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机械资讯 723期

台湾工具机暨零组件迈向智慧机械的现况

文/方景亮、陈忠平
精密机械研究发展中心 工具机产业发展处

1.前言

台湾机械工业同业公会副理事长庄大立在2017年台北国际工具机展记者会表示,工具机是制造业的基础,一切的制造业都由工具机开始,制造业对国家经济发展相当重要,因此政府将「智慧机械」与「国防航太」列入五大创新产业,并推动「国机国造」。且已陆续有工具机厂商结盟合作,共同开发制造飞机结构金属件、复材件、发动零件等所需的航太专用设备。加入航空供应链,将成为驱动新一代工具机发展的动力。
我国制造的工具机向来都在水准之上,但只有在产品的性能、精度、可靠度、耐用度必须维持,才能稳健地朝着智慧机器、智慧生产、物联网等方向研发,达到系统「可视化」云端服务运用、「可连结」的系统整合及「智慧化」等创新升级目标,接轨全球市场。
本届工具机展是亚洲第二大专业展览,是展现国内创新产品的最佳舞台。计1,100家厂商参展,使用5,430个摊位,家数及摊位数再创历届新高。本次主题为「工业4.0+、智慧生产」,结合台湾资通讯科技优势与自动化生产技术,展出汽车、航太等级的五轴加工机、智慧机械及生产线等,提供工业4.0的完整解决方案(Total solution),以降低成本、提升生产力及附加价值。
2017年「工具机研究发展创新产品竞赛」也随者本次机展举行,竞赛项目共有四项,包括「综合加工机类」、「CNC车床类」、「其他数控工具机类」及「数控工具机关键零组件类」,计40家厂商43件作品参加竞赛。呼应本届主题「工业4.0+、智慧生产」,智慧化与实用性是本次评选新列的评选标准,本篇针对工具机暨零组件智慧机械发展状况摘要说明。

2.工具机厂智慧机械发展现况

根据2016年日本JIMTOF展国外指标厂智能化项目,汇整本次机展国内智能化功能,如下表。其他具智慧化呈现的工具机厂还包括,和和、合济、亚太菁英、钜业、永诠、奕达、哈廷等。

2.1 永进机械

永进机械以【智慧五轴铣车复合加工机】获本届竞赛特优奖。该机台针对航太产业应用,结合自制「iPros MX智能化生产作业系统」,呈现软硬体虚实整合的机台设计概念,透过高刚性门型结构设计结合高扭力五轴工作台,以独创的整机机体冷却技术、满足高精度与高耐用需求;具创新研发整机结构热抑制、热补偿及切削颤振等智慧化功能与智慧化主轴,并开发自主开发智慧化生产管理系统、发展从单机导入智慧工厂物联网功能,并透过智能化的操作系统多项APP软体功能,提供使用者智慧化与实用性操作感受,运用智慧化技术,达到高效率、高复杂加工。
(1) 智慧主轴与进给轴:内建自制研发的加速规与温度感测器,具健康预知诊断功能。
(2) 智慧加工方面:具适应性调整及颤振回避功能,提升效率与品质。
(3) 智慧管理:藉由i-Direct平台,与企业资源规划(ERP)的排程相结合,进行零件生产管理。

2.2 东台精机

东台精机【摆头卧式五轴加工机】,获本届综合加工机类优等奖,也获得本年度台湾精品奖。该机台应用在航太产业的难切削材(钛合金、镍基合金)的加工,东台精机已建构智慧制造系统(TIMS)、整线管理(TLM)、高效率加工程式iMachine等。
东台智慧制造发展策略就像章鱼,有两套神经系统,三颗心脏、五亿个感测元件与七手八。东台精机TIMS智能制造系统,包括生产管理、智能监控、刀具管理、工件管理及维修管理,并有其相对应的APP软体,如稼动率统计、刀具寿命管理、切削振颤回避等,提升其产品之附加价值。东台整线管理(TLM)具6大功能,包括机台即时状态、稼动率查询、稼动率统计、操作履历纪录、警报履历纪录及CNC加工程式上下传。

2.3 友嘉集团

友嘉集团致力投入智慧机械发展,并结合重要全球伙伴进行策略合作,包括:日本发那科(FANUC)、德国西门子(Siemens)、德国库卡(KUKA)、德国博士(BOSCH)、德国思爱普(SAP)、美国洛克威尔(Rockwell Automation)、奥地利贝加莱(B&R)、法国达梭(Dassault Systemes)、美国微软(Microsoft)及国内台达电(Delta)、宏达电(hTC)、台湾宏碁(Acer)等。
友嘉以全球第三大工具机厂之姿,于本次展览呈现包括四大主轴呈现:
(1) 智慧工厂战情室,可即时连结世界各地工厂,使高阶主管轻易掌握全球工厂状况,展会中即时连线集团欧洲、中国杭州及台湾各厂。
(2) 万机联网平台,展示友嘉集团、远传电信和微软合作的「万机联网云端图控系统」。
(3) 虚拟工厂整厂输出,由友嘉集团和达梭针对未来工厂规划设计,与hTC合作的虚拟工厂模拟体验,提供客户整厂输出解决方案,使客户于建厂规划时就能完整体会智慧工厂整厂输出解决方案。
(4) 6条智慧机械自动化生产线,包括智动化科专自动化示范线、FSK (FFG-Siemens-Kuka)自动化示范线、友嘉VMP自动化示范线、丽伟涡轮增压器自动示范线、众程高精密平面磨床自动化示范线与3D齿雕示范线。

2.4 协鸿工业

本次机展展出了2台高性能的智慧机械及智能化与自动化生产线各1条,并串成机联网,可进行MES、可视化与中央监控管理。协鸿跨入工业4.0的四大进阶历程,以智慧工厂(i-Factory)为大架构,自制智慧控制器(Hartrol Plus)与超精细加工技术、智慧机械、自动化解决方案与智慧工厂完整呈现。
协鸿与三菱控制器为策略合作伙伴,在合作的基础上,协助协鸿开发各项软体APP,呈现其产品附加价值与差异性,提供客户专属的服务。
另外在高精度加工机上的内藏式主轴,已具有智慧诊断、补偿、平衡及保护的功能,提供主轴的安全保护,提升主轴加工精度及减少停机时间。

2.5 达佛罗

达佛罗的五轴加工机可即时监控机械状况(包括:主轴、进给、工作台等),经检知组件或元件的品质劣化(寿命预测及老化预警),设计在二星期前就由机械自动发出通报予用户和制造端;可进行事先约定时间,并在不影响加工的状态下检修。机台置入自我学习功能的智慧化控制,使机台在运转中,经常保持在最佳的切削状态,可节省工时20%。
达佛罗发展主轴智慧型补偿,符合工业4.0需求与导入热强健式(Thermal Robust)轴承等特点。达佛罗智慧补偿包括:主轴振动监控(Spindle Vibration Supervision,SVS)与刀尖位移控制(Tool-tip Positioning Control),主轴振动监控系统可依据振动值,及早诊断主轴工作状况,并给予警示信息,同时调整转速或停止主轴运转,用以保护主轴。而刀尖位移控制由位移感测器与温度感测器补偿温升变形量。藉由这两种感测器的混合搭配,有效提升补偿效能,符合高速切削与高精密的应用需求。

2.6 远东机械

远东机械【自动化铝轮圈生产线】获得本次竞赛CNC车床类优等奖,也是机械公会智慧机械产学研委员会推出12家智慧机械的示范厂之一。自动化铝轮圈生产线有8项智慧制造的元素包括:毛胚入料全检系统、二次视觉定位系统、视觉毛胚定位系统、雷射雕刻机系统、AVM自动虚拟量测系统、视觉量测系统、雷射测量系统、量测数值回馈补正系统。
其特色为铝轮圈产出后可自动同步完成品质与精度的量测,而所量测出的数据也会同步传送至云端储存,将数据作为往后参考值;也可同时将部份纪录发送给特定人员或客户,及时监控生产流程;储存后的资料可应用于生产时的即时的刀具补偿作用,以维持产品的高品质及高稳定性,所有程序都会在车削时间内同步完成,大幅减少以往工时。

3.机械零组件厂智慧化发展现况

过去国内工具机带动机械零组件产业发展,近年机械零组件厂商已纷纷切入国外工具机大厂供应链,俨然成为不可或缺的角色,也很快嗅到工业4.0发展的风向球,包括上银在2015年EMO展展出智慧型滚珠螺杆及线性滑轨系统,其他厂商也在本次展览纷纷呈现其成果。除下述厂商外,其他发展智慧化零组件厂商包括:新代、北钜、矩将、恩德、远瞻等。

3.1吉辅企业

吉辅【智能化矩阵刀仓系统】获得本届数值控制关键零组件组佳作。刀仓结构中导入了3项感测功能,包括:预知钻头断刀检测系统、十字滑座移动精准智慧配速系统及智慧配速式换刀系统。「断刀检测」是透过长度感测,只要钻攻刀的长度差异大于0.1mm就会显示警告讯息,以预防刀具断裂造成加工成品的报废与不良,达到失效管理的目的,此方法相对于CCD影像摄影,成本较低实用性高。十字滑座取刀机构具备智能配速移动功能,可根据对每件刀具电流值负载率的感测,判断出刀具轻重,再进行三段式的配速移动。在「大数据」概念下,截取换刀时序周期的电流负载波形曲线,进行差异比较,达到换刀机构的预知保养与失效管理,并确保其使用寿命。

3.2哈伯精密

哈伯【CO2雪花之低温冷却机】获得本届数值控制关键零组件组佳作。该产品结合软硬体创新设计,具切削经验智慧记忆功能、切削关键处温度感测及回馈功能、自动调节CO2喷射条件增进精密温控、具备CO2容量侦测与警示机能、零件寿命管理机能、藉由Ethernet通讯功能,可远端监控,更能容易扩展利用手机APP等。适合使用的难切削加工材包含镍基合金、钛基合金等。

3.3研华宝元

台达电子本次以「工具机联网自动化加工整合方案」为诉求,展现多项自动化和CNC技术、制造执行系统(MES)、设备管理系统与联网技术等,展现智能制造软、硬实力。台达电子控制器及机器手臂和子公司羽冠的制造执行系统(MES)整合,实现机台自动化、数位化、机联网未来智能制造。

4.结语

协助终端产业成为智慧制造及智慧生产,是国内工具机厂发展的方向。近年在政府推动智慧自动化及生产力4.0示范场域的建置与推广,及机械公会推动发展各种智慧机械,包括:车床、综合加工机、纺织机械、塑橡胶机械、制鞋机械、齿轮加工机、带锯机、放电加工、吹瓶机、油压成型等。我国机械产业已逐渐体认,智慧机械是提高产品附加价值与链结客户最好的途径;未来会有更多的跨域合作及人才需求是当前刻不容缓的课题。
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