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工研院推動供應鏈智慧整合
擺脫交期延遲窘境
[作者 陳念舜]   2017年08月14日 星期一 瀏覽人次: [718]

即便今年以來工具機產業景氣一片大好,卻更讓人擔心會否重演2008年原物料價格高漲、2010年金融海嘯後景氣快速反彈,導致零組件供應鏈交期遞延與加工廠排隊搶單的惡性循環,尤其今年還增添一例一休等變數,恐令情勢雪上加霜。


所幸在這段時間以來,因為陸續通過M-Team精實管理、智慧機械等政策輔導,已使得機械業逐步擺脫過去交期不準的現象。包括對工具機廠而言,零組件供應鏈不僅過濾訂單,還須從內部改善作起,才算真正具有競爭力。乃透過整合台灣豐沛的新創能量及產業領域知識,建立符合市場需求的技術應用與服務能量;進而使台灣機械產業能快速回應及滿足客戶需求,成為提供終端使用者整體解決方案的最佳選擇。



圖一
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近年來工研院智慧機械中心輔導德大機械,建置「M-Team智能化上下游製程整合製造」的範例成果,便強調藉著導入IoT異質資料整合與智慧化排程規劃等技術,建立供應鏈的產能、機台性能與製程履歷,以提升製程效率分析及縮短產品交貨週期等應用服務,增加生產線價值;讓業者了解台灣自動化技術服務業者能量,並擴大應用領域。


此也呼應了當前政府推動智慧機械產業創新的兩大主軸:產業智機化、智機產業化,前者希望讓智慧機械形成解決方案後,導入各行各業,以實現智慧製造;後者則盼能鏈結中部地區的主要精密設備製造和加工業者,滿足智機產業化需求。


德大引進CPS-ERP系統 提升全供應鏈效率與產能


其中,德大機械(deta)自1994年創立以來,便專注投入生產多款刀庫、主軸等關鍵零組件,不僅在台灣工具機市場占有率達5成以上,就連國際工具機大廠如:德國Spinner、DMG與義大利PAMA,美國Fives Cincinnati;以及日本Mazak、Matsuura、Kitamura、OKK、Toshiba,新加坡Makino Asia、南韓Hyundai Wia、印度BFW等,皆成為其主要客戶。多年來亦致力於提升產能及產品附加價值最佳化。但考量過去產品須委外經過大量機械加工、研磨、熱處理、染黑等傳統製程,交期長達30天,供應鏈生產效率低、國際競爭力不足,而選擇接受工研院輔導引進CPS-ERP系統。


工研院智慧工具機中心經理梁碩芃進一步說明輔導德大機械的緣起,係為了解決過去潭雅神地區,乃至於中部精密機械產業群聚共同面臨交期不準的問題。如德大產品在當地須經過大量外包流程,但許多供應商、加工廠排程效率不佳且高度倚賴人工。「30天工期內恐只有7天真正在機台上加工,其他時間都在等待備/派料居多。」所以工研院一開始,就將輔導計畫的目標交期控制在7天內完成。


該CPS-ERP系統分別利用IoT異質資料整合與機台特徵資訊分析技術,建構符合多數業者需要的共通裝置、技術與分析法則,以降低業者導入門檻。讓現行工具機產業鏈的所有上下游廠商都能參與導入含ERP物料與所有組裝線、CNC工具機等軟硬體的CPS智慧化排程系統;並將1、2階CNC加工廠內機台製程軟體蒐集到的感測器數據及控制器參數,含加工時間、刀具、程式、工件,甚至是人員操作履歷等製程資訊;以及不同介面的ERP系統都溝通及密切整合後,匯流到Server DB雲端資料庫整合。


旗下主要負責生產工具機零配件數控四/五軸、旋轉工作台的德川機械公司(detron)雖未在第一波導入組裝可視化流程,但除了自2006年成立以來,便憑藉不斷研究與創新並施以嚴格品質管制,包含為台灣同業中獨家採用德國海德漢ACCOM軟體搭配光學尺,與自製磨床上的DD馬達與旋轉平台、英國Renishaw雷射檢驗設備等,以全檢量測旋轉台的分割精度/重複精度,通過ISO 230-2標準;在鑄件上漆前,先經德國蔡司(Zeiss)三次元量測儀CMM檢測,校正盤面與底部的平行度,以確保每月出貨850台的產品都維持高可靠度。


以及聘請多位有工具機設計人才加入研發團隊,以求整合工具機搭配分度盤,發揮最大實質效能。如其因為採用特殊全圓周剎車環組,獨家增加外環,得以完全控管剎車間隙。當油壓剎車時,避免盤面變形;且油壓夾緊力高達5MPa、鎖緊扭矩大,不致產生漏油問題;軸承組與剎車環組同心度易校正、維修,讓剎車時旋轉中心不會位移,定位誤差小。加上剎車環組最接近工作台盤面,當定位加工時,盤面偏擺較小;高齒深大模數雙導程蝸桿/蝸輪組,比一般接觸齒深及接觸面積大,適合從事重切削。


工研院打造VMX平台 智慧化排程擴及供應鏈


不僅因控管品質優異,足以與進口產品競爭,而獲得各大工具機製造廠商信賴,現在德川還間接受惠於供應鏈加工廠,注入智慧製造能量。包括工研院協助德大投資的1、2階CNC加工廠勁捷、東大、北大等遠端供應鏈建立可視化系統,蒐集所有機台的實際加工狀態、參數、時數與稼動率;甚至推算出員工工時並顯示在網頁,不必費時到現場監控,就能避免因為油氣水電中斷或夾治具損壞,而導致停機。工研院還開發共用介面來蒐集廠內各家品牌CNC控制器參數和感測器數據,並以一致的格式儲存、輸出,協助供應鏈導入機台特徵資訊分析技術,包含主軸負載、切削顫振資料,進行製程異常分析,提升生產效率。


進而利用工研院開發的切削力解析及製程最佳化技術,On-line連線加工機台,擷取製程參數、編譯刀具路徑資訊;再透過切削力學,計算出最適合的加工程式,每點刀具路徑與工件接觸面的切削力,以達到切削/負載最佳化,不致因為負荷忽高忽低,而減損刀具、主軸壽命,優於現今市面上僅能得知工件成型後形狀的CAD/CAM軟體。梁碩芃認為:「由於軟體與CNC控制器相容,使用者只須像以往上傳加工程式,軟體就會自行讀取控制器內部運動座標,並計算每點切削力、負載,逆向調整主軸負載,達到進給率最佳化。德大旗下CNC加工廠即經採用該軟體加工旋轉台零組件後,已確實幫使用者省下11.23%加工週期時間(cycle time)。」


至於製程切削顫振分析技術,則先透過麥克風、加速規測得廠商機台的切削顫振後,再經軟體線上計算出建議迴避的主軸轉速,即時修改加工條件,或將記錄下來的參數交製程工程師處理,以迴避限制轉速範圍。


貫串各家ERP介面 促加工製程可視化與排程最佳化


此外,考量現今市場上品牌大廠的ERP系統對中小企業負擔過於龐大,工研院選擇與系統規模較小、簡易操作的ERP系統商合作,定義共同資料格式,方便將不同ERP介面的資料匯入雲端資料庫,進行更有效率,跨越全供應鏈的排程系統。工研院現也提供自行開發的雲端物聯網平台VMX,建立ERP系統共通介面。進而透過供應鏈資訊可視化及ERP、排程系統整合,分別利用加工製程現況可視化及智慧化供應鏈排程系統最佳化技術,快速讓業者理解如何應用相關技術與系統需求;同步進行跨系統、跨設備的製程效率分析與智慧排程,好更精準掌握所有供應鏈設備狀態、CNC加工廠稼動率,以提高生產效率,決定可否插單或縮短產品交貨週期,甚至預測未來產能。


梁碩芃強調:「目前所有工廠開始導入工業4.0技術後,最想做的第一件事,就是將所有蒐集到的資料可視化,並整理成有意義的圖表,以協助提升決策品質。」加工製程現況可視化技術,則能經雲端網站同時監控刀庫組裝線及CNC加工生產線,並由感測器蒐集製程資訊、透過演算法分析,發展排程最佳化系統;再透過行動裝置Apps管理整廠整線,隨時瞭解生產線稼動率。「由於所有數據都在資料庫,將能利用行動裝置顯示可視化資料,並依不同管理階層定義正確資訊。」


現在工研院也在所有場域內都安裝了工業物聯網裝置,如透過軟體、數位看板,完成德大(刀庫模組廠)組裝線可視化與加工導航,其可依盤/鏈式不同產品線、工序與操作者設計,監控流程或有無缺料?一旦從ERP取得的資料發現問題,就會即時回報、更新資料庫網頁資訊;讓經營者到採購、生管、現場等不同階層的主管都會看到各自負責解決的問題,並提供建議,以提高生產組裝效率,不必等到現場人員填寫紙本表格再回報。


最後是導入智慧化供應鏈排程最佳化技術,梁碩芃表示,因德大從1~2階CNC加工廠、組裝廠都已安裝CPS-ERP系統後,從直接從最上游接單開始,就在互通的ERP系統瞭解資源配置狀況;並撈出工單上的人員、製程、機台設備及夾治具等資料後發包、派單、排程,再回報交期和價格,全面提升供應鏈效率,將大幅縮短產品從下單到交貨週期時間;並促進後續複製擴散至其他M-Team公司、加工廠,強化台灣精密機械產業群聚優勢,引導台灣產業升級。


圖說:


1. CPS-ERP系統分別利用IoT異質資料整合與機台特徵資訊分析技術,建構符合多數業者需要的共通裝置、技術與分析法則。(資料來源:工研院)


2. 德川機械憑藉不斷研究與創新並施以嚴格品質管制,足以與進口產品競爭,而現在還間接受惠於供應鏈加工廠,注入智慧製造能量。(攝影:陳念舜)


3. 工研院協助德大投資的1、2階CNC加工廠建立可視化系統、共用介面,蒐集廠內各家品牌CNC控制器參數和感測器數據,並以一致的格式儲存、輸出,協助供應鏈導入機台特徵資訊分析技術,提升使用者生產效率。(攝影:陳念舜)


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