數位孿生是什麼？

數位孿生（Digital Twin），也可以稱為數位分身、數位雙生、數位對映。是利用軟體或網路空間在數位世界當中，創造一個現實世界的數位模擬，通過感應器跟網路對實體的物件、設備進行監控、分析、模擬、預測、甚至進行控制的技術或方法，把當下正在發生的狀況，完全映射到數位環境中。

但這項技術又該如何應用在CNC加工現場中呢？首先我們得先瞭解在CNC加工現場中，最常碰到的是哪些問題！

 CNC加工常見問題

以CNC加工產業來說，最重要的就是提升設備總合效率OEE，達到更精實的生產，但傳統CNC加工生產時，最耗費時間與人力的就是進行試錯，不僅如此，CNC加工現場還會碰到許多困擾，像是刀具損壞停機、不良品率提高、機台設備維修成本過高……等，這些都會對設備稼動性能造成影響，甚至是常態性維修、當期出貨速量減少、客戶轉單、營收下滑等情形，對加工現場和公司影響非常大。

但機台在操作相當複雜，常見的問題包括切削工具的選擇、參數設置、加工中出現干涉等問題，這些都會影響加工精度和生產效率，如果不能即時解決，將會對產能造成嚴重的影響。

面對這種情況，有什麼辦法可以事先進行完整模擬，避免實際操作中耗費大量時間、浪費許多成本的事情發生呢？

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數位孿生系統軟體特色

完整模擬呈現，與實際操作無差別感

數位孿生系統軟體中會依據CNC機台樣式、外型、顏色、尺寸完整模擬呈現，人員在數位孿生系統中可以透過控制器與面盤操作，完整動態模擬CNC機台器操作，不會有模擬與實際操作不相符合的問題發生。

事前模擬，預防撞機

傳統在操作CNC機台時，無法完全避免撞機的情形產生，必須經由一次次經驗、數據的累積，才能降低撞機機率，但現在可以先在數位孿生系統軟體中，由擬真控制器上進行程式編輯、刀長補正設定、工件座標設定，直接透過程式進行自動執行、單節執行或暫停、檢查程式等，而在過程中可以利用程式檢查主軸與刀具干涉、碰撞等情況等問題，事先排查所有可能發生的撞機的因素。

異常警報顯示，即時通知人員處理

數位孿生系統軟體會依控制器廠牌不同，呈現不同程式編輯功能與模擬操作面板的畫面，與實際操作的控制器完全一樣。無論是夾具、材料、刀刃、刀把、刀塔等出現問題，模擬過程中都會產生OVER TRAVEL的警報；撞車時，會產生撞車警報，即時提醒相關人員處理。

切削加工3D動態模擬與補正刀常設定

可直接將CAD/CAM等相關CNC製作程式直接匯入數位孿生系統軟體中，直接模擬編寫CNC程式、檢查加工路徑等，減少實際操作時刀具碰撞與上機試切時間，並擁有完整的切削指令與複合循環功能，也可以量測刀長、補正設定，適合初學者練習上手使用。

常見功能一應俱全，加上匯入匯出功能讓模擬更方便

一般程式產出時，要把程式傳到機台裡面，因此可以直把CAD/CAM產出的程式從左邊電腦端，直接匯入右邊程式端，直接進行模擬。

而在刀庫安裝介面中，刀具安裝、拆卸、調整刀具夾持長度等都可以自行調整，還有內建許多常用規格的铣削刀具、治具、材料，如果沒有想要的規格、尺寸，也都可以自行載入進行設定。

精準進行工件量測

在數位孿生系統中還可以利用3D工件量測功能，進行基礎量測、進階量測、螺紋量測，量測角度可達45.012。

數位孿生系統軟體實際應用與效益

機械手臂搭配CNC車床加工上下料

在CNC加工現場中，決定能耗的關鍵要素就是人與機器。利用數位孿生系統軟體，可以在電腦完成與現場同步模擬，像是當CNC車床加工完後，會再依照程式進的指令進行機械手臂移動，將成品夾起來後，放上下一個待加工的工件。不僅實現快速機台試車、事先檢查干涉防止碰撞等目標、還能增加操作人員熟練度與異常處理能力。

CNC車床與銑床模擬

數位孿生系統軟體可以準確顯示切削時間、精準的工時估算與報價，還可以測量切削後的成品尺寸，核對設計圖，系統中的模擬程式會同步執行偵錯，防止機台撞車。

數位孿生系統軟體主要應用領域

學校機械相關科系應用

在技職院校的數位控制課程中，利用數位孿生系統軟體不僅可以降低學校教育訓練實習成本，還能降低老師教學負擔，撇除學生在學習CNC操作上的障礙、增加學生對CNC操控的熟練度。

在數位孿生系統軟體中不僅可以進行真實機台1：1虛擬調試、模擬CNC實機互動展示、驗證CNC程式加工路徑、還能將CNC操作與考試系統結合，在電腦系統內就可以考核使用者的熟練度，並從系統中的習題庫裡面挑選試題，進行考試。

企業實際使用

利用數位孿生系統軟體不僅可以做到CNC機械碰撞與3D干涉檢查、進行CNC人員教育訓練與考核，還能利用3D動態模擬技術實現遠距的客戶程式驗證、問題溝通、故障排除、專案討論等情形，提升顧客滿意度與購買意願。

數位孿生系統軟體應用趨勢

以機械製造加工業來說，導入數位孿生系統軟體可以降低人為因素所導致的產品問題，增加產品良率、減少機台停擺，透過系統軟體輔助，可以減少60%準備時間，假設原本要花費數千小時試切，導入後可縮短為半小時，而原本常常找不到程式，進行程式管理後，可立讓操作人員輕鬆找到，還能減輕管理者負擔，同時間可管理更多生產線。

在數位孿生系統軟體協助下，不僅能做到提升機台稼動率、加工時間週期規劃和產能優化，增加利潤加速企業成長，更能進一步做到虛實整合，實現智慧製造的藍圖。

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參考資料：仁安資訊