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从 JIMTOF 看机床产业发展趋势

文 | 陈忠平

日 本 国 际 机 床 工 具展 (JIMTOF)与芝加哥国际制造 技术展览会(IMTS)、欧洲国 际机床工具展(EMO)和中国 国际机床工具展览会(CIMT) 并称世界四大机床工具展,在国 际上享有盛誉。

日本国际机床工具展览会始于1962 年,展览会两年一届,在大阪和东京交替举办。自 2000 年起 JIMTOF 就一直在东京举办,迄今已 经是第 29 届。在全球推动“工业 4.0(Industry4.0)”之际,具有“工业之 母”之称的机床工具产业更是许多制造大国全力发展的焦点,日本机床工具技术影响国内甚剧,因此每届的 JIMTOF 对亚洲及中国的机床工具产业皆具有技 术发展风向球的意义。

展会期间举办各种物联网会议

本届展示主轴以“人工智能、工业 物联网、自动驾驶、电动车的制造应用” 议题支撑“接轨未来,技术大树”为主题表示正在发展以连结各项技术为轴线的方式达到技术串连,就像一颗载满科技 的大树般彼此互联。

DMG Mori 展示的物联网技术引起了极大地关注

此次展览参展家数达到 1085 家,参观人数依大会统计总人数 153103 人(计算人次则达到 18.8 万人次),其中海外人数达 12791 人,展出面积达到 9 万 8 千平方公尺,展出规模是全球第 3 大。海外企业台湾 83 家、德国 72家、大陆 50 家、瑞士 42 家、韩国 15 家、

美国 7 家、意大利 19 家,海外参展占 全部展示面积 15.6%。人潮热络也印证 2018 年日本机床工具景气大好,已达到历史最高点,每个月订单都在 1500亿日元以上,预估 2018 年全年订单约在 1 兆 8 千亿日元。

展位专门的物联网展示角

JIMTOF2018 五大亮点趋势

本次的展览中,受到关注的技术发 展趋势包括:IoT 和 ICT 等通讯技术将 生产过程可视化从而方便管理、更柔性 的制造流程、AI 技术。以下是将以技术 发展趋势作为分类,综合几项发展趋势与大家分享:

物联网

日本工作机械工业会(JMTBA) 在展会上,整合 70 家会员,将 300 台 机械设备进行了 IoT 连网,是将各家不 同的物联网平台,连接至该专区(东 7 馆),使得整个东展览馆成为一个巨大 的工厂,让看展者在主办单位企划区域中亲眼见到,可以降低对物联网的导入障碍。机床工具物联网平台的连接,展 现制造加工可视化、可追溯性、预防故 障等接口,实现工业 4.0 第一阶段大规 模机台关键数据搜集及初步分析,显示 机床工具及零部件市场正朝向与传感器 及人工智能运算分析的发展。另外现场 也透过影片和广告牌介绍物联网平台和导入案例。从现场参展机看来,物联网平台目前是 Fanuc 的 Field system 市 场占有率最高。

物联网演示

之前很多专家学者谈到日本物联 网平台是既开放又封闭的状态,但仍依 赖于国家有关部门或协商会去整合,本次的 JIMTOF 就是一个日本工作机 械工业会(JMTBA)整合呈现的场 域,JIMTOF可以看到机床工具大厂整合了开放式通信标准 MTConnect与OPCUA 来提高制造软件和各机床工具之间的互联,已具备数据收集、状态检测、稼动率及效能管理等功能。

中小型制造商的机械也可以透过物联网导入到整个生产系统中,如果不是 大型制造商,只由一家公司整合物联网提案是一件困难的事情。日本工作机械 工会表示,如果能够将不分品牌的制造商全体连结起来,具有划时代的意义。并提到今后客户的工厂管理,会以一种整合的形式实现,且不分规模能够一起实现物联网。

目前我国现阶段也积极推动中国智 能制造 2025,让既有设备改造后,具 备机联网基本(通讯)功能,让工厂可 以连接到大数据,实现智能化功能。

2016 年 JIMTOF 展会期间,发那 科在展会第二天进行了发布会,富士通 公司伊通千秋取缔役副会长在会上发表 了题为“通过 AI 与 IoT 实现制造业革 新”的演讲,分享了富士通公司透过 AI 与 IoT 实现制造业革新的经验。

表 1 是精机中心(PMC)团队于 本次展会纪录主要机床工具厂、控制器 厂商 IoT/IoE 发展现状。

表1 JIMTOF2018 IoT/IoE 发展现状

主要厂商 System Box 备注
DMG MORI CELOS PC version netBox ARMROID
MAZAK iSMART Factory Smart Box Sensor box
OKUMA Connect plan Netbox suite-C Netbox suite-S Net Service
MAKINO ProNetConneX   语音辅助:ATHENA
Fanuc Field System CPS-MC341-ADSC1- 931 (CONTEC)  [MT-Link  i ]  
Mitsubishi e@Factory MELIPC[Edgecross] AI: MAISART
CITIZEN Alkapplysolution PC [MELIPC/MT-Link i ] 质量 AI 振动讯号
JTEKT IoE NAVI TOYOPUC/Link Box Hawkeye-Light SignalHop
三菱重工 Diascope    

人工智能

人工智能是本次展览各厂家强调的重点,机械设备在既有的生产及组装技术为基础,搭配智能化或机器学习功能,可以提高加工效率 10%~30%。欧洲和日本虽以 AI 人工智能为主题,可是他们背后有一个强大的后盾,这强大 的后盾就是机器设备的精度及可靠度, 本次展览诸多厂商列出设备精度可达1 ~ 2µm 以内,甚至 1µm 以内都有。

发那科运用机器学习技术可使得机床工作台进行热变位自动补偿、伺服 自动调校以及主轴故障监控等,将机床 工具最关键的运行指标通过人工智能技 术达到优化。另外,还有全自动伺服 AI Servo Turning;主轴故障监测 AI Spindle Monitor 等。在发那科机械手 臂部分,在现场展出可搬运飞机引擎罩的超大型机械手臂 M-2000iA/1700L, 可承载高达 1700kg,垂直移动范围达 到 6.2 公尺,是目前全球最大搬运能力 的机械手臂。也利用新开发的 3D 影像 传感器,并透过深度学习决定机械手臂 拾取工件的最佳顺序,以提高手臂拾取 的成功率。

表2  各国机床重要厂商智能化功能

  MAZAK DMGMORI OKUMA MIKRON 其他
加工引导 参数自动调整 简易操作 防止错误 CAD\CAM  整合 ★ MVA ▲ SCC SMC CELOSSmart Key ▲ ServoNavi   ★OSS  
高效率切削 主轴最适转速控制进给 率适应性控制切削颤振 抑制 动态振动抑制 自我学习控制 ▲ AVC VAC
▲ Smooth AI Spindle
  ▲ Machining Navi   ▲ APS ▲ OMMAVTIV ACM ▲ HEIDENHAINAFC
3D 加工模拟 / 防撞 3D 预防碰撞仿真优化 加工路径 ISS   Collision Free    
综合误差量测与补偿 温升热变形量补偿 在线量测与补偿 ▲ ITS ★ IMC ▲ Smooth thermal Shield   ★ 3D quickSET ▲ Thermo-Friendly▲ 5-Axis Auto Tuning system ▲ ITC ▲ ITC-5X  
检测与诊断系统 关键零部件状态监视与 故障诊断 耗材寿命监视与维护保 养 刀具寿命管理与破损检 知   IPSIBA ★ IBL   MPCClamp CheckSurface Alalyzer   ▲ OSP-AI   SPS   ▲ IMS Watch Dog
远程监控与管理 IMSe-TOWERiConnect ADAMOS Connect Plan ★ SIGMA FMC RNS  

说明:★自动化●诊断 / 监测▲自动预警

金属积层加工制造

各大机床工具厂除联网、AI、复 合化之外,金属积层制造(Additive Manufacture,AM)俨然成为机床工 具技术发展的显学,提供复合化的加工,并省去上下料的麻烦。

DMGMORI 展示雷射沉积技 术(Laser Deposition Melting,LDM)和粉末治金(Selective Laser Melting,SLM) 3D 技术,其中粉末治金设备LASERTEC30SLM 是本次 展会首发的新品。

OKUMA 展示 MCR-S 机型,提 出模具产业的解决方案,强调新款主轴 切削加工时间较旧机型有 25% 的提升, 1µm 以下的表面加工精度,此机台还 提供机上激光修补的方案,解决对于模 具产业在加工时所面临的加工时间长, 表面精度要求较高,和减少笨重工件因为修补或热处理上下料的需求。 Sodick  展示  LPM325 通过金属粉末的熔融和凝固进行加法制造,提供内 部制造的数控装置和专用 CAM,使操 作者便于使用。

全球视野下的产业瞭望

通过参加此次 JIMTOF 展,目前 全球机床工具发展趋势如下说明:

制造业和 IT 产业的一体化正在迅速发展

首先,本次的主题是“连接"。物联网使得制造过程可视化,这是在可追溯和失效报警方面迈出的重要一步,而随后 AI 人工智能的发展将会发生很重要的作用。

再者,工厂生产在线的机床工具和机器人与互联网相连,因此所有信息,包括运行状态和加工过程都可以可视化。这种可视化数据有助于优化生产过程,在生产过程中,实现一台机器与另一台机器之间或机器与人之间的协同。

机床工具产业未来的变化

大量定制化、设备共享、无人化、 自动更换损坏零部件、加工复杂化、新 材料大量出现,有些需求通过智能化、 AI 技术补足,有些仍须透过设备的设计 来满足。

机床工具技术不断创新

机床工具厂投入相当大的研发财力 和人力,为市场提供高附加值的产品。 例如,组合式机床、五轴加工机、数控 车铣复合机。这些设备可以处理复杂形 状的产品零件。此外,组合式机床可以 在单一设定下完成整个制造过程,从而 实现高精度和高生产效率。

智能制造的范畴逐步扩大与发展

全球制造业关心的是:生产系 统、质量保证、过程优化、数字建 模。应用与整合统计方法(Statistical Methods)、智能计算(Computational Intelligence)、人工智能(Artificial Intelligence)、控制技术(Control Technology),可以来提供生产型态 的解决方案。

我国机床制造商应了解电动车产业供应链

机床制造商应掌握电动车产业供应 链,加强与国内企业的合作,强化企业 间关系。

结束语

在西方有句谚语“To live well, a nation must produce well”,说明 制造业是一个国家综合国力最重要的表现,从各国的展览会就能深刻地认识到。 技术发展持续向前,但机床制造作为基础工业,易受全球经济的影响。此 次展会,日本主办方对 2019 年的机床 销售预估趋于保守,特别是美中贸易战 已经影响到全球贸易,而在是否能停止 或放缓的情况下,有太多不确定的因素。

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