6 October 2016 Taiwan Machinery Monthly

智慧機械

與伺服壓力機有關的

智慧沖壓成型機發展趨勢真鍋健一：沖壓機業界面臨最大的課題是感應器的開發

報導/呂永德，張篠傑

臺灣機械工業同業公會辦理經濟部國際貿易

局「工具機暨零組件整合行銷計畫」案，

邀請日本首都大學東京機械工學教授真鍋健一來

台參訪；真鍋健一為工業力學專家，也是日本

「伺服沖床使用技術研究委員會」的一員。此次

除了安排參訪協易、連結及金豐等廠商，也以

「與伺服壓力機有關之智慧沖壓成型機發展趨

勢」為題舉辦座談會，分析目前成型機械產品邁

入智慧製造應注意與努力的方向。

本項座談會原訂於9月27日，但因受到梅姬颱

風影響，延至9月28日以小型座談會的方式舉行，

雖然當日全臺灣停班停課，依然邀請到金豐機器

工業等約20名廠商代表參加，會議由機械公會智

慧機械產學研委員會執行長陳重光主持。

真鍋健一教授在座談會中提到了Internet of

Things (IoT)所帶動的製造改革動向、日本「伺服沖

床使用技術研究委員會」產學合作研究開發的成

果、如何建構最適化的生產系統、解析伺服沖壓

與IoT時代結合的可能性以及分享智控沖壓成型的

研究案例，也針對智慧沖壓成型機的趨勢提出看

法。

以下是真鍋健一此次座談會內容摘要，提供

各界參考。

真鍋健一表示，德國推動工業4.0的目標有

二：一是強化德國的製造業出口競爭力，二是期

望先進的生產技術能夠搶得全球工廠的市占率。

美國的作法則是運用人工智慧來分析數據，擴大

雲端服務。

許多產業都試著使用或導入工業4.0觀念在

生產線上，大多是為了建立有效率的商業模式。

聽說台灣已有12個機械領域的產業開始推動工業

4.0，感覺進展蠻快的。

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製造業中，伺服沖壓(Servo Press)屬於塑型加

工，在IoT領域的進步較慢，因為加工成型的過

程，胚料的成形是在模具內完成，模具內的胚料

變化感應很困難，感應器開發難度高，造成了沖

壓鍛造領域要融入IoT較其他業界慢，也因為沖壓

的模具內成形特性，即便是在前一波的自動化潮

流中，鍛造也是進步比較慢的。工具機或是鈑金

相對容易是因為工件加工過程是外露的。

生產領域推動IoT的展開，基本上就是收集資

料、分析、預知，其課題就是感應器的開發。缺

乏感應器自然無法收集數據，也不會有運用大數

據技術的機會，甚至目前究竟要收集哪一類數據

來分析，也還未有清楚的方向。

伺服沖床跟機械式最大的差別就是用馬達驅

動沖壓動作。伺服沖床的優點與效果，簡單來說

就是環保，同時也是適合IoT時代的新一代沖壓

機。

日本在伺服沖床處於領先全球的地位，為了

保持領先，日本在2007年成立了伺服沖床技術委員

會，會員有35家企業+10所學校，委員會的目的是

活用伺服沖床特性，開發新材料加工技術以及處

理高精度加工技術的開發。

日本伺服沖床技術委員會的成功案例中，

委員會運用伺服沖床具有可編輯滑塊運動(Slide

motion)的特性，將沖壓運動變速，發現盒狀引伸

加工時，不僅能增加引伸高度，也提升了加工速

度，也就是產能提高的意思。

此外，沖壓速度的編輯中，也嘗試了單次沖

壓運動中，有多次停頓，發現可有效降低胚料承

受應力、胚料變形量獲得分散後，改善了盒狀深

引伸的不良率問題。

伺服沖床運用感應技術、IoT使工程智慧化，

以及用數位生產技術、大數據提升生產系統等革

新來說，伺服沖床是相對落後的。特別是進階的

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感應器開發最為重要。感應器必須縮小體積，否

則無法放進模具中。此外非接觸感應技術與可追

蹤性也是感應器的開發重點。

IoT的運用其實也就是讓沖壓過程可視化，此

外加工數據的收集、管理軟體也是不可或缺，日

本現在正在推動中。希望能夠讓伺服沖床進化，

進而獲得最佳的機械設計、提升製品精度、速度

與模具壽命，進而得以對難成型材料加工，最終

即可建立最佳生產系統。這個目標也是工業4.0或

IoT能為製造業帶來的超高效率生產願景。

真鍋健一在薄板沖壓&管狀沖壓的研究現況

IoT能帶給伺服沖床的生產願景中，與加工過

程相關的有四大組件。即為材料(製品)、制動器

(Actuator)、感應器及電腦。沖壓加工進行時，制

動器推動沖頭使材料成形，材料的形狀變化會藉

由感應器將形變數據傳給電腦，電腦接收數據後

會計算出下一步的最佳沖壓力，並送出控制訊號

給制動器進行下一步沖壓。這個循環中，很關鍵

的，同時也是進步最慢的就是感應器。所以，在

報告中多次提及沖壓機業界面臨最大的課題即為

感應器的開發。

在板材沖壓研究中，對於沖壓過程的兩大控

制元素(壓邊力與沖壓速度)進行了理論以及軟體

模擬的驗證。壓邊力的控制主要是防止板材的法

蘭面起皺，沖壓速度的控制則是要避免板材的破

裂。在模擬沖壓途徑時，透過伺服沖床的特性，

編輯滑塊運動，多次即時的調整製程沖壓力，即

可以找出順利通過起皺區域以及破裂區域的沖壓

曲線，完成無皺褶、無破裂的沖壓件。

另外一個研究中，真鍋教授模擬了壓邊力的

分割，先將沖壓機的壓邊面(Blank holder)切割成100

分割，壓邊面壓在板材法蘭面的時候，這一百個

壓邊塊可設定成個別不同的壓力，如此亦能做出

複雜形狀的沖壓件。真鍋教授在此研究中不僅做

出壓邊面分割壓力的模擬軟體以驗證其可行性之

外，也實際做了實體的分割式Blank holder完成了驗

證。

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關於管狀加工的研究，真鍋

教授製作了可以貼覆在管材上

的感應器，在管材成型加工同

時，收集管材與沖壓機的接觸

範圍，另外也製作了收集成型

過程的變形數據。透過收集這

些數據之後，可以更加準確的

設定加工壓力。

總結

真鍋健一在演講的總結中，

再次強調，感應器開發的重要

性。

在Q&A時間中，真鍋表示，

目前日本在沖壓機的感應器發

展上仍很少，部分原因也是因

為沖壓機的使用廠商未必願意

將沖壓過程的參數或數據提出

給沖壓製造廠，然而為了迎接

IoT時代，感應器方面的布局仍

是不得不進行的方向。

真鍋也提醒金屬成型業者，

未來軟體的實力將會是長期發

展的關鍵，不管是加工模擬軟

體或是控制、資料收集軟體。

為了長期發展，都必須要考量

人才培育進度。

陳重光分享5項觀察重點

藉著TAMI邀請日本學者造

訪，參訪協易及金豐沖壓設備

廠，並針對伺服沖壓機技術發

展相關議題進行交流。陳重光

分享5項觀察重點：

1.國內沖壓設備廠早已能提供自

動化整線設備能力，所以，在

4.0方向，要如何從自動化朝智慧化發展。

2.由於沖壓設備最後的價值是要透過模具，加工成型點檢，所以在智

慧化的進展相對其它金屬機械較遲緩。

3.沖壓設備廠的自製率高與4.0相關的客製化、訂單生產等精實的基本

要素早已是此產業的「文化」。

4.伺服沖壓設備推出已近20年，在台灣及日本，伺服機占營業額都在

20%左右；其關鍵原因，在於沒有朝伺服新技術的開發應用發展。

5.因此，日本35家業者結合10家大學成立共同應用研究委員會，針對

新材料以及複雜工法技術研究，此一方式，值得台灣參考。