程泰機械專案計畫成果

THU - Advanced Smart Technology Application and Research Center

程泰機械專案計畫成果

【公 司 名】程泰機械股份有限公司

【計畫名稱】導入邊緣運算架構實現具深度學習之智慧生產系統

【計畫期間】106年11月01日至108年10月31日

【補助經費】10,800仟元

【計畫摘要】

為符合未來終端市場之需求,工具機技術不斷的尋求突破,提升加工精度與加工效率,這是產業生存法則; 但確定的是在不同的時代要有不同的技術與方法。為了符合未來終端市場之需求,工具機必須具備下列特質與技術:

A)以高速化、精密化、大型化及節能為發展方向,突破生產技術與效能的瓶頸。

B)使機械充分發揮控制、檢測的功能,達到最適化、智能化的加工效能。

C)使工具機控制器除基本功能外,還具備專用特殊功能,讓機器有更聰明的頭腦。

目前普遍工具機各廠家所面臨的問題不外乎: A) 不具備高精度硬體相關技術;韌體/軟體/系統方面技術經驗缺乏且不夠完善,智機人才培養不易,B) 市場:中低階市場競爭激烈;中高階市場需要發展相關智慧化產品,C) 產品:受限於原廠,導致成本高(FANUC I/O類比模組四通道需要花費近4萬元;IO-Link軟硬體包含8通道需要花費逾10萬元)。因此,增加產品附加價值,發展差異化與客製化策略,並提供顧客全套解決方案將是工具機產業未來發展主流。

    程泰機械股份有限公司成立於1975年,主要從事車床製造,以自有品牌「GOODWAY」、「YAMASEIKI」行銷全球,為台灣規模最大車床製造商。產品包括臥式車床、立式車床、走心式車床及立式綜合加工機四大塊,產品廣泛應用於汽機車產業佔40%、精密零件與能源產業佔30%、航太/國防產業佔15%、3C/半導體佔15%。2015年產品結構比重為車床佔46%、加工機佔54%。

    綜合程泰客戶端的加工特色,如汽機車零件製造,通常是數十萬件/年、3C金屬機殼可超過百萬件/年; 此類的加工特性是1) 加工時間長 2) 製程固定 3) 件數多,對工具機的挑戰是穩定性與精度可靠度的問題。但這兩個問題對工具機來說是綜合性的,並非以單一技術或單純組件的替換可達成! 另外,公司所使用之控制器大部份來自Fanuc,若要求原廠在控制器中來解決這兩個問題那又是個成本問題,且客戶端不一定會接受或合用。

    台灣具有雄厚的IOT與ICT產業的基底,若能結合學界或產業的技術,建立自行設計與建構問題解決導向的IOT與ICT產品,讓智慧化工具機技術更容易成為我國工具機業者在國際市場的競爭利器。

    本計畫主要目標有三:

目標一: 以程泰G.LINC 350介面平台為基礎,結合智慧感測與IOT技術,建立程泰智慧生產系統。(實際產品開發)

目標二: 引進“邊緣計算”與“深度學習”理論,應用在加工優化與機台預診; 以幫助目標一之建立。(學術研究)

目標三: 建構完善的智機IOT教育訓練。

本計畫的研發重點則放在程泰GTW系列機台之“重複性固定製程加工”,製程上智慧化技術應用開發!目標在自行研發並建立一套引入智慧感測、邊緣運算與深度學習技術的智慧製造系統,功能集中在加工優化並提高加工效率(包含加工參數設定程序),及長時間加工下,避免產生精度不良之工件。本計畫之智慧製造系統特色在於:

A)以智慧感測單元即時收集感測資料並導入邊緣運算過濾資料,大幅減少資料量,降低智慧介面平台負擔。

B)預診系統提供單機完善的機台資訊(利用每天的暖機程序,蒐集整機的機台性能),當機台出狀況,提供專業且正確的解決方案。

C)智慧切削精靈依據機台實際能效優化加工程式,大幅縮短工件調校時間並提高加工效率25%以上(包含加工參數設定程序)。

【研發動機】

因應市場趨勢及配合政府政策,各廠商都極力發展自動化並向智慧化邁進。但由於技術支援特性與成本考量,各廠家的相關產品,多半都是拼湊現成方案或者是購買原廠之軟硬體來完成,極少從基礎需求的軟硬體著手開發。除了成本高外,功能也受限於外購之軟硬體規格,而無法為自已所生產的機台“量身訂作”合適的規格以發揮自身機台的特性。

“程泰機械”為台灣工具機相關產業之先驅,近幾年除了在自製技術上積極佈局新專利外(G.LINC 350),更積極培養相關人才。希望在原廠CNC控制器之外,自建其他應用型智慧感測、修正補償及提高精度等相關智慧型功能軟體(都能使用自製之外部控制裝置取而代之)。建立屬於程泰的智慧機械,因唯有自己掌握軟、硬體之相關技術,其他應用與發展才能不受限於他人。

【創新重點】

    結合整合感測技術(智慧感測單元)與智慧介面平台,使程泰可掌握真正的核心技術,此外還導入邊緣運算系統,過濾大部分不必要的資料,且大幅縮短控制反應時間,滿足智慧工廠高即時性的需求;另一創新技術為深度學習系統,配合大數據,實現工具機的人工智慧系統,隨著時間不斷學習成長,優化加工並提高加工效率,搭配即時監控系統,實現無人化工廠,帶領台灣工具機產業邁向工業4.0。

    圖一為程泰智慧系統架構圖,除CNC控制器外,其餘均為程泰自主開發,多年來程泰一直堅持自主研發,掌握核心技術,在智慧介面平台研發上已累積10於年經驗,今年初更發表第二代智慧型操作系統G.LINC 350 II,不僅功能更多且穩定度更高,因此計畫將會整合各技術於智慧介面平台G.LINC 350 II上,導入人工智慧系統,實現智慧製造。

【應用市場或產品】

    目前全球電腦數值控制(CNC)工具機市場有二大發展趨勢,一是標準規格的小型機種,藉大量生產、低成本之策略攻佔低價位市場;另一是藉技術層次生產高精密度及高品質之複合機種,以性能價格比佔有高附加價值市場;高附加價值機種未來將朝向高速化、多功能化、環保安全性、品質穩定性及產品可靠性發展,工具機業者莫不積極改善生產流程,並發展高速主軸轉速、高加工速度切削及高精密度之產品,以提升競爭力。此計畫將應用在高精密度及高品質之複合機種。

    此計畫將使用程泰 GTW 系列多軸車削中心(如圖二所示)為測試機台,GTW系列結合多軸、高效率與高性價比等三大特色,可輕易完成複雜工件之正面與背面加工,高效率與高精度的加工性能。並將智慧生產系統建構在G.LINC 350 II上(如圖三所示),G.LINC 350為一智慧型操控系統,可大幅提升機台智能性,並同時可減輕作業人員負擔,提昇生產效率。新一代G.LINC 350 II不但大幅提升觸控螢幕與CPU時脈等硬體規格,同時,採用全新的高科技視覺操作介面以及對話式程式編輯等多種全新功能,皆讓使用者擁有超越以往的智能化體驗。

【協助產業發展貢獻】

  1. 邁向製造服務:打破傳統被動式的技術服務(打樣試作、維修),採用主動式的預先問題預診與情報服務,創造產業價值。
  2. 擴展高階市場:台灣工具機產業主要以中低階市場為主,唯有導入智慧化技術與服務,方可打入工具機中高階市場。
  3. 提高產品價值:傳統主要以機器本身的精度與低廉價格為價值評估依據,之後將以軟體技術導入機器使用上的智慧型加值體驗,以提升機器本身附帶的服務性以及使用者對機器的依賴性,讓顧客不再單純以硬體精度及低廉的價格為價值考量依據。
  4. 帶動產業升級:傳統以勞力製造為主要生產型態,導入智慧化系統,利用智能技術輔助勞力技術導向的生產型態,快速提升工具機的質與量,帶動台灣產業升級。
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