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(duì)于影響切削加工質(zhì)量和生產(chǎn)力最前端的刀具監(jiān)測(cè)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(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)車銑復(fù)合加工機(jī)和零組件、周邊自動(dòng)化設(shè)備需求水漲船高。
 
根據(jù)國(guó)際工具機(jī)大廠DMG MORI曾分析現(xiàn)今制造業(yè)市場(chǎng)趨勢(shì)，認(rèn)為除了受到少子高齡化社會(huì)影響，將導(dǎo)致勞動(dòng)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?yàn)榱慨a(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(tái)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(lái)分別因應(yīng)未來(lái)航天與醫(yī)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。或是如汽車與3C產(chǎn)業(yè)，仰賴高度自動(dòng)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(lái)業(yè)者改用車銑復(fù)合加工機(jī)，以因應(yīng)未來(lái)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(dòng)化生產(chǎn)，朝向兩極化趨勢(shì)。（source：PMC）

精機(jī)中心AI刀具智能管理系統(tǒng)　整合刀倉(cāng)與刀塔自動(dòng)換刀
精密機(jī)械研究發(fā)展中心（PMC）也趁勢(shì)協(xié)助業(yè)界，轉(zhuǎn)型智能制造生產(chǎn)，透過科專計(jì)劃協(xié)助開發(fā)能同時(shí)完成單機(jī)多道工序整合、高度自動(dòng)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(dòng)化與智能管理模塊，執(zhí)行高效生產(chǎn)解決方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)24/7不間斷自動(dòng)化加工。

其中，有別于傳統(tǒng)動(dòng)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(jì)部經(jīng)理林成興指出，雖然現(xiàn)今臺(tái)灣一般市售車銑復(fù)合加工機(jī)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(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(dòng)換刀的動(dòng)力刀塔設(shè)計(jì)模塊，讓用戶選擇搭配外部刀倉(cāng)與自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)作動(dòng)，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(tái)和刀倉(cāng)換刀，進(jìn)行高效率生產(chǎn)刀具管理。可在用戶導(dǎo)入自動(dòng)刀倉(cāng)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(jì)安裝RFID讀取天線，當(dāng)取放刀把入/出庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)可同步讀取刀把信息實(shí)時(shí)管理；采用模塊化刀架設(shè)計(jì)，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(tái)和刀倉(cāng)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(cāng)智能管理系統(tǒng)通過實(shí)體I/O交握通訊，整合車銑復(fù)合加工機(jī)在自動(dòng)刀倉(cāng)、動(dòng)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(yùn)算、規(guī)劃排程工序，實(shí)時(shí)反應(yīng)今日排程、工件是否無(wú)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(cè)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(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(dòng)率OEE等價(jià)值。

且為此開發(fā)車銑復(fù)合機(jī)換刀系統(tǒng)，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(tǒng)與松、拉刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，與刀塔高度整合，利用切削主軸馬達(dá)提供松刀動(dòng)力，以進(jìn)行刀把自動(dòng)取放、裝卸的專利動(dòng)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(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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)外部刀倉(cāng)的自動(dòng)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(dòng)換刀作業(yè)，搭配外部刀倉(cāng)系統(tǒng)的刀具，與自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)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，毋須仰賴人工操作。無(wú)論新舊車銑復(fù)合加工機(jī)都能實(shí)現(xiàn)不間斷自動(dòng)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(dòng)換刀作業(yè)，搭配外部刀倉(cāng)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(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的連結(jié)作動(dòng)，從而減少人員換刀時(shí)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(shí)現(xiàn)金屬加工自動(dòng)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(dòng)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(jí)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(jìng)爭(zhēng)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(chǔ)存，用來(lái)推演所需刀具數(shù)量與種類，無(wú)形中會(huì)增加人工成本，且無(wú)法避免出現(xiàn)拿錯(cuò)刀、缺刀等失誤，造成浪費(fèi)和庫(kù)存壓力。

即使刀具確實(shí)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(shí)間就會(huì)延遲，甚至拖累設(shè)備稼動(dòng)率。一般現(xiàn)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(bǔ)充刀具來(lái)避免耽誤工作，皆將導(dǎo)致成本難以控制，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員及業(yè)主最不樂見。

因此，如何有效管理庫(kù)存水位與減少浪費(fèi)，還能正確選配刀具而避免耗損，對(duì)于終端加工生產(chǎn)者會(huì)是相當(dāng)迫切的課題。達(dá)詳自動(dòng)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(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)等自動(dòng)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(kù)」+「DS智能刀具車」+「DS刀具管理系統(tǒng)」3個(gè)面向全方位智能整合軟硬件設(shè)計(jì)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(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(kù)存及成本，也減少加工失誤的風(fēng)險(xiǎn)。

藉此讓業(yè)主除了可透過系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)換刀時(shí)，自動(dòng)輸入補(bǔ)正值到加工設(shè)備，而避免人為輸入錯(cuò)誤，導(dǎo)致撞刀；具備自動(dòng)配置所需刀具到刀具車內(nèi)功能，可搭載達(dá)詳獨(dú)家設(shè)計(jì)DS智能刀具車為主的AGV自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，將所需刀具自動(dòng)運(yùn)送配置到機(jī)臺(tái)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(kù)存水位與減少浪費(fèi)，還能正確選配刀具而避免耗損，對(duì)于終端加工生產(chǎn)者會(huì)是相當(dāng)迫切的課題。（source：sme.org）

透過RFID辨識(shí)技術(shù)同時(shí)整合刀具庫(kù)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(kù)的刀具履歷和庫(kù)存狀況等信息，使得系統(tǒng)能比對(duì)RFID，限制人員領(lǐng)或換刀行為，避免刀具遺失或者上錯(cuò)刀的情形發(fā)生；進(jìn)而管控刀具庫(kù)存、節(jié)省尋刀時(shí)間，得以有效協(xié)助客戶解決庫(kù)存及成本管控的問題。

該刀具管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，同時(shí)監(jiān)控刀庫(kù)、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(xiàng)數(shù)據(jù)而有系統(tǒng)化管理刀具庫(kù)存水位，并建立刀具履歷，進(jìn)一步與AI技術(shù)整合，計(jì)算出最佳建議刀具，控管采購(gòu)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(jì)的SMB系統(tǒng)，搜集各項(xiàng)設(shè)備信息和APP/WEB友善的用戶接口呈現(xiàn)，來(lái)了解未來(lái)1~2個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)看而掌握現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)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(yùn)用，都在體現(xiàn)智慧工廠可真正幫助客戶落實(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(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(píng)估與規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)當(dāng)下智能制造帶來(lái)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(zhǎng)期缺工問題。

結(jié)語(yǔ)

自從2018年以來(lái)，中國(guó)臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(shí)導(dǎo)入周邊刀具智能管理系統(tǒng)，藉以提升設(shè)備稼動(dòng)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！