整機系統廠(chǎng)商全面管控 刀具監測促進(jìn)以終為始

基于工業(yè)4.0理念近年來(lái)已逐步落實(shí)于產(chǎn)業(yè)鏈，對于影響切削加工質(zhì)量和生產(chǎn)力最前端的刀具監測者，除了End user之外，也陸續向上延伸到系統整合（SI）、工具機制造（Maker）廠(chǎng)商。尤其是未來(lái)新興產(chǎn)品朝向個(gè)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(dòng)化，帶動(dòng)車(chē)銑復合加工機和零組件、周邊自動(dòng)化設備需求水漲船高。
 
根據國際工具機大廠(chǎng)DMG MORI曾分析現今制造業(yè)市場(chǎng)趨勢，認為除了受到少子高齡化社會(huì )影響，將導致勞動(dòng)人力短缺，加速機械人工智能化（AI）之外，此也有助于解決過(guò)去因為量產(chǎn)汽車(chē)、馬達轉軸等零組件生產(chǎn)型態(tài)多元，必須結合車(chē)、銑與鉆削等多站機臺和工序分離（Process Segregation）模式加工，每日產(chǎn)能約達到100~1,000件，卻造成占地空間太大等問(wèn)題，而開(kāi)始轉型為高效率智能制造生產(chǎn)。

改用車(chē)銑復合加工機來(lái)分別因應未來(lái)航天與醫療產(chǎn)業(yè)，若采取工序整合（Process Integration）模式來(lái)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?chē)與3C產(chǎn)業(yè)，仰賴(lài)高度自動(dòng)化（Hyper Automation）與智能管理模塊，可在極短交期內，每日批量高效生產(chǎn)5,000件以上產(chǎn)品，從而提升整廠(chǎng)產(chǎn)能的兩極化方向發(fā)展。


 
圖1 : 為了轉型高效率智能制造，近年來(lái)業(yè)者改用車(chē)銑復合加工機，以因應未來(lái)航天與醫療產(chǎn)業(yè)采取工序整合，或是汽車(chē)與3C產(chǎn)業(yè)的高度自動(dòng)化生產(chǎn)，朝向兩極化趨勢。（source：PMC）

精機中心AI刀具智能管理系統　整合刀倉與刀塔自動(dòng)換刀
精密機械研究發(fā)展中心（PMC）也趁勢協(xié)助業(yè)界，轉型智能制造生產(chǎn)，透過(guò)科專(zhuān)計劃協(xié)助開(kāi)發(fā)能同時(shí)完成單機多道工序整合、高度自動(dòng)化加工的斜背式多刀塔車(chē)銑復合加工機，得以減少加工站數量；進(jìn)而整合自動(dòng)化與智能管理模塊，執行高效生產(chǎn)解決方案，來(lái)實(shí)現24/7不間斷自動(dòng)化加工。

其中，有別于傳統動(dòng)力刀塔，最多僅能裝配16把刀或4刀塔的64把刀，常導致依序加工使用的刀具常受限于備用品不足，或磨耗過(guò)度后須停機換刀。PMC智慧機械設計部經(jīng)理林成興指出，雖然現今臺灣一般市售車(chē)銑復合加工機均有搭配伺服動(dòng)力刀塔，卻不具備自動(dòng)松/拉刀把的功能，導致所有刀具的上下替換皆須仰賴(lài)人力，而影響生產(chǎn)效能，有必要開(kāi)發(fā)一套具備松/拉刀把機構，可自動(dòng)換刀的動(dòng)力刀塔設計模塊，讓用戶(hù)選擇搭配外部刀倉與自動(dòng)換刀機構的連結作動(dòng)，快速替換刀具。

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

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

經(jīng)由上位AI刀倉智能管理系統通過(guò)實(shí)體I/O交握通訊，整合車(chē)銑復合加工機在自動(dòng)刀倉、動(dòng)力刀塔的刀具位置等信息，更有效率應用產(chǎn)在線(xiàn)的所有刀具。進(jìn)而按照產(chǎn)線(xiàn)排單生產(chǎn)需求，透過(guò)不同算法運算、規劃排程工序，實(shí)時(shí)反應今日排程、工件是否無(wú)誤，并調配刀具使用。

林成興表示，透過(guò)在線(xiàn)監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(lèi)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(wú)法用到下一次工序時(shí)，須及時(shí)替換或遞補更新備用刀。藉此軟硬整合手段，將有效提高刀具使用率、減少停機，讓產(chǎn)線(xiàn)達到24/7不間斷生產(chǎn)，為客戶(hù)提升設備整體稼動(dòng)率OEE等價(jià)值。

且為此開(kāi)發(fā)車(chē)銑復合機換刀系統，具備自動(dòng)松/拉刀把功能，同時(shí)整合BMT接口動(dòng)力刀塔系統與松、拉刀機構設計，與刀塔高度整合，利用切削主軸馬達提供松刀動(dòng)力，以進(jìn)行刀把自動(dòng)取放、裝卸的專(zhuān)利動(dòng)力刀塔系統，避免額外裝置松刀用油壓缸，減少空間干涉，且軸承無(wú)需承受油壓缸推力；以及HSK接口可換刀動(dòng)力刀座、拉刀機構設計等，來(lái)實(shí)現外部刀倉的自動(dòng)刀把交換功能，將大幅擴充刀具用數量。

透過(guò)高效率自動(dòng)換刀作業(yè)，搭配外部刀倉系統的刀具，與自動(dòng)換刀機構的連結作動(dòng)，讓加工用的刀具不受限于刀塔端，從而減少人員換刀時(shí)間，毋須仰賴(lài)人工操作。無(wú)論新舊車(chē)銑復合加工機都能實(shí)現不間斷自動(dòng)排程換刀生產(chǎn)，執行彈性多樣的工序加工和連續生產(chǎn)目標。


 
圖3 : 透過(guò)高效率自動(dòng)換刀作業(yè)，搭配外部刀倉系統，最多可增加放置20把刀以上加工或備用刀具，與自動(dòng)換刀機構的連結作動(dòng)，從而減少人員換刀時(shí)間，毋須仰賴(lài)人工操作。（source：dmgmori.co.jp）

達詳智能刀具管理系統　實(shí)現金屬加工自動(dòng)化
當傳統金屬加工業(yè)面臨疫情沖擊和通膨隱憂(yōu)，以及航天、電動(dòng)車(chē)等高值新興產(chǎn)業(yè)崛起，皆造成全球供應鏈轉型升級與人力不足等多重挑戰，紛紛調整傳統生產(chǎn)模式，積極轉型智能制造以保有競爭力。

尤其是在加工過(guò)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(wèn)題。過(guò)去主要透過(guò)人工定義刀具壽命，再行抄寫(xiě)記錄、儲存，用來(lái)推演所需刀具數量與種類(lèi)，無(wú)形中會(huì )增加人工成本，且無(wú)法避免出現拿錯刀、缺刀等失誤，造成浪費和庫存壓力。

即使刀具確實(shí)損壞，發(fā)生撞刀或斷刀后停機，再重新?lián)Q刀、補正設定的時(shí)間就會(huì )延遲，甚至拖累設備稼動(dòng)率。一般現場(chǎng)操作人員來(lái)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(wú)法判斷真實(shí)性，只能被動(dòng)補充刀具來(lái)避免耽誤工作，皆將導致成本難以控制，為現場(chǎng)操作人員及業(yè)主最不樂(lè )見(jiàn)。

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(huì )是相當迫切的課題。達詳自動(dòng)化公司則可扮演系統整合商角色，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、AS/RS自動(dòng)倉儲系統等自動(dòng)化整合服務(wù)。

現也透過(guò)達詳自主開(kāi)發(fā)的DSA專(zhuān)利智能刀具管理系統，有別于現今市面上既有刀具管理系統和存放設備，共由「DS智能刀具庫」+「DS智能刀具車(chē)」+「DS刀具管理系統」3個(gè)面向全方位智能整合軟硬件設計而成，以協(xié)助使用者正確選用刀具、紀錄刀具使用歷程，并藉此自動(dòng)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(guò)系統在現場(chǎng)換刀時(shí)，自動(dòng)輸入補正值到加工設備，而避免人為輸入錯誤，導致撞刀；具備自動(dòng)配置所需刀具到刀具車(chē)內功能，可搭載達詳獨家設計DS智能刀具車(chē)為主的AGV自動(dòng)搬運系統，將所需刀具自動(dòng)運送配置到機臺邊，再利用Wi-Fi與工具機交換數據。


 
圖4 : 由于車(chē)銑復合加工機在加工過(guò)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(huì )是相當迫切的課題。（source：sme.org）

透過(guò)RFID辨識技術(shù)同時(shí)整合刀具庫和刀具管理系統，搭配磁鎖式刀具的互鎖換刀機制、云端化智能系統管理的換刀流程，整合數據庫的刀具履歷和庫存狀況等信息，使得系統能比對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、節省尋刀時(shí)間，得以有效協(xié)助客戶(hù)解決庫存及成本管控的問(wèn)題。

該刀具管理系統利用數據庫管理技術(shù)，同時(shí)監控刀庫、刀具車(chē)及工具機內所有刀具的信息和狀態(tài)，透過(guò)分析管理各項數據而有系統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，控管采購需求數量和整體加工成本。

讓業(yè)主既可結合現有訂單，經(jīng)由達詳自行設計的SMB系統，搜集各項設備信息和APP/WEB友善的用戶(hù)接口呈現，來(lái)了解未來(lái)1~2個(gè)月內生產(chǎn)所需刀具；并搭配DSA云端智能刀具管理系統配送，可從遠程實(shí)時(shí)監看而掌握現場(chǎng)機臺狀況，結合量刀系統預先紀錄補正值。

此從SMB導入到刀具管理系統的運用，都在體現智慧工廠(chǎng)可真正幫助客戶(hù)落實(shí)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(dòng)化系統等軟硬件完善整合，更能按照客戶(hù)需求和預算去協(xié)助評估與規劃，實(shí)現當下智能制造帶來(lái)的產(chǎn)能與效益目標，解決多數傳統產(chǎn)業(yè)轉型的困境，緩解工具機產(chǎn)業(yè)長(cháng)期缺工問(wèn)題。

結語(yǔ)

自從2018年以來(lái)，中國臺灣機械業(yè)雖然受惠于地緣政治導致供應鏈沖突，導致供應鏈重組；以及因疫情促成遠距作業(yè)、企業(yè)數字轉型等需求，與電動(dòng)車(chē)等新興科技持續擴張，伴隨半導體、電子設備出口商機。

但下半年則面臨俄烏戰火波及，造成能源、原物料通膨危機和供應鏈瓶頸，產(chǎn)學(xué)研各界仍應積極改善產(chǎn)業(yè)體質(zhì)，包括上中游工具機及自動(dòng)化設備、系統整合等廠(chǎng)商，須積極投入開(kāi)發(fā)車(chē)銑復合加工機等機種，同時(shí)導入周邊刀具智能管理系統，藉以提升設備稼動(dòng)率、確保穩定質(zhì)量與訂單交期，將是轉型成敗與否的一大關(guān)鍵！