要認(rèn)識CNC，那就必須從NC開始。 NC是「Numerical Control」的縮寫，中文翻譯為數(shù)值控制，因?yàn)槭荖umerical，清楚表明是使用數(shù)值來控制機(jī)械和設(shè)備的作動，并透過一些簡單的數(shù)位控制元件來達(dá)成，例如計(jì)數(shù)器和溫度計(jì)等。它的出現(xiàn)，就是為了取代手動控制的方式。

所以在NC數(shù)值控制的時代，是采用數(shù)值來控制，并非是目前的數(shù)位化概念。此時，也已經(jīng)開始使用初步的電腦計(jì)算機(jī)工具，用來編程與設(shè)計(jì)切削工具機(jī)的路徑，會利用字母（Letter）、數(shù)字（Number）及符號（Symbol）等數(shù)值資料，編寫成加工指令，用來控制機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)與動作，這些指令就被稱為加工程式或數(shù)控程式（NC Program）。

從NC到CNC 電腦帶來自動化變革

NC數(shù)值控制的起源約是在1940年代的美國，當(dāng)時由于美國空軍要生產(chǎn)直升機(jī)螺旋槳，需要大量的精密加工。于是委托民間機(jī)械工程師進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)。到了1949年，麻省理工學(xué)院接受美國空軍的委托，開始研究數(shù)值控制，并與當(dāng)時的Parsons公司合作，全力發(fā)展輪廓切削銑床的技術(shù)。沒多久，第一臺數(shù)值控制工作母機(jī)就問世了（1950年代）。

而有了在切削銑床的成功經(jīng)驗(yàn)，數(shù)值控制技術(shù)也開始被廣泛的運(yùn)用在其他的金屬加工領(lǐng)域，同時技術(shù)也不斷的被改良。

進(jìn)入1970年代，半導(dǎo)體技術(shù)迅速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)（個人電腦）也開始大規(guī)模進(jìn)入消費(fèi)者與商業(yè)市場，新型態(tài)的微控制處理晶片更被運(yùn)用到NC機(jī)臺中，至此，工具機(jī)的功能也更加的強(qiáng)大，各種多軸加工機(jī)臺也陸續(xù)誕生，應(yīng)用的加工領(lǐng)域也更加寬廣，于是CNC（Computer Numerical Control）的概念逐漸生成。

圖1 : 圖為1962年時一部美國NC工具機(jī)臺，此時并沒有現(xiàn)在的電腦控制單元。（source: wimb.net）

到了CNC的時代，加工制造的流程已經(jīng)有所不同。由于電腦的運(yùn)用，加工設(shè)計(jì)的流程已轉(zhuǎn)為更全面的數(shù)位化形式，它透過電腦先將指令與加工作動編輯完成，之后再傳送到自動化工具機(jī)進(jìn)行加工。現(xiàn)行多數(shù)的工具機(jī)都已采用CNC機(jī)制，且電腦不僅在設(shè)計(jì)端就介入，同時也扮演整合控制與生產(chǎn)的角色。

而隨著電腦技術(shù)與應(yīng)用的持續(xù)進(jìn)步，更復(fù)雜的工件設(shè)計(jì)與制作也得以實(shí)現(xiàn)，尤其是CAD與CAM的應(yīng)用，更進(jìn)一步強(qiáng)化了CNC工具機(jī)整體的生產(chǎn)制造能力。這些軟體不僅可以進(jìn)行工件的設(shè)計(jì)，也能運(yùn)算各種加工過程中的移動指令，并透過工具機(jī)的電腦控制系統(tǒng)，將這些數(shù)位化的指令傳遞到加工機(jī)具中，并對馬達(dá)與各種驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致與精確的控制，實(shí)現(xiàn)所謂的精密加工，甚至是更先進(jìn)的超精密加工。

然而加工技術(shù)演化的腳步從未停歇，目前成熟的CNC技術(shù)也并非是其最終的完成式，特別是在大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加入后，CNC加工也進(jìn)入了新的轉(zhuǎn)折，一個以工業(yè)4.0為基礎(chǔ)的智慧制造時代。

生產(chǎn)力4.0 臺灣CNC進(jìn)階智慧機(jī)械

至于臺灣，CNC的發(fā)展約與全球的進(jìn)度相當(dāng)，但萌芽期約在1980年代，此時已有多家的機(jī)械廠陸續(xù)推出CNC機(jī)臺，而工研院和部分業(yè)者也開始進(jìn)行自有的CNC控制器的研發(fā)，專注于發(fā)展自有技術(shù)的產(chǎn)品。而隨著馬達(dá)技術(shù)的提升，臺灣約在2010年代就完整具備關(guān)鍵元件的自制能力，并成為世界主要的機(jī)具出口國之一。

毫無疑問，智慧制造是CNC系統(tǒng)的下一個大趨勢，也是目前的正在進(jìn)行式。對此，臺灣的產(chǎn)官學(xué)界也已制定了相關(guān)的政策與方針，期望協(xié)助產(chǎn)業(yè)界能夠盡早因應(yīng)，抓住這波變革，提升臺灣工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的競爭力。

而與CNC數(shù)控相關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，目前是被規(guī)劃在「生產(chǎn)力4.0 科技發(fā)展策略」中，該策略由行政院科技會報辦公室所推動，為一項(xiàng)跨部會、跨產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)策略，涉及的部會包含：經(jīng)濟(jì)部、科技部、教育部、農(nóng)委會、衛(wèi)福部、勞動部等。

依據(jù)科技會報辦公室的政策資料，臺灣選擇進(jìn)行生產(chǎn)力4.0 科技發(fā)展策略，主要是基于兩項(xiàng)趨勢，一個是全球智慧科技發(fā)展；一是人口老化的勞動力遞減。科技會報辦公室指出，目前美、日、中、德，全球工業(yè)領(lǐng)先的國家都正積極推動智慧制造的技術(shù)，以快速反應(yīng)市場需求；其次，長期就業(yè)人口數(shù)下降已是先進(jìn)國家的必然趨勢，因此智慧制造技術(shù)是因應(yīng)此危機(jī)的重要手段。

細(xì)究此發(fā)展策略的內(nèi)容與脈絡(luò)，則它是依據(jù)行政院所推動的「智慧型自動化產(chǎn)業(yè)發(fā)展方案」為基礎(chǔ)，進(jìn)一步整合商業(yè)自動化與農(nóng)業(yè)科技化，以期能夠從目前的生產(chǎn)力3.0（知識密集），邁向生產(chǎn)力4.0（智慧密集），以因應(yīng)高齡化社會工作人口遞減的勞動需求。 （1.0為勞力密集，2.0為技術(shù)密集）

圖2 : 臺灣生產(chǎn)力4.0 科技發(fā)展策略，進(jìn)一步整合商業(yè)自動化與農(nóng)業(yè)科技化，以期能夠從目前的生產(chǎn)力3.0（知識密集），邁向生產(chǎn)力4.0（智慧密集）。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù) CNC系統(tǒng)迎來新轉(zhuǎn)折

其發(fā)展的重點(diǎn)有三，一是技術(shù)的發(fā)展，要在臺灣既有電子、資訊及通訊等既有的技術(shù)優(yōu)勢上，透過整合感測器、通訊網(wǎng)路與運(yùn)算力，把計(jì)算、通訊與控制的功能用在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域上；第二則是推動臺灣中小企業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型；三是培養(yǎng)新興的智慧應(yīng)用人力，培育具備智慧控制與管理能力的新一代未來人才。

而最關(guān)鍵的，當(dāng)然是為首的技術(shù)發(fā)展，而具體所涉及的技術(shù)，則是以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與智慧工廠為核心，而CNC數(shù)控則是所謂的「智慧機(jī)械」的范疇，它就一種結(jié)合感測器、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的加工制造技術(shù)，它是發(fā)展智慧生產(chǎn)不可或缺的環(huán)節(jié)。

以目前的技術(shù)發(fā)展來說，一部具備「智慧」的CNC數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)臺，一定要能夠整合開發(fā)端的CAD數(shù)位設(shè)計(jì)軟體，能夠直接從軟體端就完成機(jī)器的建模與加工路徑，以加快加工制造的流程，同時也增加客制化生產(chǎn)的彈性與程度。這也是把開發(fā)設(shè)計(jì)整合至制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）里，

第二點(diǎn)，CNC數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)臺要具備更高程度的加工生產(chǎn)能力，透過先進(jìn)的數(shù)位控制器與更精準(zhǔn)的馬達(dá)和螺桿的性能，來達(dá)到更多軸與多面向的制造可能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速與高精度的切削與加工生產(chǎn)。此外，可視化的加工預(yù)覽，以及自動化智能回饋和調(diào)教也是重要輔助項(xiàng)目。

第三點(diǎn)，CNC機(jī)具要擁有智慧監(jiān)控與線上檢測的功能，它透過運(yùn)用更多的感測器來強(qiáng)化加工的品質(zhì)與運(yùn)行安全，能夠提供精確且高準(zhǔn)度的施工數(shù)據(jù)，同時也能檢測機(jī)臺本身機(jī)件的壽命情況，達(dá)成預(yù)診維修的目標(biāo)，進(jìn)而優(yōu)化廠房稼動率與整體的產(chǎn)能。

圖3 : 目前所謂的智慧型CNC數(shù)控，是一種結(jié)合感測器、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的加工制造技術(shù)，它能帶來更隹的加工性能與精準(zhǔn)度，且還具有自我診斷的功能。

結(jié)語

CNC系統(tǒng)正站在另一波轉(zhuǎn)型的勢頭上，尤其在全球工業(yè)4.0趨勢的推動下， CNC業(yè)者勢必要跳脫傳統(tǒng)的應(yīng)用框架，整合物聯(lián)網(wǎng)與人工智慧等技術(shù)，往上往下進(jìn)一步延伸其市場的范疇，朝智慧機(jī)械與智慧制造的目標(biāo)前進(jìn)。

而這個發(fā)展并不是單一業(yè)者所能實(shí)現(xiàn)，將有賴整體的供應(yīng)鏈才能達(dá)成，因其是一項(xiàng)整合資訊、電子與機(jī)械的跨領(lǐng)域應(yīng)用，里頭包含了關(guān)鍵元件的研發(fā)、先進(jìn)電子系統(tǒng)的整合、全面性的物聯(lián)網(wǎng)布建，更重要的，則是市場應(yīng)用思維的轉(zhuǎn)變，而這一切都有賴整體產(chǎn)官學(xué)研的共同投入，才能讓臺灣的工具機(jī)產(chǎn)業(yè)站穩(wěn)轉(zhuǎn)型的腳步，并進(jìn)一步提升國際的競爭力。

**刊頭圖(source: wiki)