工研院智慧機械科技中心組長羅佐良專訪

作者/文詠萱,本刊主編

本期《科技報導》邀請訪問「SpeedPro優化製程軟體」團隊負責人、工研院智慧機械科技中心羅佐良組長,此軟體技術榮獲2016年全球百大科技研發獎(2016 R&D 100 Awards)。SpeedPro製程優化軟體能讓工具機聰明計算出最佳的加工參數與切削路徑,以達到加工最高效率。



科技報導(以下簡稱科):什麼是工具機?

羅佐良博士(以下簡稱羅):機械,有人說是工業之母,從天上的太空船到地上的手機,都需要加工,工具機就是生產各式各樣金屬零件的設備。每個金屬零件都需利用切割製造的方式做出來,本來這些零件都是一塊方形材料,利用工具機的切削加工,能做出渦輪葉片、汽缸、車鼓等不同形狀的工件。

在過去,生產製造使用的工具機就是一個單純的「工具」。假如我們要做一個零件,我們得知道要從那裡去切、一次要切多少材料,依照經驗慢慢挖成想要的樣子,但往往無法找到最有效率的加工方式。

舉例說,一個零件其實只要2小時就能做完,但因為對於刀具、物件受力狀況的資訊不足,很可能需要花了10小時才做出一個零件,導致零件加工的競爭力降低。如何讓工具機加工時間縮短,是目前產業界大家都想要知道的重點。

日、德等國都有在生產工具機,人們會覺得加工品質比臺灣的好,但這個觀點是從工具機硬體結構去思考,與使用者的技術是否高超並無關聯。打個比方,就像你開一部高級跑車,你慢慢地開,速度可能就跟開一般轎車是一樣的;相對的,高級跑車有其特性,雖然速度快,但可能跑車爬山的性能就相對比較差。

所以,如何了解每一個設備的特性,讓機器根據不同目的發揮最高效果,是非常重要的。因此,工具機與製造產業是綁在一起的,如果工具機可以根據不同產業的加工需要,聰明地調整加工速度,就可讓加工的競爭力大幅提高。

科:您與您的團隊為什麼會投入這項研發?

羅:臺灣的工具機產業其實前有強敵、下有追兵。前方的強敵包括日本、德國,後面的追兵就是韓國、大陸,臺灣的工具機產業被夾在中間,雖然出口數字亮眼,但獲利卻有持續提升的空間。

記得某位電子廠商曾經告訴我,加工iPhone機殼,如果每件機殼能減少一秒鐘的生產時間,就能節省600萬的新臺幣支出。這讓我們在想,臺灣的工具機產業若要有所進展,或許能透過軟體改善,藉此提高加工效率與競爭力。

科:臺灣工具機產業在硬體上有什麼限制,以致我們無法超越日本與德國?

羅:這與臺灣工具機品牌形象有關。日本每年出口的工具機數量未必比臺灣來的多,一個月可能只產出幾台,但因為每台機器製造的時間比我們長很多,慢工出細活,讓他們可以很認真地像精品一樣生產一台機器,機器的價格自然就會高了,這種概念就像是高級跑車可以賣這麼貴,是因為它是手工的、是精品。相較之下,臺灣雖然做了很多工具機,但毛利低很多,臺灣還需要時間提升整體的品牌形象,等到有人願意用我們的設備,再來提高價格,才能把量縮下來、把品質做好。

科:您的團隊曾與加拿大英屬哥倫比亞大學合作,有沒有心得可以與大家分享的?

羅:民國100年時,工研院小鴻鵠計畫派我去英屬哥倫比亞大學,擔任客座研究員半年。我的專業是工具機(機械設計),那邊主要是在做切削數位分析,因此我試圖將兩個領域合在一起。

在合作的過程中,我觀察到他們工作的工時並不會超過規定,下班就是下班、在研究時會非常認真研究,並且非常重視休閒,他們會把工作跟生活分得很清楚,玩與休息很重要,在心情放鬆的狀態下,工作的品質就會很好。

臺灣人的工時比他們長多了,但是平均而言,他們的研究成果卻比臺灣好很多,我認為這是心態、文化問題,是需要慢慢被改善的。所以我回來之後,希望我們的團隊能吸收國外的文化,我也試著安排國外合作對象作為團隊的軟體開發計劃主持人,讓臺灣團隊在開發過程中學習國外文化與工作流程,執行了幾年效果都還不錯。

科:SpeedPro是什麼類型的軟體?

羅:現在大家都在提工業4.0,其概念就是將軟體與硬體整合,提升各式各樣的效能。提高加工效能也是我們研發工具機技術的目標之一,從業者來看,就是縮短加工時間,用同樣的時間做出更多的零件、賺更多的錢。

如果把SpeedPro製程優化軟體比喻成開車,就像開車子會遇到直線大道與蜿蜒山路,如果整條路你只能用一個速度開,駕駛者可以選擇直線大道時速度開得很快,但如此一來,在遇到山路轉彎時就會失速飛出去;相對的,如果駕駛者選擇用很慢的速度開,可能可以安全度過山路,卻拉長了整趟路程的開車時間。

因此,最好的方式就是走直線的時候開快一點,轉彎的時候開慢一點,加工也是這樣,通常零件都是不規則形狀的,且是立體非平面的,所以有的時候切刀走直線、有時候轉彎,但受限於現有工具機加工技術,遇到直線與轉彎都只用一個速度加工。

SpeedPro就是把一條路的轉彎、直線都分析出來後,分成一段一段,哪一段該快、哪一段該慢,在可以快速加工的地方,讓機器發揮到極限;該慢的地方就慢下來保護機器與工件,在這樣調整之下,加工的時間就可大幅減少,同時也確保加工的品質。

科:此軟體主要應用在什麼地方?

羅:目前主要用在高端加工領域,像是航太零件、汽機車等;另外,腳踏車、3C產品等領域也有投入測試。我們曾利用此軟體,成功協助客戶在實際加工時節省了一半的時間。該客戶做的是飛機引擎裡面的葉片,葉片都是非常薄的,一般會認為薄的零件要慢慢做,不然會彎曲變形,我們就是用軟體計算,讓機器用最快的速度加工出葉片,花費時間只有傳統的一半,零件成品也讓客戶相當滿意。

科:SpeedPro會根據不同的工具機有不同的調整?

羅:首先,要先決定你開的是高級跑車還是一般轎車,再來看不同車子引擎性能曲線,每一台車都會有它的引擎曲線。先決定車款,再看車子的引擎曲線,好的車手可根據要開的路況條件,做最好的搭配。

同樣的,國內設備和國外設備不一樣,即便是國產設備,每一廠牌的特性也都不一樣,裏頭搭配的馬達、主軸都有自己的性能曲線,SpeedPro製程優化軟體就像好的車手,會依照不同機器的性能曲線、使用的刀子、被加工材料的材質等數據,聰明計算出最佳路徑,發揮這台機器最好的效能。

科:需要依據不同工具機來客製軟體嗎?

羅:這個軟體是我們開發眾多的工具機智能化軟體之一。目前工具機的控制器有很多種廠牌,各自有不同的通訊格式,為打破控制器山頭林立的局面,工研院開發智慧機械機連網平台(VMX),可支援各大廠控制器,使用者可透過VMX平台來控制多台機器,甚至是工廠中所有的機器,將收集到的資料往雲端上傳。使用者或軟體開發者可以在VMX平台,根據需求開發各種智慧機械應用程式,就像在iOS、Adroid系統上開發各種APP。
科:在開發的過程中是否遇到困難?

羅:有的,這個軟體開發可以分成好幾個階段,首先,是要連設備的VMX通訊部,這個問題由VMX團隊解決;再來,就是切削分析需要建立資料庫,把各種品牌的刀子、各式各樣標準材料等資訊加以蒐集、彙整。

接下來是硬體機電,不同工具機馬達有不同性能曲線,如果國外廠商提供的型錄數據不準確,或是機器的組裝些微誤差,模擬出來的結果跟實際的結果就會有誤差,我們必須一一鑑別出這些問題,找出方法補償,讓軟體算出來的數據是準的。

科:對臺灣機電領域發展,您是否有任何建議?

羅:學機械會寫軟體的人很少,學資訊懂機械的人更少,我們要的人是會機械、也會電子的,但是又要有資通訊相關的技能,相較之下是比較難找。正因如此,工研院持續與學校合作,也將剛才提到的VMX平台免費捐贈給學界使用。未來,也希望有更多人分享該平台的成果與資源,並邀請更多的開發者以VMX平台為基礎,結合機械、電機、通訊等不同領域能量,開發更多的智慧機械相關軟體,甚至推動成為臺灣工具機與智慧製造產業的標準開發平台。

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