智慧機械科技中心智能化軟體 - TAMI · Before: 工廠內設備、人員與生管軟體的整合客製化程度高，技術導入的服務費用驚人。 Solution:針對智慧工廠軟體、硬體與人員間的常用資料交換需

智慧機械科技中心智能化軟體

VMX技術簡介

羅佐良工研院智慧機械科技中心

Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院 1

數位設計數位製造智慧工廠軟體

V ERP

APS

MES

SCADA

Cell Control

核心技術-1


核心技術-2

精密量測國產控制器機械手臂


核心技術-3-SMB資料交換技術深化

製造資料交換系統SMB與雲端服務連結技術

Before: 台灣業者全球服務能量不足，智能設備的調整經常要派人前往處理，增加售後服務成本並且拖延客戶生產時間。Solution: 建立SMB的雲端服務技術，可在雲端可新增或調整SMB的連線目標、控制SMB上傳的資料項目，並由雲端更新SMB

上的APP。After: 可透過雲端部屬與服務，遠端調整至能設備的設定，及時滿足客戶的需求。

Before: 工廠內設備、人員與生管軟體的整合客製化程度高，技術導入的服務費用驚人。

Solution:針對智慧工廠軟體、硬體與人員間的常用資料交換需求，以工業物聯網建置標準化訊息交換系統。

After: 以工業物聯網建置標準化資料交換系統，達成快速整合生管軟體及硬體互聯互通效益


核心技術-4-中小企業生產管理軟體

設備ERP報工系統

設備效率評價應用服務

雲端ERP應用服務

Before: 中小企業資源較少，難以負擔昂貴的ERP系統，也需求設備自動報工功能，使其在大量客製化Solution:建立雲端ERP系統，節省中小企業導入成本，並提供異質ERP串街模組客製化開發服務。After: 中小企業可雲端開立工單、轉成製令、並且連結機台自動報工。

Before: 中小企業多採用人工報工，會發生填報錯誤及時效問題，造成生產管理費力費時。Solution:建構設備效率評價應用服務模組，包含設備報工與控制模組，改善傳統人工填表報工的錯誤率與時間差，可串聯供應鏈上下游的設備產能資訊，計算設備的運作效能評價KPI，優化供應鏈效率。After: 設備自動報工，即時產出KPI，可以敏捷管理大量客製化的生產進度。


計畫背景-產業趨勢製造業趨勢：

從量產型態逐漸邁向少量多樣、大量客製化生產型態，製造系統的彈性化、智慧化成為必要技術

國外研發趨勢：

德國、日本乃至中國大陸皆以示範場域作為展示工業4.0情境以及相關技術研發、測試、驗證的重要手段，例如：

• 德國西門子工業4.0示範線 (工具機控制器智慧生產)，安貝格(共237家工業4.0製造應用導入中)

• 日本 Mazak4.0工具機零件智慧製造示範線，美濃加茂

• 中國大陸西門子工業4.0示範線，四川成都

Siemens Amberg 工廠 MAZAK 美濃加茂工廠西門子成都數字化工廠

Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院

智慧機械展示場域(系統整合與連網軟體技術)

Virtual FactoryReal Factory

零件工程圖

What to do?

Who to do?

How to do?

Good to go?

Shipping

Office

產線最佳化排程

刀具路徑與物料下上料程序生成

線上量測及智慧補償系統

利用先進通訊網路(如物聯網)及CPS虛實整合技術，在國產設備及控制器開放式平台上建置，具有智慧生產排程、製程自我決策、品質自主調控及設備健康及預兆診斷的智慧機械系統，以便高效率及低成本地完成產品製造，達到少量多樣客製化及高品質之生產型態及展示效果。

物聯網裝置

Input

Output


大數據分析

量測

生產資訊監控品管資訊

產線

狀態

客戶下單

製程規劃

資料可視化

預測模型

製造產線

開發流程最適化PLM

SaaS

交貨

客戶服務CRM

智慧營運ERP

原料供應SCM

派工、排程、運作

上下游營運層軟體

量測尺寸項目

製程能力計算

量測結果分佈

量測結果之常態分佈

倉儲

以國產軟硬體設備為基礎，實現模擬分析、虛實整合系統、物聯網、雲端、巨量資料、智慧機械手臂系統與資訊可視化技術，建置智慧化混線驗證平台。

試營運場域規劃與建置概念


系統整合

• BOM管理• 專案管理

ERP

• 訂單• 製令• 庫存• BOM/Routing

• 物料交易

APS

• 產出工單生產計劃(時程，排序，機台派工)給MES

• 依MES回報異常狀況執行重排

MES

• 蒐集與匯整生產資訊• 生產履歷• 可視化• Recipe管理（機台種類，

夾冶具，刀具，加工程式）• 派工

生產排程機台派工

VMX• Master-Controller

• 機台通訊/上傳加工程式• 回傳量測結果

Conveyor

ROBOT

CNC

GOO

DS倉

物料倉

NG

倉

WIP

倉

PLM

AGV

AGV

派車系統

自動倉儲系統

CMM

製令/用料整合

庫存/料盤資訊整合指定料盤存儲

BOM整合

派車命令

8

VMX軟體現況及SaaS規劃盤點

VMX軟體系統架構

設備通訊/數據採集(感測訊號、控制器參數、PLC狀態、操作日誌)

功能模組

單機智能化軟體

OPCUA Server

幾何運算

IOT PaaS標準資訊模型

雲端運算平台VMX= 工業物聯網平台

資料可視化

排程演算

資料處理

預測模型

SQL

MT Connect Agent

Customized Agent

製程優化

防碰撞

主軸振動監控

訊號處理切削模擬

操作日誌特徵萃取

稼動率分析

客製化開發

量測尺寸項目

製程能力計算

量測結果分佈

量測結果之常態分佈

數據統計

ERP

APS

MES

SCADA

Cell Control

• 需求

• 供給

• 工單生產計劃

• 工單生產計劃生產回報

• 生產回報

CRM客戶下單

SCM供應鏈管理

• 報價

• 交期

• 報價

• 交期

人工智慧

先進排程顫振抑制


ERP

SMB

App

產業升級智慧化之策略作法（續）

SMB數位轉型服務-智慧雲端服務+營運商務管理

交期、品質、可靠度、聚落整合

PLM

APS



-整合MS/AWS SMB數位轉型服務方案

智慧工廠軟體

標準資訊模型上下傳標準

PaaS/SaaSSMB =VMX+工業物聯網+單機智能化

製程優化

防碰撞

加工振動監控稼動率分析

產學研推廣客製化開發

製造執行與排程顫振抑制

大廠供應鏈模式產業聚落模式

ERPERP

ERP

ERP

ERP

雲端ERP SaaS

異質ERP串接

產線設備

App

App

App

SMB


• 數據上傳• APP下載• 自動更新• 裝置管理

• 參數存取• 數據採集

工具機機器人 PLC 廠區匯流排I/O CMM DAQ 狀態燈 AGV 自動倉儲

AutoDC

DPRNT

Iot Edge

Runtime

數據中樞串流分析機器學習資料視覺化

SaaS APPs

終端應用


-整合MS/AWS SMB數位轉型服務方案


廠房設備

設備聯網

應用軟體

工具機機器人 PLC 廠區匯流排

AutoDC

幾何運算訊號處理切削力學

操作日誌特徵萃取圖形介面

製程優化防碰撞

加工助手

單機稼動率顫振抑制

ERP

製造執行系統

整廠OEE

供應鏈整合

AI

刀具路徑規劃

AI

刀具壽命管理

I/O CMM DAQ 狀態燈 AGV 自動倉儲

刀具磨耗估測

統計品管分析

量測程式產生

整機熱補償

DPRNT

FMS

控制系統

SCADA

SMB

生產排程

製程模擬優化數位化生產管理量測及品質管制


• 全部都可佈署在PaaS• 提供國內中小企業低成本、高效率、快速導入的生產管理系統解決方案

國產化ERP系統，由ITRI與國內系統整合商共同開發，可透過客製化資料介面與其他ERP系統串接，整合和供應鏈體系

工研院自主開發的APS，可與其他商用MES套件結合，進行動態排程

工研院自主開發MES，針對國內精密機械產業開發，人工生產線與自動化生產線均可導入應用

VMX SaaS盤點-生產管理軟體

製程優化

主軸振動監控

顫振抑制

自動收集加工程式碼進行切削力學模擬並優化進給率提升加工效率並確保製程安全性

收集主軸或加工區域附近的振動訊號，分析並紀錄異常振動特徵，回報操作員或製程工程師修改加工參數或預兆診斷

利用麥克風或加速規訊號分析切削顫振現象，偵測到顫振後可紀錄感測資料、加工參數、加工程式碼與建議的主軸轉速等資料

VMX SaaS盤點-1現況 SaaS 規劃

將切削力學運算核心及材料試驗資料庫部署在PaaS，客戶端可依照需求下載不同優化策略及材料參數

將客戶的振動訊號收集到在PaaS上建立各式主軸的故障診斷模型，客戶可根據主軸型號或加工型態下載故障診斷模型

仰賴控制器高速通訊，暫無SaaS規劃

VMX SaaS盤點-2

稼動率分析

收集控制器參數分析設備生產效率，包含加工與未加工時間比例，加工完成率、警告訊息紀錄、NC程式碼執行次數等資訊

現況 SaaS 規劃

進行中，稼動率網站已移植到AZURE平台

工具機主軸跑合軟體系統(SpindleCare)

針對主軸廠開發，提供新主軸、維修品出廠前之品管檢測，收集運傳過程之振動、溫度變化等數據，並作為出廠品管依據

主軸廠可將主軸跑合資訊放在PaaS提供客戶下載作為主軸健康狀態分析的參考依據

防碰撞

建立機台、刀具、工件、夾具的幾何模型並利用通訊介面收集機台運動座標，可偵測加工過程是否發生撞機並下達運動停止命令

仰賴控制器高速通訊，暫無SaaS規畫

收集整廠設備運轉的振動、電流訊號並分析其健康狀態，以簡易的燈號提供製造工程師、生管工程師進行設備維護與品質管控

整廠設備健康狀態監控

加工助手

收集主軸振動、電流訊號並與加工程式進行比對，提供操作員、製程工程師修改加工參數的依據

自動化三次元量測與品管數據分析

整合三次元量測及周邊設備實現量測自動化，可依據工件種類自動匹配量測程式並將量測結果上傳至雲端數據庫進行品管數據統計

現況 SaaS 規劃

VMX SaaS盤點-3

依照加工情境建立訊號分析、特徵萃取、圖表等模組提供使用者快速建立專屬的加工輔助軟體

與稼動率或現有SCADA系統接軌

與現有MES或SCADA系統接軌

自動化刀具路徑產生系統(iCAM)

超音波蜂巢結構切割刀具壽命預估系統

根據使用者輸入的產品幾何外型自動辨識加工特徵並產生對應的加工程式碼，可與專用設備整合搶攻利基市場

FY105科發計劃產出，針對航太複合材料疊層中的蜂巢結構切割開發，偵測並分析超音波切割之振動訊號並估測刀具磨耗狀態與剩餘可用刀具壽命

VMX SaaS盤點-4現況 SaaS 規劃

目前於漢翔廠先期測試中，內預計FY108科專計畫發展SaaS模組

1. 可部署在PaaS2. 目前正進行深度學習相

關前瞻研究，預計FY109可發展AI製成規劃SaaS模組

彈性製造單元控制系統，整合工具機、機械手臂、無人搬運車及其他物料搬運周邊，實現彈性化無人生產

仰賴控制器及PLC高速通訊，暫無SaaS規劃

彈性製造單元控制系統

六、亮點案例-供應鏈上下游串連

德大上下游整合案• 利用機聯網與自動報工模組實現供應鏈整合• 搭配資訊服務業者-鼎新

造隆上下游整合案• 串連業務、採購、生管、品管• 搭配資訊服務業者-誼卡

設備 ERP 設備 ERP

試營運場域數位轉型輔導團隊以場域現行之SMB為資訊流骨幹提供產線設備聯網，搭配客製化開發異質ERP訂單串接、MES工單轉拋等模組，協助• 工具機零組件業(德大)• 汽車零組件業(造X)• 模具業(明X)進行產線或供應鏈數位轉型

明模智慧模具專家平台• 利用機聯網將生產數據上傳至雲端平台• 搭配資訊服務業者-感訊

六、亮點案例-CPS及產線數位轉型• 以加工參數與刀具幾何產生預測毛邊尺寸的數學模型，並以實驗結果進行驗證，結果證實，此

數學模型預測毛邊的尺寸，毛邊厚度準確率可達83%，高度準確率可達73%，並以軟體將毛邊CAD進行呈現。

• 已實際應用於XXX花鼓生產線並協助規劃去毛邊專用機器人工作站

毛邊高度

毛邊厚度

軟體預測

實際結果

自行車花鼓零件應用案例

預測準確度• 毛邊厚度( 83%)• 毛邊高度(73%)

利奇去毛邊專用機器人工作站

手工去毛邊AS IS

TO BE

六、亮點案例-產業智機化客戶現狀廠內有多種製程的國產、進口設備，其中包含基於國產控制器與自主開發的水刀加工設備，機聯網數據採集複雜度高解決方案工研院將協助建立全廠設備聯網，包含客製化開發國產控制器專屬OPCUA通訊模組以及國外進口設備通訊模組令其加工設備可即時監控與回報製程問題，並具快速整合入智慧製造工廠之特色。

公準自主開發水刀機 DMG 五軸加工機

國產控制器西門子控制器

VMX客製化通訊

模組客製化通訊

模組

公準生產管理系統

設備聯網•OPC UA伺服器•國際標準資訊模型•感測聯網

資料整合•機電軟整合平台•自動資料收集•加工履歷

智能監控•設備稼動監控•加工輔助幫手•設備預兆保養與狀態監控

六、亮點案例-智機產業化• 客戶現況:基於三菱控制器的開發自主HMI(Hartrol)，內建對話式2D/2.5D加工程式功能• 導入現況：預計自動化刀具路徑產生模組植入自主開發HMI(Hartrol)，配合客戶開發3D模具

專用之CAM軟體(列入工業局輔導案轉委託項目，預計FY108一月開始執行)• 預期效益：可提升其控制器附加價值（現有控制器僅支援2.5D CAM），專用CAM軟體也可

大幅提昇使用者操作時間，大幅優化HMI之使用者體驗。

功能說明

CAD

工件CAD檔匯入支援STEP/IGES格式（若要進行特徵辨識功能，僅限定STEP檔）

顯示圖像操作旋轉 / 放大縮小 / 局部放大

幾何特徵辨識

目前支援常見之幾何特徵，包含通孔/盲孔/沉頭孔/開口袋槽/封閉口袋槽（目前針對SolidWorks輸出之STEP之辨識較為穩定，若為其他CAD軟體輸出之特徵，少部分無法正確辨識。但均可使用客戶提供之案例再更新特徵辨識核心，以符合需求）

手動特徵辨識（評估開發中）

客戶可自定義特徵組，再進行特徵辨識

CAM

自動選刀在限縮之情況下，如CAD檔均變化不大時，可讓使用者自定義多種自動選刀/自動加工參數之Profile，以達到自動路徑產生之目的（參考依據部分資料可來自於特徵辨識之結果）

自動加工參數產生

自動路徑產生

路徑計算方法支援2.5D/3D三軸（粗銑/平行/等高/清角）.Note：MWs也具備五軸核心或其他相關工法，但目前尚未實作

切削模擬可針對定義好之塊材/工件/刀具進行材料移除之切削模擬

G-CODE輸出目前支援ITRI-GMC/Fanuc/Simens/Heidenhain

(可針對客戶需求客製化開發)

YY規劃導入自有HMI的功能列表

六、亮點案例-自行車零件廠

產線設備資訊串聯

感知層

網路層

應用層

感測器 CMM&線上量測網路通訊訊號擷取卡

無線有線光纖/

伺服器

彈性製造系統巨量資料分析快速打樣與參數優化線上量測與補償參數修正與穩定切削力

技術架構

1對4工作站（共6站） CMM自動化量測

雲端加工管理系統品管資料庫

透過場域試量產及驗證之技術導入，協助業者在現有產線設備基礎下，建置自動化系統，導入智能化軟體（雲端管理系統、製程優化技術、稼動監控）與自動化量測系統等，降低人員派工、看顧設備、手動品檢之作業程序，提昇成品良率及產能，經業者評估，導入後產能增加23%以上。


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智慧機械科技中心智能化軟體 - TAMI · Before: 工廠內設備、人員與生管軟體的整合客製化程度高， 技術導入的服務費用驚人。 Solution:針對智慧工廠軟體、硬體與人員間的常用資料交換需

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