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机械资讯 774期

智慧排屑滤净系统

文/台湾引兴股份有限公司

前言

都说人生是一场马拉松,而不是短跑。对于工具机而言,品质更长效的排屑机解决方案是提高End-User生产利润不可或缺的一部分。但是,End-User通常认为没有什么理由改变他们现有的设备。在本文中,解释了为什么不应低估品质更长效的零组件所带来的好处,尤其是在降低单件成本或增加总产量方面。不可预测的零组件寿命是大规模生产的最大威胁之一,特别是因为其操作高度自动化,并使用了一些世界上最先进的机器人和自动化系统。停机时间非常耗时,会中断生产,而且价格昂贵,因此不言而喻,应该不惜一切代价避免零组件故障。

防屑保护的盔甲,排屑滤净的森林

台湾引兴于1983成立,1985年转型为「工具机伸缩护罩」专业制造厂,成为工具机防屑保护系统及排屑滤净系统的专家,并于1993年创立【Keyarrow】品牌。多年来不仅致力于新产品的开发,更积极研发CSPM同动机构 等多项技术,目前拥有的专利数量计有18国127项,并在2004年将专利、技术及生产模式授权予日本NABELL株式会社。2007年03月起,导入精实生产管理,发展出专属台湾引兴的KAPS(KeyArrow Production System)生产管理系统,以「5S + TPM」为基础,效法TPS(Toyota Production System)的精神,实现「将良品准时送到客户生产线上」的终极目标,朝向零不良及客户零库存的方向持续改善。 连续通过日本设备维护协会(JIPM)TPM优秀赏 A 类(2013年)、TPM优秀继续赏(2015年)审查,是全世界第一家通过审查的伸缩护罩、风琴护罩、排屑机、精密钣金的专业制造厂。2017年完成设计智慧化「不重复错误、一次做对、100%正确率」,利用网页填入参数,即可服务全球的维修市场,是客户从研发到售后服务最强力的后盾。台湾引兴将成为防屑保护的盔甲,排屑滤净的森林!提供整合功能性一次到位的贴近服务,矢志成为机械业的「关键之箭,关键零组件」之世界级领导品牌。
台湾引兴的产品(图1)在工具机的关键零组件占有不可或缺的地位,分别是防屑保护的伸缩护罩、风琴护罩、盔甲护罩,排屑滤净的排屑机、水箱,外观防护的精密钣金,其中本文要跟大家分享的是智能排屑滤净系统。

智能排屑滤净系统功能介绍

智能排屑滤净系统主要由水箱与排屑机组成。水箱主要的功能是储存工具加工所需的切削液,并安装有抽水泵浦,可将切削液抽送到工具机内部进行刀具的冷却与冲屑。排屑机主要的功能是承载工具机加工(车削、铣削、钻孔......)所产生的切屑,并将切屑输送排出工具机之外。又因加工材质与加工不同,所产生的切屑类型也大不相同,有团卷切屑、长型切屑、短卷切屑、细粉切屑......因应切屑种类的多样化,台湾引兴也开发多款排屑机供客户选用。团状切屑、长型切屑可选用链钣式排屑机。短卷切屑与细粉切屑可选用刮钣式、新鼓式排屑机。如若加工制程与加工材质非常多样化,可选用复合式排屑机来解决。
智能排屑滤净系统搭载一智能化模组,肩负处理感测器数据及资料传输功能。在通讯架构上,可依照客户需求选择云端伺服器与地端伺服器进行资料储存与统计分析。连线方式有无线/有线等多种方式供客户进行选择(图2)。同时客户也可透过智慧型手机安装APP来检视智能排屑滤净系统目前的状态(图3)。
智能排屑滤净系统以提升使用者便利性,避免零组件故障为开发目标,并导入感测器与AI人工智慧技术,跨领域整合资讯科技(IT)、操作科技(OT)、通讯科技(CT),让系统状态可视化,并具有异常通知及自我排除异常之功能。目前已开发的功能介绍如下:
(1) 排屑马达负载侦测:即时侦测马达负载,透过AI技术判断排屑是否有卡屑的情况发生。并开发出特定动作顺序可自动排除卡屑状况,进而顺利排出,达到不需要人工排除的便利功能。
(2) 水箱液位侦测:使用数位式液位计,可提供即时水位高度,监控水位的变化达到预知预警之效果。改善传统浮筒机械式水位计因切削液水箱之水质不佳、水中杂物过多造成机构故障,产生误动作之缺点。另有进阶版功能,可藉由MODBUS通讯功能,配合专用阀门达到自动补水之省人化功能,有效降低停机事件的发生(图4)。
(3) 滤网阻塞预测:导入感测器与AI技术来判断滤网阻塞程度。当滤网阻塞程度到中度时,即显示黄灯通知操作者要排程清洁;当阻塞程度到重度时,即显示红灯通知操作者要立即停机清洁(图5)。可避免因水箱滤网阻塞会造成污水区的切削液无法回流,进而造成切削水溢出水箱;甚至帮浦抽不到水,使机器加工精度受到影响或停机。
(4) 切削液PH值侦测:使用数位式PH计来监控切削液的PH值,当PH值低于设定值,提供异常通知的功能,提醒使用者注意切削液已有变化,应尽快进行检查并判断是否需调整或更换切削液(图6)。藉由量化切削液的品质,提供使用者决策所需的数据,可避免切削液酸化造成加工件容易生锈、切削液产生发酸、发臭......等情况。
(5) 铁屑车在位监测:为了使用者的安全及符合ISO、TS、CE等规范,避免使用者被卷入排屑机之风险,台湾引兴在智能排屑机上加装感测器,只要铁屑车被移开,排屑机运转会立即停止,确保人员安全(图7)。
(6) 水箱积屑高度侦测:使用数位式感测器侦测水箱底部积屑,当淤积量达一定程度时,自动送出保养通知,通知操作者要安排清理水箱底部积屑(图8)。因大部分的切削液是不透明乳白色液体,无法直接目视水箱观察底部积屑高度,而且随着淤积量的上升,水箱的容积会下降。此功能可免去需要人工检查与容积下降,需要频繁补充切削液的行为。
(7) 环保节能:使用数位式感测器来侦测切屑排出量,配合智能化模组,来控制排屑机运转速度。此举可以有效提升排屑机零件的运转寿命,并低减切削液被排出的量。
(8) 排屑机链钣松驰侦测:导入振动感测器与AI技术来判断链条有无松弛,避免因操作者忘记巡检或巡检不确实导致未发现链条松弛,又长时间的运转,最终导致轨道快速磨损或传动元件受损。

产品智能化困境的突破

台湾引兴在进行开发智能排屑滤净系统的初期,最主要遭遇的困难是"人才"。从感测项目的选定、感测器选用、感测器布建与资料收集,到最后解读收集的数据背后代表意义。这些步骤看似简单,实则需要不同领域的人才进行高度整合,无法单靠单一领域的工程师来解决面临到的问题。有鉴于此,台湾引兴积极与国内知名大学与法人单位合作,藉由学界扎实的学术能量与法人特色整合互补,来协助台湾引兴进行产品的开发与技术创新。除了提升产品优势,开发过程也同步进行人才培育,让参与相关专案的工程师接触跨领域的知识,训练出跨领域的技术长才。

因应市场接受度与技术趋势的精进

虽然目前的智慧技术趋势朝物联网、云端方面前进,台湾引兴也推出云端智能排屑滤净系统,具备自我感知与机连网功能,其特点之一为感测数据可即时上传到云端,但初推出在End-user端遇到了困难。以目前具规模且有意或已经建置智慧产线的End-user,因公司保密考量,限制所有的资讯连接外网,在此一条件下,云端架构已显然不合乎客户使用。
因此台湾引兴对客户展开一系列的专访,以顾客导向为开发的重点,深入了解客户目前与未来的技术规格与走向,现已开发出结合区域网架构,从通讯架构到资料串接,皆符合客户的需求,目前已有数家工具机厂导入使用。

结论

国际趋势的带动下,工具机智能化势在必行。各大工具机厂纷纷投入智能化的功能开发。以工具机智能化来看,收集机台上各部位的运作状态资讯,经过特定演算法运算后,提供给使用者有效的资讯和行为。若以产业层次来看,机械关键零组件业者,对自身产品的了解程度高,以自身的Domain knowhow(产业知识)来开发智能关键零组件,使产品具自我感知能力,再将相关数据、状态提供给工具机进行整合应用;因此专业分工的模式,除了搭起零组件与工具机的桥梁,更可充分发挥机械关键零组件提供者的角色。观察国内工具机业者对于智能化功能已从技术概念转为实现,并逐渐为终端用户带来实际的效益。智能排屑滤净系统是台湾引兴跨足智慧机械的成果,充分掌握开发智能化关键零组件的流程与方法,期望能为工具机业者提供智能化关键零组件,创造双赢的局面。
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