台中精密機械園區的一家工具機廠商，一個掌管全球業務的營運長，一早上班打開電腦，進入客戶關係管理系統，馬上跳出一張全球地圖，地圖上覆滿綠點，他安心的打開信箱，準備發一封重要的mail，這時手機同時收到一個訊號，他切換回剛剛的畫面，發現萬綠叢中，在美國出現一個紅點，原來剛剛的手機訊息是告知他：銷售給美國加州某個客戶的工具機出現問題。接著，他在系統上看到工程師已介入處理，因此就放心進行下一個工作。
這是未來臺灣工具機產業，以智慧製造雲為全球客戶提供即時線上服務的情境，也是臺灣邁向智慧機械的必經過程工研院工具機科技中心組長羅佐良組長出，透過智慧製造雲，臺灣工具機業者便可以克服距離障礙，從遠端即時提供客戶技術服務，實現製造業服務化的目標，再創產業新價值。
**工具機為工業之母 需率先迎向智慧化 **
工具機俗稱工具母機，負責切削、加工各式金屬零組件，被廣泛應用在許多製造領域，包括航太工業、汽車工業、IT模具、紡織工業、光學面板、鐘錶工業、醫療工業的生產線上，都需要工具機設備，因此工具機素有「製造業之母」的美稱，可以想見，一個國家發展智慧製造與推動智慧機械產業，在工具機設備的智慧化發展，重要性不言可喻。
羅佐良組長指出，智慧製造生產包含兩大部分，第一部分是，產線上的自動化機械設備，本身就應該具備感測、聯網、分析等智慧化功能；第二部分則是透過異質網路、雲端平台、大數據分析等ICT系統平台，為生產線建立智慧化分析能力。而工具機為工業母機，因此機器設備本身必須率先建立智慧化能力，臺灣工業才能朝向智慧製造的第一步邁進，也才能成就智慧精密機械產業的發展。
**工具機不應只賣設備 也要提供服務 **
不過，儘管臺灣工具機在過去數十年來，已從傳統製造與產業設備，逐漸發展出更高精密、更自動化的製造技術與高階產業設備，而且也已將市場推廣到光電、半導體等高階領域，同時也因應全球化、客製化、綠色環保的需求，發展出相對應的產品，逐漸在全球市場建立舉足輕重的競爭力。但是相較於德、日品牌廠的工具機產品皆已具備智慧化能力，臺灣工具機產品的智慧化程度，仍相對落後許多，是臺灣工具機產業亟待改善的部分。
「日本Mazak及德國DMG公司兩大國際品牌大廠的產品，都已經具備智慧化功能，建立提供全球客戶遠端網路服務機制。」羅佐良組長說明，Mazak透過提供客戶完整的智慧化製造系統，可遠距監控客戶生產現場的機台、為客戶提供最佳化加工參數以提升產線產能，藉由系統整合，Mazak提高單機附加價值3~5倍、新增服務系統收入20%；再看DMG，該公司同樣透過機台訊號回傳到總部雲端系統，協助客戶進行遠距監控機台、遠端異常排除、參數調整及關鍵模組的預兆診斷服務，加值服務系統不僅使DMG的高階機種價格比臺灣工具機高出3~5倍，更為該公司創造30%以上的服務營收。
臺灣整合跨單位資源 加速發展智慧工具機
反觀臺灣，國內工具機家數多且分工綿密，廠商規模普遍較小，80%以上廠商員工數少於100人，因此多數廠商缺乏分析技術及IT人才，當然也無能力發展智慧化機台設備。
有鑑於此，在經濟部技術處的支持之下，工研院啟動跨法人組織與跨單位的技術研發與應用開發資源，協同廠商一起發展工具機產業的智慧設備，希望藉由在工具機產業導入更多新穎的ICT科技，實現工具機設備智慧化，創造臺灣工具機更強大的競爭力，達到工具機產業追德、趕日的目標之外，也加速臺灣其他工業朝智慧製造邁進。
啟動工具機設備智慧化的任務之後，計畫團隊一開始先釐清國內工具機產業問題，歸納出產業在既有3大環節中，都有的相關課題需要解決。首先，在研發設計端，廠商與協力廠之間缺乏協同設計機制、產業聚落產品同質性高、產品性能進化演變進度緩慢，因此難以與國際大廠競爭；在製造端，有不易掌握供應鏈生產進度、生產工法與品質仰賴經驗傳承，以及整機廠為配合客戶緊急維修需求，需儲備大量關鍵模組水位，具有高營運風險等問題；在售後及應用加值服務端，產品設計到服務未緊密串連、人員經驗傳承等，使得國外市場仍需仰賴代理商服務，國內市場則是VIP客戶採駐廠服務，一般客戶採取隨傳隨到的服務機制，人力資源吃重。
工具機設計雲 開放平台加速創新
針對上述各環節的問題，計畫團隊一一透過ICT科技的導入，逐一為產業界找到解決方案。在設計端，目前工具機科技中心已為產業開發出一套機電整合模擬的「設計雲」平台，提供業者模擬設計的軟體與硬體，以及協助業者建立工具機設計流程，讓工具機產業能夠像台積電一樣，透過開放式創新系統平台，協同產業鏈合作夥伴，以更低的成本達到更具前瞻的產品創新設計。
具體而言，設計雲平台將提供廠商應用導向的自主設計服務，讓廠商可以透過遠端感測訊號回饋，分析性能優劣，自行演變發展次世代產品機種結構，加速創新研發。 羅佐良組長指出，目前國內已有12家會員廠商加入工具機設計雲平台，產值共佔國內工具機60%，預計可到到降低軟硬體環境建構成本70%以上的效益。另外，計畫團隊也搭配平台核心技術進行教育訓練與推廣，至今已完成200人次以上高階工程師培訓，廠商透過雲平台也已開發出自有機型6款。
工具機製造雲 產業朝服務化邁進
在製造端與售後服務端的既有問題，則有賴工具機設備本身的智慧化來解決。對此，計畫團隊觀察到，目前臺灣工具機設備智慧化不足之處，共有以下幾大部分。首先，台廠工具機設備內嵌的感測器，缺乏智慧感測能力；其次，工具機連網通訊介面缺乏共通標準，不同機台之間難以相互連結；在缺乏資料收集與聯網的情況之下，當然無法透過後端智慧分析平台，對已售出的機台進行即時狀況掌控。
由於設備智慧化能力不足，因此目前國內工具機業者在售後段服務，仍採取被動式報修服務，即客戶發現機台有問題之後提報維修，負責製造工具機的廠商才派技術人員到現場診斷。
針對設備智慧化不足的現況，計畫團隊的解決方法為：發展主動遠距服務需要建置的感測器、串聯異質網路的通訊介面，以及創新核心應用技術等方向，積極為產業建置「工具機雲端應用服務中心」（後簡稱工具機製造雲），讓產業能運用物聯網（IoT）技術特性，讓每一台銷售到客戶端的生產設備，都具資料蒐集、分析與預測的能力，如此一來，工具機業者不僅可以降低設備維護的成本，根據市場需求調整設備產能與物料庫存，提高製造端的生產競爭力。
更重要的是，透過開發共用型遠端服務軟體及硬體平台，更可進一步降低臺灣工具機業者，跨入網實（CPS）整合的遠端服務應用門檻，讓工具機業者可把售後服務從過去被動式轉為主動式，達到遠端製程優化的加值應用服務，提升臺灣廠商在全球市場的競爭力，也藉此創造更多服務收入。
4大環節打造工具機製造雲
擬訂具體策略方向之後，計畫團隊分頭並進，從4大環節著手，落實打造「工具機製造雲」。
第一：工研院微系統中心開發智慧感測器，讓工具機設備可以具備蒐集馬達負載、轉速、聲紋、震動、電流等資料的功能。
第二：工具機科技中心、工研院機械所共同開發採用增強式學習（Reinforcement learning）技術的「最適化參數調校」系統，讓系統自動學習最佳參數，並自動建立知識庫，如此便可以對設備切削參數進行最佳化、診斷加工路徑、提供刀具參數推薦，以及讓設備具備自我精度診斷分析能力，之後再搭配 「遠端異常診斷及虛擬調機技術」，讓管理者可以對製程進行遠端診斷。
第三：由工研院工具機科技中心、機械所與巨量資料中心共同開發的「關鍵模組保養預測與資產最佳化」系統，透過數據篩檢、資料分析以及建模技術，可以達到預估關鍵模組精度、刀具壽命的智慧化應用，進而對供應鏈提供關鍵零件的最佳化管理，以及擬定最佳保養、維修排程。羅佐良組長具體說明，「關鍵模組保養預測與資產最佳化」系統主要透過深層機器學習（Deep learning）預測保養需求，並藉由雲端巨量資料運算分析平台，達到遠端及時預測與建議的機制，藉此，未來工具機廠商將可提供客戶遠距診斷分析服務，在維修人員到達現場之前，就預先知道故障原因，準備零件，縮短維修時間。
第四：透過工研院巨量資料中心所開發的IoT智慧分析平台，透過歷程訊號回饋、關鍵模組性能監測等，可即時掌控設備狀況，提高工具機製程效率。
兼顧各個環節的完整物聯網解決方案，可拉近臺灣工具機產業與國際大廠的競爭距離，也為國內工具機邁向服務化打下基礎。
**3年內達成10家業者進入工具機製造雲 **
目前，上述各項技術已經導入工具機科技中心的切削機台，達到縮短加工切削時間，以及提升製程效率10%的效益。未來幾年，工研院希望進一步透過成立工具機智慧化遠端服務產業聯盟，協助10家以上業者進入工具機製造雲，實現超過100部機台連線的目標，讓臺灣工具機廠商可以透過雲端服務平台及加值軟體，提供全球客戶遠端機台監控與維修服務，協助客戶提升製程效率30%以上，以及減少客戶機台維護成本。
羅佐良組長進一步強調，當工具機製造雲所連結的設備機台愈來愈多，未來將會需要龐大的數據中心與大數據分析能力，因此推動工具機智慧化的相關計畫，後續將尋求與國網中心的整合，解決未來智慧化應用快速擴充之後，所衍生出的龐大運載量問題。
另外，由於製造產線上混有多家品牌及規格，無法透過單一一家整機廠，進行衍生應用加值服務，因此目前直接由工具機應用服務中心主導提供服務，並加裝感測器，後續如果服務量持續擴大，需要更龐大的工程服務人力資源，工研院也不排除衍生一家新創公司，負責營運製造雲行平台；又或者，也可直接協助規模夠大的國內工具機業者，採取建立私有製造雲的方法，讓國內工具機廠商自行建立提供全球客戶遠端服務的機制。
工具機智慧化 臺灣智慧精密機械的根本
隨著臺灣工具機產業不斷發展出更智慧化的設備機台，不僅將使國內工具機廠商擁有提供遠端智慧化服務的能力，國內各領域製造業者也可擺脫對國外工具機設備的依賴，用較低的成本採購國產設備機器，同時取得客製化服務，提升臺灣製造工業的競爭力。可見，工具機作為製造業之母，它率先發展智慧化，對臺灣整體工業邁向智慧製造有相當大的助益，因此也是臺灣發展智慧機械產業的發展里程碑。
「在計畫團隊全力發展工具機設計雲與工具機製造雲的過程中，工研院各單位所創新研發的各種智慧系統與科技，未來也可用來帶動臺灣發展智慧精密機械產業。」工研院工具機中心智慧製造技術組組長羅佐良提到，臺灣中部精密機械聚落的工具機產業，不僅產值世界第七、出口值世界第四，群聚規模更是世界第一，因此如能加速導入ICT科技發展更高精密的技術能力，以及建立遠端服務化機制，不僅可以提高工具機本業的發展，也將為臺灣打造智慧精密機械聚落，建立更穩固的基礎。
產官學研動起來 加速臺灣發展智慧機械
事實上，為推動臺灣發展智慧精密機械聚落，協助工具機與機械產業朝高階市場邁進，2015年12月工研院推動智慧製造的「智慧團隊」（Intelligence Team；I Team），鏈結工具機與零組件廠商如台中精機、永進、台灣麗馳、德大機械、百德機械等業者所組合的「機械團隊」（Machine Team；M Team），以及國內航空製造業者漢翔、長榮航宇與中興電工等上百家供應鏈將籌組「航太聯盟」（Aerospace Team；A Team），共同結合組成「A-I-M航太工具機產業技術大聯盟」。
羅佐良組長指出，2015年初經濟部技術處核准工研院工具機中心輔導「A+淬鍊計畫」發展航太級工具機，史無前例由12家工具機廠商組成，共投入7.2億研發經費，為航太市場鋪路，之後成立A-I-M聯盟，目的在於協助工具機產業強化競爭力，加速工具機產業實現跨設備通訊、雲端網路連線的目標，以及透過建立共通性標準介面，使工具機產業邁向網實（CPS）整合的智慧化階段，促使工具機產業能以客製化高品質設備、高效率生產機制、客製化遠端服務，進入航空業的供應鏈體系，搶攻全球高階市場訂單。
2016年5月，工研院工具機中心再與致力於發展智慧製造相關技術的中興大學合作，整合雙方在智慧製造領域的相關研發能量，加速輔助國內產業發展智慧機械相關技術。羅佐良組長強調，目前工具機中心也已經採用國廠設備與控制器，在台中打造智慧機械示範產線，協助推動台中機械精密園區轉型為智慧機械聚落。
綜觀來看，臺灣正面臨人口結構老化、勞動人力縮減、產業競爭優勢流失等諸多問題，而這些都可靠智慧製造與智慧機械產業的發展，達到相當程度的解決，值得慶幸的是，過去一段時間以來，國內在各法人機構與產業界的積極努力之下，已在工具機與機械產業的智慧製造與技術創新上，展現具體成果，啟動臺灣邁向智慧機械產業的第一哩路。展望未來，由於政府已將智慧機械列為重點發展產業之一，相信會有更多的資源與能量挹注，加速為臺灣工業迎向智慧製造與發展智慧機械產業，帶動臺灣新經濟的發展。(經濟部廣告)
