讓工具機學會思考：蔡孟勳教授以AI、數位雙生推動智慧製造

走進現代化工廠，工具機早已不只是依照指令切削金屬的機械設備。當人工智慧（AI）、數位雙生（Digital Twin）與智慧控制技術逐步導入，一部工具機也能預測加工結果、判斷刀具磨耗，甚至主動調整參數。如何讓這些前瞻技術真正走出實驗室、進入產線，正是國立臺灣大學機械工程學系暨研究所特聘教授蔡孟勳長期投入的研究方向。

榮獲國科會2026年傑出研究獎的蔡孟勳教授深耕智慧製造與機電控制二十餘年，研究橫跨工具機與半導體設備、AI CNC控制器及智慧機器人三大領域。他始終抱持一項核心理念：工程研究不能只停留在論文，而要真正成為產業可以使用的技術。

為工具機打造「數位分身」，加工前就能預測結果

製造一個精密零件，看似只是讓刀具按照設定好的路徑移動，背後其實牽涉非常複雜的工程問題。從零件設計、加工路徑、馬達控制，到機械結構、溫度變化、切削作用及機臺本身的幾何誤差，每一個環節都可能影響最後幾微米甚至更細微的加工精度。

蔡孟勳教授的研究團隊因此整合CAD/CAM、CNC插補器、伺服驅動、機械傳動、結構、切削及幾何誤差等不同模型，建立工具機與半導體設備的數位雙生系統。

所謂數位雙生，可以簡單理解成替實體機器建立一個高度擬真的「數位分身」。在真正加工之前，工程師就能透過虛擬模型模擬機臺如何運作，進一步預測加工精度、所需時間及工件表面紋路。

這項技術的重要性，在於能將傳統「加工後才知道結果」的模式，逐步轉變成「加工前先預測」。工程師因而可以提早發現問題、調整設計與製程參數，不但有助於提高精度，也能減少反覆試製所耗費的時間與成本。

近年，蔡孟勳教授更進一步將生成式AI導入電腦輔助製造（CAM），探索自動產生加工程式與加工路徑的可能性，讓AI從過去的分析與預測工具，逐漸成為協助工程師規劃製程的智慧助手。

全臺第一套AI embedded CNC控制器，讓工具機具備「智慧大腦」

如果說工具機是製造現場的「手腳」，那麼CNC控制器就像是它的「大腦」。

傳統CNC控制器主要負責解讀加工程式，精準控制刀具與工作臺的運動；蔡孟勳教授則進一步思考：如果把AI直接放進控制器裡，能不能讓機器自己判斷狀態，甚至主動最佳化加工？

他的團隊因此開發出全臺第一套AI embedded CNC控制器，將溫升補償、參數最佳化及刀具磨耗等AI模型直接內建於控制器。

以溫度為例，工具機長時間高速運轉後，馬達、軸承等零組件產生的熱會造成結構極細微的變形。這種變化肉眼幾乎看不出來，卻可能影響精密零件的加工品質。透過AI模型，控制器可以根據機臺狀態進行分析與補償，降低熱變形造成的加工誤差。

更重要的是，這套技術並非停留在研究原型，而是實際導入商用系統，協助產業開發新一代AI CNC控制器。這也是蔡孟勳教授長期強調「技術落地」的具體成果。

圖說：蔡孟勳教授團隊深耕智慧製造與機電控制技術，研究涵蓋工具機數位雙生、AI CNC控制器及智慧機器人，並將運動控制、精度補償、路徑生成與AI技術導入實際設備，推動研究成果從實驗室走向產業應用。

從工業機器人到生成式AI，讓機器更懂人的需求

蔡孟勳教授的另一項重要研究領域是智慧機器人。

工業機器人要精準完成焊接、研磨、加工或組裝等工作，不只是讓機械手臂「移動到指定位置」這麼簡單。背後還需要處理路徑規劃、運動控制、振動抑制及空間精度補償等問題。

蔡孟勳教授團隊所開發的CAM路徑生成、運動控制核心、振動抑制與空間精度補償技術，已有相關成果實際內建於商用機器人控制器中。

隨著生成式AI快速發展，他也開始將這項技術導入人機互動與機器人路徑生成。未來，操作機器人可能不再需要工程師逐行撰寫複雜程式，而能透過更直覺的方式描述任務，再由AI協助轉換成機器人可以執行的動作與路徑。

這代表智慧機器人的發展正從「精準執行人類指令」，逐漸朝向「理解人類需求並協助完成任務」邁進。

讓研究走進產線，智慧製造才真正產生價值

從數位雙生、AI CNC到智慧機器人，看似是三條不同的技術路線，其實都指向蔡孟勳教授長期追求的同一目標——讓機械設備從自動化進一步走向智慧化，而且真正能被產業使用。

多年來，他透過產學合作將研究成果導入業界，協助企業改善機臺設計與加工精度，並開發具有市場競爭力的新產品。相關成果除發表於重要國際期刊，也獲得產業與工程界肯定，包括兩度獲得臺灣區機器工業同業公會「機械工業產學貢獻獎」，以及中國工程師學會、中國機械工程學會「傑出工程教授獎」等榮譽。

除了研究與產學合作，蔡孟勳教授也長期投入科技政策與人才培育工作，曾擔任國科會自動化學門召集人，目前並擔任國科會專家室工程戰略群組召集人及產學合作計畫機電能源領域召集人，同時主持教育部「智慧製造跨域整合人才培育計畫」辦公室，將多年累積的研究與產學經驗延伸至下一代工程人才培育。

相隔近十年再度獲得國科會「傑出研究獎」，對蔡孟勳教授而言，這份榮耀並非屬於個人。他特別將成果歸功於一路共同投入研究的碩、博士生，以及「智慧機械與機電控制實驗室」團隊，也感謝學校、產業合作夥伴與家人長期以來的支持。

對他而言，研究最大的成就，不只是發表多少論文，而是看到一項技術真正被企業採用，進而變成新的機器、新的控制器與新的產品。

當AI逐漸走進工廠，未來的智慧製造也不只是「機器取代人力」，而是讓設備具備更強的感知、預測、最佳化與互動能力。從替工具機打造數位分身，到把AI直接裝進CNC控制器，再到讓生成式AI協助機器人理解任務，蔡孟勳教授的研究，正一步步讓傳統機械擁有更智慧的「大腦」，也為臺灣智慧製造與精密機械產業開拓新的可能。

參考資料：https://web.nstc.gov.tw/cen/oaa/award_114/Meng-Shiun-Tsai.html