輔助機器人制造再辟新局

自從上屆TIMTOS x TMTS 2022已可見到有多家工具機、控制器大廠紛紛展出自家Digital Twins解決方案，讓加工業(yè)者在預測加工時間及質量上，甚至優(yōu)于傳統(tǒng)計算機輔助制造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域，與工業(yè)機器人協(xié)同作業(yè)。
基于現(xiàn)今制造業(yè)數(shù)字孿生（Digital Twins）技術涵括各領域、架構，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、其他衍伸服務軟件廠商3類。并陸續(xù)經(jīng)由合作、并購、異業(yè)結盟等方式，涉獵不同應用場域，建構出完整的供應鏈與服務模式；或可歸屬于競合關系者，藉此拓展自家品牌市占率與關鍵技術版圖。
其中除了「衍伸服務軟件」供貨商，主要提供如企業(yè)資源管理（ERP）、客戶關系管理（CRM）等軟件服務，在企業(yè)應用軟件架構下涵括Digital twins技術領域，并將原先以產(chǎn)線為應用端的模式，轉換為整體企業(yè)營運管理，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)設計與產(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、客制化人機接口推陳出新且逐步開放，業(yè)者為了提升軟件的附加價值，必須提供一套從生產(chǎn)、加工到監(jiān)控的完整解決方案，銷售機臺之外的許多加值服務。
包括內(nèi)嵌能與控制器整合或平行運作的簡化版CAD/CAM軟件，發(fā)展出對話式CAD/CAM規(guī)劃技術，使得加工更容易，進而加快產(chǎn)品開發(fā)速度和預測切削的準確性。甚至結合刀具管理與量測循環(huán)，涵括每個生產(chǎn)步驟的運作模式和成效質量，精確整合虛擬成果和真實量測成效，建立完整的虛實整合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技術導入自家運動控制系統(tǒng)或加值軟件App，與設備或Turnkey solution整合銷售，強調在預測實際工時和質量更為精準。

軟件供貨商跨平臺　挾CAD/CAM分進合擊
軟件系統(tǒng)商如PTC、Dassault Systemes、Autodesk、hyperMILL、Mastercam，則以提供CAD/CAM、PLM等技術服務為主，不僅仍與客戶合作共同開發(fā)產(chǎn)品的Digital Twins模型，滿足于設計、開發(fā)、制造、試產(chǎn)、調校等不同階段需求，現(xiàn)也透過自家硬/軟件云平臺合縱連橫CAD/CAE，進一步擴大應用領域。
過去銑削加工若針對幾何形狀比較復雜的刀具路徑和NC程序，通常會導入商用CAD/CAM軟件，以脫機方式規(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，于事前與加工中進行機臺防碰撞保護，一次解決兩項問題。其中快速3D切削仿真功能，可在加工前預先對機臺進行快速模擬，以確保機構間無干涉或碰撞情況；同時開發(fā)主軸撞擊瞬間脈沖訊號檢知功能，在機臺發(fā)生干涉和碰撞瞬間示警且停止機臺動作，將損害降之最低。
專業(yè)CAM軟件hyperMILL則推出其hyperMILL CONNECTED Machining功能，強調可確保CAM軟件和機臺間無縫互聯(lián)，其中亮點之一，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，允許將流程相關數(shù)據(jù)直接且安全從CAD/CAM系統(tǒng)傳輸?shù)綑C臺，也能從機臺接收，藉此達成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)境直接傳送至機臺，在機臺執(zhí)行時同步模擬狀態(tài)；甚至使用計算機控制機臺，在機臺啟動前，就開始一路應用安全概念，包括各種加工和機臺配置，例如零點定位、刀具數(shù)據(jù)和配置參數(shù)等，均讀取自機臺控制器。進而檢查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程序的安全機制，將有效保護操作人員和財產(chǎn)，避免發(fā)生可能的操作錯誤。
同時執(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)省時間并降低發(fā)生錯誤的風險；還可以在 hyperMILL VIRTUAL Machining Center中儲存并還原機臺設定，即可在不同的設定之間快速切換。
達梭系統(tǒng)（Dassault Systemes）旗下的3DEXPERIENCE云端平臺連接集團15項品牌資源，確保未來所有SOLIDWORKS授權功能，如3D建模、鈑金設計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。
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)。

深化加工應用領域　放眼機器人拋光研磨工法
值得一提的是，因應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器人研磨拋光的系統(tǒng)整合品牌RoboSmith，包含「EzSim機器人數(shù)字仿真軟件」、「SmithOS機器人核心系統(tǒng)」、「機器人AI質量診斷」共3款加值智能軟件，可讓傳統(tǒng)工業(yè)機器人學習到老師傅的研拋精髓，轉變成為機器數(shù)字職人。

其中又以「EzSim機器人數(shù)字仿真軟件」與CAD/CAM應用較為相關，透過導入3D視覺可以掃描接口設備的點云數(shù)據(jù)，再藉由虛實整合設備定位技術，計算出與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算，實時補償、修正機器人研磨拋光路徑而改善精度，同時提升制程加工質量及導入效率。
目前如研磨拋光、雷射焊接、鈑金彎折等專用加工領域，也早有專業(yè)CAD/CAM軟件商已導入開發(fā)，并強調可支持現(xiàn)今市面上大多數(shù)歐日系機器人及控制器，可望成為下一片藍海。