整機(jī)系統(tǒng)廠商全面管控 刀具監(jiān)測促進(jìn)以終為始

基于工業(yè)4.0理念近年來已逐步落實于產(chǎn)業(yè)鏈，對于影響切削加工質(zhì)量和生產(chǎn)力最前端的刀具監(jiān)測者，除了End user之外，也陸續(xù)向上延伸到系統(tǒng)整合（SI）、工具機(jī)制造（Maker）廠商。尤其是未來新興產(chǎn)品朝向個性化、客制化訂制方向發(fā)展，相關(guān)制程也須不斷進(jìn)行工序整合、高度自動化，帶動車銑復(fù)合加工機(jī)和零組件、周邊自動化設(shè)備需求水漲船高。
 
根據(jù)國際工具機(jī)大廠DMG MORI曾分析現(xiàn)今制造業(yè)市場趨勢，認(rèn)為除了受到少子高齡化社會影響，將導(dǎo)致勞動人力短缺，加速機(jī)械人工智能化（AI）之外，此也有助于解決過去因為量產(chǎn)汽車、馬達(dá)轉(zhuǎn)軸等零組件生產(chǎn)型態(tài)多元，必須結(jié)合車、銑與鉆削等多站機(jī)臺和工序分離（Process Segregation）模式加工，每日產(chǎn)能約達(dá)到100~1,000件，卻造成占地空間太大等問題，而開始轉(zhuǎn)型為高效率智能制造生產(chǎn)。

改用車銑復(fù)合加工機(jī)來分別因應(yīng)未來航天與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，若采取工序整合（Process Integration）模式來提高生產(chǎn)效率，以每日產(chǎn)能約1~10件生產(chǎn)多樣少量、客制化產(chǎn)品?；蚴侨缙嚺c3C產(chǎn)業(yè)，仰賴高度自動化（Hyper Automation）與智能管理模塊，可在極短交期內(nèi)，每日批量高效生產(chǎn)5,000件以上產(chǎn)品，從而提升整廠產(chǎn)能的兩極化方向發(fā)展。


 
圖1 : 為了轉(zhuǎn)型高效率智能制造，近年來業(yè)者改用車銑復(fù)合加工機(jī)，以因應(yīng)未來航天與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)采取工序整合，或是汽車與3C產(chǎn)業(yè)的高度自動化生產(chǎn)，朝向兩極化趨勢。（source：PMC）

精機(jī)中心AI刀具智能管理系統(tǒng)　整合刀倉與刀塔自動換刀
精密機(jī)械研究發(fā)展中心（PMC）也趁勢協(xié)助業(yè)界，轉(zhuǎn)型智能制造生產(chǎn)，透過科專計劃協(xié)助開發(fā)能同時完成單機(jī)多道工序整合、高度自動化加工的斜背式多刀塔車銑復(fù)合加工機(jī)，得以減少加工站數(shù)量；進(jìn)而整合自動化與智能管理模塊，執(zhí)行高效生產(chǎn)解決方案，來實現(xiàn)24/7不間斷自動化加工。

其中，有別于傳統(tǒng)動力刀塔，最多僅能裝配16把刀或4刀塔的64把刀，常導(dǎo)致依序加工使用的刀具常受限于備用品不足，或磨耗過度后須停機(jī)換刀。PMC智慧機(jī)械設(shè)計部經(jīng)理林成興指出，雖然現(xiàn)今臺灣一般市售車銑復(fù)合加工機(jī)均有搭配伺服動力刀塔，卻不具備自動松/拉刀把的功能，導(dǎo)致所有刀具的上下替換皆須仰賴人力，而影響生產(chǎn)效能，有必要開發(fā)一套具備松/拉刀把機(jī)構(gòu)，可自動換刀的動力刀塔設(shè)計模塊，讓用戶選擇搭配外部刀倉與自動換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)作動，快速替換刀具。

PMC便為此開發(fā)AI刀具智能管理系統(tǒng)，整合刀具信息并控制機(jī)臺和刀倉換刀，進(jìn)行高效率生產(chǎn)刀具管理?？稍谟脩魧?dǎo)入自動刀倉系統(tǒng)后，視需求增加放置20把刀以上加工或備用刀具。并在刀具取放處設(shè)計安裝RFID讀取天線，當(dāng)取放刀把入/出庫時，系統(tǒng)可同步讀取刀把信息實時管理；采用模塊化刀架設(shè)計，也可替換單一刀具，能有效降低維護(hù)成本。

 
圖2 : PMC為此開發(fā)AI刀具智能管理系統(tǒng)，整合刀具信息并控制機(jī)臺和刀倉換刀，進(jìn)行高效率生產(chǎn)刀具管理。（source：PMC）

經(jīng)由上位AI刀倉智能管理系統(tǒng)通過實體I/O交握通訊，整合車銑復(fù)合加工機(jī)在自動刀倉、動力刀塔的刀具位置等信息，更有效率應(yīng)用產(chǎn)在線的所有刀具。進(jìn)而按照產(chǎn)線排單生產(chǎn)需求，透過不同算法運算、規(guī)劃排程工序，實時反應(yīng)今日排程、工件是否無誤，并調(diào)配刀具使用。

林成興表示，透過在線監(jiān)控有效管理其刀具履歷、刀具占用率、空閑率、替換率，記錄刀具磨耗狀態(tài)，并利用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LSTM精確估測智能刀具壽命可用率等相關(guān)信息，倘若無法用到下一次工序時，須及時替換或遞補(bǔ)更新備用刀。藉此軟硬整合手段，將有效提高刀具使用率、減少停機(jī)，讓產(chǎn)線達(dá)到24/7不間斷生產(chǎn)，為客戶提升設(shè)備整體稼動率OEE等價值。

且為此開發(fā)車銑復(fù)合機(jī)換刀系統(tǒng)，具備自動松/拉刀把功能，同時整合BMT接口動力刀塔系統(tǒng)與松、拉刀機(jī)構(gòu)設(shè)計，與刀塔高度整合，利用切削主軸馬達(dá)提供松刀動力，以進(jìn)行刀把自動取放、裝卸的專利動力刀塔系統(tǒng)，避免額外裝置松刀用油壓缸，減少空間干涉，且軸承無需承受油壓缸推力；以及HSK接口可換刀動力刀座、拉刀機(jī)構(gòu)設(shè)計等，來實現(xiàn)外部刀倉的自動刀把交換功能，將大幅擴(kuò)充刀具用數(shù)量。

透過高效率自動換刀作業(yè)，搭配外部刀倉系統(tǒng)的刀具，與自動換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)作動，讓加工用的刀具不受限于刀塔端，從而減少人員換刀時間，毋須仰賴人工操作。無論新舊車銑復(fù)合加工機(jī)都能實現(xiàn)不間斷自動排程換刀生產(chǎn)，執(zhí)行彈性多樣的工序加工和連續(xù)生產(chǎn)目標(biāo)。


 
圖3 : 透過高效率自動換刀作業(yè)，搭配外部刀倉系統(tǒng)，最多可增加放置20把刀以上加工或備用刀具，與自動換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)作動，從而減少人員換刀時間，毋須仰賴人工操作。（source：dmgmori.co.jp）

達(dá)詳智能刀具管理系統(tǒng)　實現(xiàn)金屬加工自動化
當(dāng)傳統(tǒng)金屬加工業(yè)面臨疫情沖擊和通膨隱憂，以及航天、電動車等高值新興產(chǎn)業(yè)崛起，皆造成全球供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型升級與人力不足等多重挑戰(zhàn)，紛紛調(diào)整傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，積極轉(zhuǎn)型智能制造以保有競爭力。

尤其是在加工過程中須要大量使用各種不同刀具，所以產(chǎn)生刀具存放與管理的問題。過去主要透過人工定義刀具壽命，再行抄寫記錄、儲存，用來推演所需刀具數(shù)量與種類，無形中會增加人工成本，且無法避免出現(xiàn)拿錯刀、缺刀等失誤，造成浪費和庫存壓力。

即使刀具確實損壞，發(fā)生撞刀或斷刀后停機(jī)，再重新?lián)Q刀、補(bǔ)正設(shè)定的時間就會延遲，甚至拖累設(shè)備稼動率。一般現(xiàn)場操作人員來領(lǐng)刀或換刀的理由，通常也是刀具受損或遺失，但刀具管理人員無法判斷真實性，只能被動補(bǔ)充刀具來避免耽誤工作，皆將導(dǎo)致成本難以控制，為現(xiàn)場操作人員及業(yè)主最不樂見。

因此，如何有效管理庫存水位與減少浪費，還能正確選配刀具而避免耗損，對于終端加工生產(chǎn)者會是相當(dāng)迫切的課題。達(dá)詳自動化公司則可扮演系統(tǒng)整合商角色，提供金屬制造業(yè)所需智能制造解決方案，包含精鑄、砂鑄、壓鑄，以及工業(yè)機(jī)器人、拋光研磨后處理制程，與智能刀具管理、AI智能制造系統(tǒng)、AS/RS自動倉儲系統(tǒng)等自動化整合服務(wù)。

現(xiàn)也透過達(dá)詳自主開發(fā)的DSA專利智能刀具管理系統(tǒng)，有別于現(xiàn)今市面上既有刀具管理系統(tǒng)和存放設(shè)備，共由「DS智能刀具庫」+「DS智能刀具車」+「DS刀具管理系統(tǒng)」3個面向全方位智能整合軟硬件設(shè)計而成，以協(xié)助使用者正確選用刀具、紀(jì)錄刀具使用歷程，并藉此自動判斷刀具狀態(tài)而提高生產(chǎn)效率，不僅有效控管刀具庫存及成本，也減少加工失誤的風(fēng)險。

藉此讓業(yè)主除了可透過系統(tǒng)在現(xiàn)場換刀時，自動輸入補(bǔ)正值到加工設(shè)備，而避免人為輸入錯誤，導(dǎo)致撞刀；具備自動配置所需刀具到刀具車內(nèi)功能，可搭載達(dá)詳獨家設(shè)計DS智能刀具車為主的AGV自動搬運系統(tǒng)，將所需刀具自動運送配置到機(jī)臺邊，再利用Wi-Fi與工具機(jī)交換數(shù)據(jù)。


 
圖4 : 由于車銑復(fù)合加工機(jī)在加工過程中須要大量使用各種不同刀具，該如何有效管理庫存水位與減少浪費，還能正確選配刀具而避免耗損，對于終端加工生產(chǎn)者會是相當(dāng)迫切的課題。（source：sme.org）

透過RFID辨識技術(shù)同時整合刀具庫和刀具管理系統(tǒng)，搭配磁鎖式刀具的互鎖換刀機(jī)制、云端化智能系統(tǒng)管理的換刀流程，整合數(shù)據(jù)庫的刀具履歷和庫存狀況等信息，使得系統(tǒng)能比對RFID，限制人員領(lǐng)或換刀行為，避免刀具遺失或者上錯刀的情形發(fā)生；進(jìn)而管控刀具庫存、節(jié)省尋刀時間，得以有效協(xié)助客戶解決庫存及成本管控的問題。

該刀具管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，同時監(jiān)控刀庫、刀具車及工具機(jī)內(nèi)所有刀具的信息和狀態(tài)，透過分析管理各項數(shù)據(jù)而有系統(tǒng)化管理刀具庫存水位，并建立刀具履歷，進(jìn)一步與AI技術(shù)整合，計算出最佳建議刀具，控管采購需求數(shù)量和整體加工成本。

讓業(yè)主既可結(jié)合現(xiàn)有訂單，經(jīng)由達(dá)詳自行設(shè)計的SMB系統(tǒng)，搜集各項設(shè)備信息和APP/WEB友善的用戶接口呈現(xiàn)，來了解未來1~2個月內(nèi)生產(chǎn)所需刀具；并搭配DSA云端智能刀具管理系統(tǒng)配送，可從遠(yuǎn)程實時監(jiān)看而掌握現(xiàn)場機(jī)臺狀況，結(jié)合量刀系統(tǒng)預(yù)先紀(jì)錄補(bǔ)正值。

此從SMB導(dǎo)入到刀具管理系統(tǒng)的運用，都在體現(xiàn)智慧工廠可真正幫助客戶落實高效管理與生產(chǎn)，還能搭配DS智能刀具管理、SCADA、MES或是自動化系統(tǒng)等軟硬件完善整合，更能按照客戶需求和預(yù)算去協(xié)助評估與規(guī)劃，實現(xiàn)當(dāng)下智能制造帶來的產(chǎn)能與效益目標(biāo)，解決多數(shù)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的困境，緩解工具機(jī)產(chǎn)業(yè)長期缺工問題。

結(jié)語

自從2018年以來，中國臺灣機(jī)械業(yè)雖然受惠于地緣政治導(dǎo)致供應(yīng)鏈沖突，導(dǎo)致供應(yīng)鏈重組；以及因疫情促成遠(yuǎn)距作業(yè)、企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型等需求，與電動車等新興科技持續(xù)擴(kuò)張，伴隨半導(dǎo)體、電子設(shè)備出口商機(jī)。

但下半年則面臨俄烏戰(zhàn)火波及，造成能源、原物料通膨危機(jī)和供應(yīng)鏈瓶頸，產(chǎn)學(xué)研各界仍應(yīng)積極改善產(chǎn)業(yè)體質(zhì)，包括上中游工具機(jī)及自動化設(shè)備、系統(tǒng)整合等廠商，須積極投入開發(fā)車銑復(fù)合加工機(jī)等機(jī)種，同時導(dǎo)入周邊刀具智能管理系統(tǒng)，藉以提升設(shè)備稼動率、確保穩(wěn)定質(zhì)量與訂單交期，將是轉(zhuǎn)型成敗與否的一大關(guān)鍵！