辅助机器人制造再辟新局

自从上届TIMTOS x TMTS 2022已可见到有多家工具机、控制器大厂纷纷展出自家Digital Twins解决方案，让加工业者在预测加工时间及质量上，甚至优于传统计算机辅助制造CAM软件，也让后者若非透过云平台与CAD/CAE软件兼容加值，便是更深入专用加工领域，与工业机器人协同作业。
基于现今制造业数字孪生（Digital Twins）技术涵括各领域、架构，大多数硬软件或系统整合厂商通常会就自身能量与技术背景出发，再透过云平台或商业模式合作。工研院过去即曾将国际主要的Digital Twins技术平台供货商概分为：产品制造厂商、软件系统厂商、其他衍伸服务软件厂商3类。并陆续经由合作、并购、异业结盟等方式，涉猎不同应用场域，建构出完整的供应链与服务模式；或可归属于竞合关系者，藉此拓展自家品牌市占率与关键技术版图。
其中除了「衍伸服务软件」供货商，主要提供如企业资源管理（ERP）、客户关系管理（CRM）等软件服务，在企业应用软件架构下涵括Digital twins技术领域，并将原先以产线为应用端的模式，转换为整体企业营运管理，如Oracle、SAP、IBM及Microsoft等。
目前Digital Twins最常被制造业使用的功能，主要包含系统设计与产线布置、制程优化及最适生产排程、效能监控和预防性维修。

产品制造厂商加值　整合CNC数控系统硬软件销售
随着目前CNC工具机产业竞争越来越激烈，CNC数控系统功能、客制化人机接口推陈出新且逐步开放，业者为了提升软件的附加价值，必须提供一套从生产、加工到监控的完整解决方案，销售机台之外的许多加值服务。
包括内嵌能与控制器整合或平行运作的简化版CAD/CAM软件，发展出对话式CAD/CAM规划技术，使得加工更容易，进而加快产品开发速度和预测切削的准确性。甚至结合刀具管理与量测循环，涵括每个生产步骤的运作模式和成效质量，精确整合虚拟成果和真实量测成效，建立完整的虚实整合Digital twins生产制造系统。
如产品制造厂商DMG MORI、OKUMA、FANUC、SIEMENS等，已可将Digital Twins技术导入自家运动控制系统或加值软件App，与设备或Turnkey solution整合销售，强调在预测实际工时和质量更为精准。

软件供货商跨平台　挟CAD/CAM分进合击
软件系统商如PTC、Dassault Systemes、Autodesk、hyperMILL、Mastercam，则以提供CAD/CAM、PLM等技术服务为主，不仅仍与客户合作共同开发产品的Digital Twins模型，满足于设计、开发、制造、试产、调校等不同阶段需求，现也透过自家硬/软件云平台合纵连横CAD/CAE，进一步扩大应用领域。
过去铣削加工若针对几何形状比较复杂的刀具路径和NC程序，通常会导入商用CAD/CAM软件，以脱机方式规划产生。如今则已发展至可支持产生五轴同动铣削的刀具及加工路径、积层制造路径等，可用来模拟、加工高度复杂的自由轮廓曲线。

工研院也因此，率先开发了整合式切削仿真与防碰撞功能，于事前与加工中进行机台防碰撞保护，一次解决两项问题。其中快速3D切削仿真功能，可在加工前预先对机台进行快速模拟，以确保机构间无干涉或碰撞情况；同时开发主轴撞击瞬间脉冲讯号检知功能，在机台发生干涉和碰撞瞬间示警且停止机台动作，将损害降之最低。
专业CAM软件hyperMILL则推出其hyperMILL CONNECTED Machining功能，强调可确保CAM软件和机台间无缝互联，其中亮点之一，就是能与控制器的双向数据交换。也就是由hyperMILL VIRTUAL Machining Center作为中介组件，仿真解决方案和加工刀具之间的接口，允许将流程相关数据直接且安全从CAD/CAM系统传输到机台，也能从机台接收，藉此达成CAM软件与CNC加工刀具最佳连网。
因此，用户可将刀具列表和NC程序从仿真环境直接传送至机台，在机台执行时同步模拟状态；甚至使用计算机控制机台，在机台启动前，就开始一路应用安全概念，包括各种加工和机台配置，例如零点定位、刀具数据和配置参数等，均读取自机台控制器。进而检查hyperMILL中的程序数据，除非成功执行数据比对和碰撞检查，不会发布和传输NC程序的安全机制，将有效保护操作人员和财产，避免发生可能的操作错误。
同时执行完整流程控制，让来自于刀具管理系统的信息可以从hyperMILL，直接传输到控制器的刀具内存，消除在控制器手动输入值的需求，节省时间并降低发生错误的风险；还可以在 hyperMILL VIRTUAL Machining Center中储存并还原机台设定，即可在不同的设定之间快速切换。
达梭系统（Dassault Systemes）旗下的3DEXPERIENCE云端平台连接集团15项品牌资源，确保未来所有SOLIDWORKS授权功能，如3D建模、钣金设计与焊接工程等高阶仿真、制造和生产，甚至是数据管理、协作等功能都可开发App并纳入云端服务。
在今年「3DEXPERIENCE World 2023」的「Playground展示区」中，也有新创公司Titans of CNC参与，既是一家位于德州Flower Mound的生产基地，采取革命性的在线CNC Academy营运模式，部分客户来自于SpaceX、Blue Origin和波音等航空航天公司等产业。

深化加工应用领域　放眼机器人抛光研磨工法
值得一提的是，因应近年来自动化且高度弹性的制造情境快速成长，工研院也推出专用于机器人研磨抛光的系统整合品牌RoboSmith，包含「EzSim机器人数字仿真软件」、「SmithOS机器人核心系统」、「机器人AI质量诊断」共3款加值智能软件，可让传统工业机器人学习到老师傅的研抛精髓，转变成为机器数字职人。

其中又以「EzSim机器人数字仿真软件」与CAD/CAM应用较为相关，透过导入3D视觉可以扫描接口设备的点云数据，再藉由虚实整合设备定位技术，计算出与CAD模型之间的位置偏差，控制定位误差<1mm。再另将其位置信息反馈到EzSim，透过精确几何模型的运算，实时补偿、修正机器人研磨抛光路径而改善精度，同时提升制程加工质量及导入效率。
目前如研磨抛光、雷射焊接、钣金弯折等专用加工领域，也早有专业CAD/CAM软件商已导入开发，并强调可支持现今市面上大多数欧日系机器人及控制器，可望成为下一片蓝海。