人工智能引動CNC數(shù)控技術(shù)新趨勢

智能制造為CNC數(shù)控技術(shù)帶來更多的市場機(jī)會，尤其是正在高速發(fā)展的新興亞洲。則將朝向高速化、智能化、多軸復(fù)合化、以及聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展。特別是智能化的趨勢，將會帶來新的商業(yè)模式。

人工智能的浪潮正在沖擊著各行各業(yè)，工具機(jī)領(lǐng)域也不會例外，特別是以數(shù)字控制為核心的CNC數(shù)控系統(tǒng)，也在此一趨勢下衍生出了新的解決方案與市場機(jī)會。根據(jù)財(cái)富商業(yè)洞察（Fortune Business Insights）的調(diào)查，全球CNC數(shù)控工具機(jī)市場預(yù)計(jì)在 2022 年至 2029 年成長至 1,407.8億美元，而其中最主要的成長驅(qū)力就是以數(shù)字轉(zhuǎn)型為主軸的智能制造。

另一家市場研究機(jī)構(gòu)GII也指出，CNC市場規(guī)模預(yù)計(jì)2024年為1007.8億美元，至2029年將達(dá)到1466.5億美元，復(fù)合年成長率為7.79%。而其成長的亮點(diǎn)， 就是使用先進(jìn)的CNC 工具機(jī)可以減少生產(chǎn)時(shí)間，且大幅的減少人為錯(cuò)誤，進(jìn)而簡化許多業(yè)務(wù)流程，從而提高了對生產(chǎn)效率的需求。

另一方面，激烈的市場競爭也迫使企業(yè)必須更有效的提升制造技術(shù)，因此他們正試圖透過重新設(shè)計(jì)他們的生產(chǎn)設(shè)備（包括CNC工具機(jī)）來獲得競爭優(yōu)勢。

復(fù)合、高精度、智慧化

因應(yīng)上述這些市場與業(yè)者的需求，CNC數(shù)控系統(tǒng)也開始朝著下述幾個(gè)主要的發(fā)展趨勢前進(jìn)。

復(fù)合化

當(dāng)今的制造早已脫離大量統(tǒng)一規(guī)格的生產(chǎn)模式，取而代之的，是更多的客制化需求，而要同時(shí)滿足高客制化與量產(chǎn)的目標(biāo)，復(fù)合化的加工就成了CNC產(chǎn)業(yè)的顯學(xué)，CNC數(shù)控系統(tǒng)也向著復(fù)合化的方向發(fā)展。例如，許多CNC數(shù)控系統(tǒng)都集成了刀具補(bǔ)償、斷刀保護(hù)、故障診斷等功能，提高了數(shù)控機(jī)床的綜合性能。

以目前熱門的五軸加工為例，這是一種復(fù)雜的加工技術(shù)，可以加工曲面或異形零件。在五軸加工中，CNC數(shù)控系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)協(xié)調(diào)各個(gè)軸的運(yùn)動，以確保加工的精度和效率。

高速化、高精度化

為了提升制造的效率與質(zhì)量，制造業(yè)對于加工效率和精度的要求也就不斷地提高，這也刺激CNC數(shù)控系統(tǒng)朝向著高速化、高精度化的方向發(fā)展。例如，在伺服系統(tǒng)方面，采用了高性能的伺服馬達(dá)、驅(qū)動器和編碼器，提高了伺服系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)響應(yīng)速度；在加工過程中，采用了高速切削、精密切削等加工技術(shù)，提高了加工效率和加工精度。

以高速銑削為例，它就是一種高速、高效的加工技術(shù)，可以顯著提高加工效率。在高速銑削中，CNC數(shù)控系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控加工過程，并根據(jù)加工情況進(jìn)行調(diào)整，以確保加工的穩(wěn)定性和精度。

智能化

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，CNC數(shù)控系統(tǒng)也向著智能化的方向發(fā)展。例如，一些CNC數(shù)控系統(tǒng)采用了優(yōu)化算法，可以自動優(yōu)化加工參數(shù)，提高加工效率和加工質(zhì)量。另外，新一代的CNC數(shù)控系統(tǒng)則導(dǎo)入了故障診斷系統(tǒng)，可以自動診斷數(shù)控機(jī)床的故障，提高維護(hù)效率。

而在智能制造流程中，CNC數(shù)控系統(tǒng)更扮演著重要的角色，它需要能夠與其他智慧設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通，并實(shí)時(shí)分析加工數(shù)據(jù)，提供用戶進(jìn)行決策的依據(jù)。

另一方面，為了滿足不同用戶的客制化需求，CNC數(shù)控系統(tǒng)也向著開放化的方向發(fā)展。例如，一些CNC數(shù)控系統(tǒng)提供了開放的接口，允許用戶自行開發(fā)客制化的功能。

圖一 : 復(fù)合化與智能化將是CNC數(shù)控的重要發(fā)展趨勢，圖為示意圖。

亞洲扮CNC發(fā)展要角 歐日仍是技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者

從地域分布來看，亞太地區(qū)是全球最大的CNC數(shù)控系統(tǒng)市場，占全球總市場的48%。其次是歐洲和北美，市場規(guī)模分別占全球總市場的24%和20%。

在亞洲方面，中國是全球最大的CNC數(shù)控系統(tǒng)市場之一，2022年市場規(guī)模約為50億美元。隨著中國制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，中國的CNC數(shù)控系統(tǒng)市場也將保持穩(wěn)定的成長態(tài)勢。而從產(chǎn)業(yè)分布來看，汽車、機(jī)械、電子業(yè)等，是中國CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，中國CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要供貨商包括發(fā)那科（FANUC）、廣州數(shù)控、北京精雕、沈陽機(jī)床、埃克馬等。其中，發(fā)那科是中國最大的CNC數(shù)控系統(tǒng)供貨商，市場占有率約為35%。

美國是全球第二大CNC數(shù)控系統(tǒng)市場，市場規(guī)模約為220億美元。在應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方面，則以航天、汽車、機(jī)械等是美國CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要應(yīng)用領(lǐng)域。目前美國的CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要供貨商為發(fā)那科、三菱電機(jī)、西門子、法尼克、哈斯等。其中，發(fā)那科也是最大的CNC數(shù)控系統(tǒng)供貨商，市場占有率約為40%。

日本是全球第三大CNC數(shù)控系統(tǒng)市場，但其市場呈現(xiàn)高度集中的狀況，單是發(fā)那科一家公司的市場占有率就超過70%，其次是三菱電機(jī)與山崎精機(jī)。而從產(chǎn)業(yè)分布來看，汽車、電子、機(jī)械業(yè)是日本CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

而隨著日本政府推動制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型，對高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)的需求也將有所提升，預(yù)料也會推動日本的CNC市場成長。

從全球主要市場的CNC數(shù)控供貨商來看，可知日系的業(yè)者仍是CNC數(shù)控解決方案領(lǐng)導(dǎo)者，尤其是發(fā)那科仍持續(xù)位居龍頭的地位，而西門子則是代表歐系廠商在CNC數(shù)控領(lǐng)域嶄露頭角。

至于臺灣，盡管本身的制造業(yè)蓬勃發(fā)展，但市場規(guī)模并不大，無法主要的市場相提并論，整體的規(guī)模僅占全球CNC數(shù)控系統(tǒng)市場總份額的0.4%。而在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分布方面，臺灣CNC數(shù)控系統(tǒng)的主要應(yīng)用于電子、機(jī)械、汽車等。其中，電子產(chǎn)業(yè)是臺灣CNC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，市場占有率約為40%。

而臺灣CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的主要供貨商包括：發(fā)那科、三菱電機(jī)、西門子等。其中，發(fā)那科是臺灣最大的CNC數(shù)控系統(tǒng)供貨商，市場占有率約為35%。

近幾年，受惠于美中貿(mào)易對抗，以及政府鼓勵(lì)業(yè)者回流的政策，臺灣的制造業(yè)也出現(xiàn)明顯的成長。再加上，智能制造與數(shù)字轉(zhuǎn)型等趨勢的刺激，因此推動了臺灣CNC數(shù)控市場的成長。

在制造業(yè)升級方面，隨著臺灣制造業(yè)朝向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對CNC數(shù)控系統(tǒng)的高速化、高精度化、智能化的要求也不斷提高，因此帶動了新一波CNC數(shù)控系統(tǒng)市場的成長。另一方面，由于半導(dǎo)體與新能源等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也擴(kuò)大了對CNC數(shù)控系統(tǒng)的需求，這將有助于臺灣整體CNC數(shù)控系統(tǒng)市場擴(kuò)大它的成長空間。

也因此預(yù)計(jì)未來幾年，臺灣CNC數(shù)控市場將保持穩(wěn)定的成長態(tài)勢，并朝向高精度、復(fù)合加工、與智能制造等趨勢前進(jìn)。

 全球CNC機(jī)臺應(yīng)用分布。（source：grandviewresearch）

數(shù)字分身與人工智能的導(dǎo)入

人工智能（AI）是全球顯學(xué)，在CNC數(shù)控領(lǐng)域也不例外。目前人工智能技術(shù)與數(shù)字分身（Digital Twin）在CNC數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用已越來越廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

制造仿真

透過建立數(shù)字分身模型，可以對CNC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行虛擬的仿真制造、測試和優(yōu)化加工參數(shù)，以提高加工效率和加工質(zhì)量。例如，在航天領(lǐng)域，可以使用數(shù)字分身模型來仿真飛機(jī)零件的加工過程，提前發(fā)現(xiàn)潛在的加工缺陷，避免造成實(shí)際加工中的損失。

預(yù)測維護(hù)

利用AI技術(shù)分析數(shù)字分身模型中的數(shù)據(jù)，可以預(yù)測CNC數(shù)控系統(tǒng)的故障，并制定維護(hù)計(jì)劃，提高維護(hù)效率和降低維護(hù)成本。例如，在汽車制造領(lǐng)域，可以使用AI技術(shù)來分析數(shù)控機(jī)床的振動數(shù)據(jù)，預(yù)測軸承的磨損程度，避免造成突然故障。

故障診斷

當(dāng)CNC數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以使用AI技術(shù)分析數(shù)字分身模型中的數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地診斷故障原因，縮短故障排除時(shí)間。例如，在電子制造領(lǐng)域，可以使用AI技術(shù)來分析數(shù)控機(jī)床的電流數(shù)據(jù)，快速診斷馬達(dá)故障。利用AI技術(shù)，可以實(shí)時(shí)調(diào)整CNC數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)，使加工過程更加穩(wěn)定和高效。例如，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，可以使用AI技術(shù)來調(diào)整數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度，提高加工精度。

以西門子為例，透過在CNC加工中導(dǎo)入數(shù)字分身與AI技術(shù)，成功優(yōu)化了汽車零件的加工參數(shù)，并將加工時(shí)間縮短了20%，同時(shí)加工精度也提高了10%。此外，也運(yùn)用數(shù)字分身技術(shù)成功預(yù)測CNC加工機(jī)床的軸承故障，并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，避免了機(jī)床故障造成生產(chǎn)線停產(chǎn)。

整體而言，與AI和數(shù)字身分技術(shù)結(jié)合將是CNC數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，其主要的發(fā)展趨勢如下：

? 數(shù)字分身模型將更加精確和完善：隨著感測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字分身模型將更加精確和完善，能夠更真實(shí)地反映物理設(shè)備的狀態(tài)。

? AI技術(shù)將更加智能化：AI算法將更加智能化，能夠更加有效地分析數(shù)字分身模型中的數(shù)據(jù)，并做出更準(zhǔn)確的預(yù)測和決策。

? 數(shù)字分身和AI技術(shù)將更加融合：數(shù)字分身和AI技術(shù)將更加融合，形成更加強(qiáng)大的智能制造工具，幫助制造企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)語

總結(jié)來說．在智能制造趨勢的推波助瀾之下，CNC數(shù)控技術(shù)仍將持續(xù)的發(fā)展，并帶來更多的市場機(jī)會，尤其是正在高速發(fā)展的新興亞洲。至于發(fā)展趨勢，則將朝向高速化、智能化、多軸復(fù)合化、以及聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展。特別是智能化的趨勢，將會深度的結(jié)合大數(shù)據(jù)、云端運(yùn)算、人工智能技術(shù)，進(jìn)而帶來新的商業(yè)模式，智能加值軟件服務(wù)等。同時(shí)新的技術(shù)也將提升CNC數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制、故障預(yù)測、生產(chǎn)優(yōu)化等功能。

另一方面，CNC數(shù)控技術(shù)也將會與精密機(jī)械、工業(yè)手臂深度整合，實(shí)現(xiàn)柔性制造、復(fù)合加工等功能，提高生產(chǎn)效率和加工精度，帶來更好的制造質(zhì)量與生產(chǎn)效率。