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智慧感測與控制

 

* 市場切入點
 
面對全球智慧製造浪潮、產品多樣性與快速接單的需求,製造業之中高階設備具關鍵角色,而目前智慧機械(Smart Machine)之關鍵感測器(Sensor)、智慧控制器及智慧動力組件受國際大廠箝制,無法因應中高階設備及製造產業智慧化創新應用。
 
目前國產設備所需的關鍵核心感測器皆仰賴國外進口及支援服務,存在應用規格限制、導入價格過高、系統整合不足等問題;且目前市場感知技術,多以單一感測器進行資料的偵測,無法滿足多重感測/感知與融合之應用需求。雖國內微機電感測器具基礎能量,但僅切入消費性產品,幾乎無工業級感測器開發,以致於受制國外,不利創造設備差異化價值。另一方面,「工業4.0」的蓬勃發展使得以服務為導向的架構成為機械元件必備的標準介面,組件、周邊與機台都需提供服務功能,用以組成網路化、可彈性調整與動態適應的生產環境。而我國製造業欲智慧化,尚有缺乏標準化通訊介面、既有設備智慧化程度低、系統資訊化程度不足及整合國產高功率動力傳動模組等問題。此外,客製化功能開發不易,價格昂貴且交期長。且目前國內工具機(Machine Tool)廠使用進口封閉式控制系統,國產控制系統缺乏完整全數位驅動配套及機器對機器(Machine-to-Machine, M2M)全數位通訊功能,僅侷限於中小型單一功能機台,無法滿足終端加工業者對高效能、高精度複合加工及智能加工單元(Manufacturing Cell)控制解決方案之需求。
 
開發智慧機械感知層之關鍵感測器、高階控制器與智慧動力組件等技術,因應少量多樣智慧製造、大量客製化數位生產升級的需求,將建立共通性關鍵技術(產品開發、試產、驗證等),補足智慧機械感測與控制器產業鏈缺口;並鏈結智慧感測與控制產業生態系,建構應用共通平台(模組、設備商、系統整合業者、產線等),提供一條龍解決方案,透過與廠商合作進行場域驗證,擴大國產自主應用與回饋,降低技術承接門檻。
 
* 技術特性
 
為深化工業基礎設施智慧化核心能量,且需更長時間進行產業應用技術驗證,有必要加速建立關鍵智慧感測器、智慧化機械動力組件、智慧機械系統單元控制器等技術,以因應少量多樣智慧製造、大量客製化數位生產升級的需求。並與廠商合作進行場域驗證,擴大國產自主應用與回饋,降低技術承接門檻。因此,投入下列技術重點。
 
首先導入自主化工業感測器,提供智慧機台監控與加工(智慧機械)、智慧組裝(精密手臂)、智慧檢測(線上檢測)之感測需求,藉由智慧機械核心感測組件自主化,提升機台設備附加價值。同時透過場域驗證,落實產業化,以提供國內產業界符合規格需求、易於取得維護之國產化工業感測器,落實關鍵感測組件自主化及應用。此外,以動力組件(齒輪減速機及流體機械)為應用載具,建立機械組件智慧化共通核心平台及機械特性數據資訊模型建構技術,開發高彈性、可快速布建之隨插即用(Plug & Play)解決方案。並提供智慧機械系統單元控制器解決方案平台,具高階五軸/車銑/銑車/銑磨/車磨複合加工控制核心及智慧加工製程加值軟體。利用乙太網控制自動化技術(Ethernet for Control Automation Technology, EtherCAT)國際標準介面整合底層驅動器及各式感測器訊息,發展智能決策加工模組,並將機台訊息經由機械連結通訊(MTConnect)與開放平台通訊統一架構(Open Platform Communication Unified Architecture, OPC UA)等通訊協定(Communication Protocol),充分支援高階智慧型工具機及智動化生產線應用,提供智能控制一條龍解決方案。
 
* 產業帶動性與應用效益
 
智慧製造之核心技術發展理念,係將運算能力結合感測器與通訊網路,建立於生產設備及生產管理系統,使之具備自動感知、自動預測和自動配置能力,進而彈性調整製造生產與營運模式服務系統,以提升量產與服務生產力。惟目前國產設備所需的關鍵核心感測器幾乎皆受制於國外,不利於創造差異化及價值。為強化智慧機械的發展根基,落實我國智慧感測器自主研發,須1.發展自主化國產智慧感測器、智慧機械系統單元控制器解決方案技術、智慧化機械動力組件關鍵技術;2.推動智慧製造系統、整廠整線應用及智慧工廠等智慧機械應用;3.鏈結智慧感測與控制產業生態系,建構應用共通平台;4.提供一條龍解決方案,優化產業上下游結構;5.布局工業用感知關鍵元件模組國產化開發及應用。
 
本子領域研發策略首先建立智慧感測器、感測融合與整合晶片化技術自主,投入包括感測器設計、封裝到測試方法等前端技術開發,透過現有製程平台進行試產,降低產業界承接門檻;並以自主感測器整合設備智慧化,協助業者在既有的架構下,進行感測與系統的連結,提供整機到系統的優化與應用。期望透過發展自主工業感測器結合系統解決方案(例如:導入力/扭力感測進行加工監測回饋、雷射3D感測進行線上檢測、機械手臂結合視覺進行加工導引等),降低業者智慧化應用導入成本30%以上。
 
智慧機械動力零組件方面,將建立機械零組件產品在智慧化上可銜接國際標準的配套方案,其中重點在於機械組件特性的資訊模型建模技術,並以國際標準的聯網溝通格式呈現。為便於技術擴散,建構機械零組件智慧化所需之圖形化程式開發軟體,使機械產品具產品數位描述與訊息相容的新機能。整合傳動機構操作狀況即時監控功能,發展新興智慧傳動機構。同時,對工業風機建立運作狀態健康指標分析,增加關鍵組件狀態識別功能。提升傳動機構與工業風機的新興技術能力,提高產品附加價值與競爭力。
 
此外,將研發高智能五軸及車銑磨複合控制器,並整合國產全數位伺服馬達、主軸驅動、旋轉工作台、感測器等關鍵零組件,推動建置國產智能控制中衛體系,提供智能控制一條龍解決方案,使控制器系統整體取得成本降低50%。藉由與國內工具機廠合作導入國產高階控制系統,及培養系統整合廠導入國產控制器於國內外巿場上進行推廣維護,建立國內終端加工應用聚落,進而擴及自動化機械等相關應用領域,可帶動從國產工具機、控制器乃至相關關鍵零組件之巿場發展及應用,提升整體產業鏈之競爭力。
 
更新日期:2020-11-05

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