)生。如今則已發(fā)展至可支持產(chǎn)生五軸同動銑削的刀具及加工路徑、積層制造路徑等，可用來模擬、加工高度復(fù)雜的自由輪廓曲線。

工研院也因此，率先開發(fā)了整合式切削仿真與防碰撞功能，于事前與加工中進(jìn)行機(jī)臺防碰撞保護(hù)，一次解決兩項(xiàng)問題。其中快速3D切削仿真功能，可在加工前預(yù)先對機(jī)臺進(jìn)行快速模擬，以確保機(jī)構(gòu)間無干涉或碰撞情況；同時(shí)開發(fā)主軸撞擊瞬間脈沖訊號檢知功能，在機(jī)臺發(fā)生干涉和碰撞瞬間示警且停止機(jī)臺動作，將損害降之最低。
專業(yè)CAM軟件hyperMILL則推出其hyperMILL CONNECTED Machining功能，強(qiáng)調(diào)可確保CAM軟件和機(jī)臺間無縫互聯(lián)，其中亮點(diǎn)之一，就是能與控制器的雙向數(shù)據(jù)交換。也就是由hyperMILL VIRTUAL Machining Center作為中介組件，仿真解決方案和加工刀具之間的接口，允許將流程相關(guān)數(shù)據(jù)直接且安全從CAD/CAM系統(tǒng)傳輸?shù)綑C(jī)臺，也能從機(jī)臺接收，藉此達(dá)成CAM軟件與CNC加工刀具最佳連網(wǎng)。
因此，用戶可將刀具列表和NC程序從仿真環(huán)境直接傳送至機(jī)臺，在機(jī)臺執(zhí)行時(shí)同步模擬狀態(tài)；甚至使用計(jì)算機(jī)控制機(jī)臺，在機(jī)臺啟動前，就開始一路應(yīng)用安全概念，包括各種加工和機(jī)臺配置，例如零點(diǎn)定位、刀具數(shù)據(jù)和配置參數(shù)等，均讀取自機(jī)臺控制器。進(jìn)而檢查hyperMILL中的程序數(shù)據(jù)，除非成功執(zhí)行數(shù)據(jù)比對和碰撞檢查，不會發(fā)布和傳輸NC程序的安全機(jī)制，將有效保護(hù)操作人員和財(cái)產(chǎn)，避免發(fā)生可能的操作錯(cuò)誤。
同時(shí)執(zhí)行完整流程控制，讓來自于刀具管理系統(tǒng)的信息可以從hyperMILL，直接傳輸?shù)娇刂破鞯牡毒邇?nèi)存，消除在控制器手動輸入值的需求，節(jié)省時(shí)間并降低發(fā)生錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)；還可以在 hyperMILL VIRTUAL Machining Center中儲存并還原機(jī)臺設(shè)定，即可在不同的設(shè)定之間快速切換。
達(dá)梭系統(tǒng)（Dassault Systemes）旗下的3DEXPERIENCE云端平臺連接集團(tuán)15項(xiàng)品牌資源，確保未來所有SOLIDWORKS授權(quán)功能，如3D建模、鈑金設(shè)計(jì)與焊接工程等高階仿真、制造和生產(chǎn)，甚至是數(shù)據(jù)管理、協(xié)作等功能都可開發(fā)App并納入云端服務(wù)。
在今年「3DEXPERIENCE World 2023」的「Playground展示區(qū)」中，也有新創(chuàng)公司Titans of CNC參與，既是一家位于德州Flower Mound的生產(chǎn)基地，采取革命性的在線CNC Academy營運(yùn)模式，部分客戶來自于SpaceX、Blue Origin和波音等航空航天公司等產(chǎn)業(yè)。

深化加工應(yīng)用領(lǐng)域　放眼機(jī)器人拋光研磨工法
值得一提的是，因應(yīng)近年來自動化且高度彈性的制造情境快速成長，工研院也推出專用于機(jī)器人研磨拋光的系統(tǒng)整合品牌RoboSmith，包含「EzSim機(jī)器人數(shù)字仿真軟件」、「SmithOS機(jī)器人核心系統(tǒng)」、「機(jī)器人AI質(zhì)量診斷」共3款加值智能軟件，可讓傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)到老師傅的研拋精髓，轉(zhuǎn)變成為機(jī)器數(shù)字職人。

其中又以「EzSim機(jī)器人數(shù)字仿真軟件」與CAD/CAM應(yīng)用較為相關(guān)，透過導(dǎo)入3D視覺可以掃描接口設(shè)備的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再藉由虛實(shí)整合設(shè)備定位技術(shù)，計(jì)算出與CAD模型之間的位置偏差，控制定位誤差<1mm。再另將其位置信息反饋到EzSim，透過精確幾何模型的運(yùn)算，實(shí)時(shí)補(bǔ)償、修正機(jī)器人研磨拋光路徑而改善精度，同時(shí)提升制程加工質(zhì)量及導(dǎo)入效率。
目前如研磨拋光、雷射焊接、鈑金彎折等專用加工領(lǐng)域，也早有專業(yè)CAD/CAM軟件商已導(dǎo)入開發(fā)，并強(qiáng)調(diào)可支持現(xiàn)今市面上大多數(shù)歐日系機(jī)器人及控制器，可望成為下一片藍(lán)海。