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電腦輔助設計超前增效減碳
CAD搭載平台延伸價值鏈
[作者 陳念舜]   2023年02月22日 星期三 瀏覽人次: [3432]

經歷過去由電腦單純輔助設計、製造產品,到如今業界為了追求數位轉型,亟需CAD/CAM軟體提供大量數據及3D圖檔模型導入數位化流程,更快融入協同作業體系,串連產品設計到供應鏈規劃,藉以輔助各地不同產線及供應鏈產能變量增效,進而迎合減碳永續製造等需求。


因應現今國際供應鏈布局愈發破碎所面臨的挑戰,造成製造和供應鏈廠商,皆須不斷調整產線人員配置、採購設備,但要如何導入設計、生產線和供應鏈向來是重大難題。如今,則能透過數位化工具、平台,有效整合低碳流程,提高價值和便捷性,才能應付客戶需求快速變化,帶來產業轉型的優勢。


Autodesk台灣技術服務顧問吳添程舉塑膠射出、汽車製造、設備組裝產業為例,其中塑膠射出成型作業同屬工作流程週期較長,且接近終端End user市場。從產品概念設計開始,便經歷於漫長開/試模過程中反覆試錯、修正,直到品質合格後才上市或進入下一流程,其皆可透過數位化有效整合之後加速,成本也最低,將有助於達成ESG永續發展目標。



圖1 : 數位化整合無疑是最好解答,讓使用者可毫無阻礙串聯數據驅動,暢行任何平台編程、布局,得以最大限度縮短工廠規劃的停機時間(source:embed-ssl.wistia.com)
圖1 : 數位化整合無疑是最好解答,讓使用者可毫無阻礙串聯數據驅動,暢行任何平台編程、布局,得以最大限度縮短工廠規劃的停機時間(source:embed-ssl.wistia.com)

目前製造業在布局供應鏈中面對5大最常見挑戰,包括:新品發表、需求變化、降低成本、維持高質量及利潤、採購變更。由於設計通常伴隨著需求變化,一旦新產品問世,就會造成供應鏈變更而影響獲利,為了同時維持低成本、高質量,最終就會改變企業採購設備和人力配置等政策。


從Autodesk的角度來看,數位化整合無疑是最好解答,透過智慧設計、製造、分析驗證所產生的大量數位化模型資料,讓使用者可毫無阻礙串聯數據驅動,暢行任何平台編程、布局,得以最大限度縮短工廠規劃的停機時間,既降低供應鏈風險和成本,快速回收投資報酬ROI;又提升效率,相當於踏出數位轉型減碳的第一步,從而加速實現永續願景。


Autodesk推出IFM平台 擴大PDMC效益

Autodesk也為此推出單一完整的「整合式工廠建模(Integrated Factory Modeling;IFM)」平台,囊括從工廠內部生產線到外部供應鏈數據;且可持續和互動式操作,包含產線規劃評估、產品驗證分析等內容;進而導入專業資產管理,將所有供應鏈的數位化資料分門別類保存與管理,並即時更新資料,從而達到最佳協作成果。


當專案負責人員收到產品開發的指令之後,即可先行評估生產線、供應鏈的產能是否達標,以免若有所不足時,臨時須調整產線的工程浩大,必須尋求與專業工程師或顧問在IFM平台交換數據來討論是否該選購設備、調配人力等解決之道。


同時將每次討論結果都轉化為數位資料,如將在該平台上調整、改變設計的結果,經由專案管理系統保存下來,降低日後輸出或重行調整的時間。所以吳添程也強調「數據即是關鍵(Data is the key)」的概念,即通過數位化串連整體工作流程,將為數位轉型帶來更好的高效流程、協作結果,以及具體的執行方案和工具等。藉以打破不同部門間造成的數據孤島,形成更明智的決策,以更低成本和更高效率,提供更好的產品與服務。


如經由Autodesk提供的「產品設計與製造軟體集(PDMC)」,即可在行銷/投標、設計開發、生產製造、銷售/服務流程裡,利用Inventor、Fusion 360等軟體,將設計概念即時製作轉化為數位模型;透過Vault將這些數位化資料加以整合,分門別類管理、即時傳遞或保存資料,藉以實現更好的協同作業,加快上市流程。


吳添程指出,其中數位化的產品設計,係指從單一零件到大型裝配專案,皆可利用Autodesk數位化3D設計,提高創新能力與打造更符合循環經濟的工作流。提供的專業設計工具,包括鈑金、框架、管線配置、設計自動化;以及靈活且強大的設計模組,可用於參數、直接、自由建模。


同時在數位化產品驗證方面,可為設計人員提供多項準確、方便、易上手的模擬分析工具,包含非線性、疲勞、熱、振動、動力學等多種數位分析模組,涵括結構、建築結構、熱&流體、模流、複合材料、製造優化等領域。藉以提供非常有用、快速的佐證資料,在產出最終數據資料、格式之後,還要與其他品牌軟體有效整合。


Autodesk也為此提出Any CAD格式,強調具有Non-Native File Change、Real-time update優勢,可讓供應鏈直接導入相關資料,或納入模組後分析、驗證,以提高工作效率。即使發現問題也能及時解決,打造更有效率的數位模型,並導入正確的工具、方案。



圖2 : Autodesk提出Any CAD格式,以提高工作效率,即使發現問題也能及時解決。(source:Autodesk)
圖2 : Autodesk提出Any CAD格式,以提高工作效率,即使發現問題也能及時解決。(source:Autodesk)

吳添程表示,現今產品設計、製造加工其實與分析、驗證相伴而生,數位化的優點,就在於可視化的便捷性、可操作性與互動,透過2D/3D工具讓產線數位化,更容易調整設計、協作。並藉此平台納入分析驗證結果;協助專案參與者有效整合內外部供應商,降低資安風險,且可掌握產線即時資訊,考量當前及未來落差,快速且精準調配產能。


此也與供應鏈規劃軟體Factory Design、VAULT的生產效率和風險脫不了關係,讓使用者瞭解產線需求,驗證機台、產線的擴散率,產線上下游所有參與者都能輕鬆掌握,提高生產效率和總攬全域。進而透過數位化模型直接布局供應鏈,可在使用者熟悉的2D/3D環境中設計、加工、分析驗證其完整流程,創建與管理供應鏈資產庫。


螺絲扣件雲平台服務 數位設計製程助減碳驗證

此外,隨著近年來國際關注的歐盟碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism;CBAM)預計於2023年10月試行,並於2026年正式上路,且列管產品擴大到下游產品,將涵蓋台灣出口到歐盟約占3成的螺絲(帽)扣件等鋼鐵製品。


金屬工業研究發展中心副組長詹家銘指出,目前在台灣的金屬產業包含材料、製程設備和製品等,占製造業產值高達55.8%;且因為與終端產業的關聯性大,預估可帶動效益達4.6倍,成為支撐台灣經濟發展的重要基礎產業;金屬製品業附加價值率高達31.3%,出口比例達56%,顯示在國際市場具高度競爭力,已有完整周邊產業支援而形成聚落。


卻在缺乏智慧製造等實質技術的導入之下,台灣螺絲(帽)等扣件產業至今仍從產品接單後設計、研發製作CAD模型及整合模具設計、加工生產,直到出貨的整個流程,環環之間都需要數位資料流串連,並衍生出模具精準、材料掌握、設備監控、模具監測、產線透明與品質預診等6大面向的需求,因難以逐家輔導廠商,所以在先掌握材料的參數資料庫之外,還納入雲平台服務。



圖3 : 台灣螺絲(帽)等扣件產業從產品接單後設計、研發製作CAD模型及整合模具設計、加工生產,直到出貨的整個流程,環環之間都需要數位資料流串連。(source:drtbebqlk4bjh.cloudfront.net)
圖3 : 台灣螺絲(帽)等扣件產業從產品接單後設計、研發製作CAD模型及整合模具設計、加工生產,直到出貨的整個流程,環環之間都需要數位資料流串連。(source:drtbebqlk4bjh.cloudfront.net)

金屬中心不僅過去隨著數位轉型風潮興起,早已開始思考該如何推動「扣件雲」服務,與國際製造大廠有更為深入的連結。也在這段期間宣佈與Autodesk合作,透過一站式服務平台引進PDMC系列產品線,提供約70%共通性服務;並加入扣件雲加值SaaS服務,涵括設計、製造、管理及供應鏈,結合精實生產管理為核心;進而整合淨零碳排相關資源,打造全方位解決方案,藉以協助業者加速反映市場需求,提升國際競爭力。


詹家銘進一步指出,在所有整體作業流程中,皆須在最前端的產品設計環節整合CAD/CAM,乃至於CAE等各種軟體工具。Autodesk的Inventor軟體因為支援性與擴充性高,且易於上手,得以解決扣件業者經營傳承困境。再經過扣件雲整合進入CAD環節,以協助業者投入數位轉型。進一步與後端電腦輔助分析(CAE)軟體串聯。


主因在於首先是台灣扣件產業本身多數為中小型企業,以Inventor使用介面相對低成本、簡單而容易上手普及,也會連帶加快推廣扣件雲服務的速度。另為了要求設計精準,從而通過物聯網(IoT)導入現場虛擬模型,與資料庫中的數位模型比對、分析,確認產品的品質符合客戶需求。


「於設計時建立CAD資料庫、服務時導入材料模型,藉以進行模擬分析;最後結合業務與生產同步,某些數據甚至還要回傳以達到快速試(樣)模。」詹家銘表示,目前智慧試模功能無論是在金屬沖壓、塑膠射出或扣件成型業都很重要,藉以減少在生產單顆螺絲到量產前,光試錯就要耗費12%以上的龐大成本和排碳量。


只好從前端建立CAD模型資料庫開始,即將數位分身模擬分析結果與後端實際模型比對,客戶在整個No code環境裡不必深究原理或編寫程式、API,只須登入、設定、排程。倘若發現特徵曲線不同時,即可經由線上分析、解讀失效原因,再行回饋修正、優化。


其次是過去產品製程仍以傳統工法為主,業者普遍都由老師傅憑藉經驗掌握扣件設計Know-how,一直以來都未曾數位化,也為公司永續營運帶來極大風險,所以極度重視產品協作開發能力。亟待導入扣件雲服務與Autodesk的整體解決方案,快速落地於產業,預計2023年Q2整合方案就能正式上市。


詹家銘表示,此有別於傳統無鍛造模具參數數位化的設計預估,模具皆以經驗設計,容易造成錯誤損失。如今,則可透過模具參數數位化,將扣件模具設計軟體模組轉向數位化平台設計方式,再透過模具系統資料庫預測道次、模具設計尺寸。


進而利用智慧整合機器學習(Machine Learning)和CAE精準掌控成型品質並提升效率,快速成型產出2D/3D模具圖面,得以提供no-code參數化調整模具設計,解決過往相當倚賴經驗傳承及試錯方式開發模具,常造成試模無法一次到位,投產時程延誤等問題。


如今則可藉此突破繁複的模擬流程,預估模具應力與壽命,評估有利於新品的道次、製程設計,藉以提升效率,約可縮短鍛造模具設計開發時程50%、減少試模次數1~2次,首件完成後即量產,得以續接國際D牌車用扣件訂單。


目前金屬中心擬定實施的平台服務推動策略,則為了強化兼具domain-knowhow及智慧製造經驗的專業服務,進而建構一個可提供諮詢、協助,公正且安全的扣件服務雲平台,鏈結與籌組一個加速扣件業智慧製造推動的大聯盟,降低業者建置成本與進入門檻,導入數位化科技、工具,解決製造、物流及供貨等難題。


甚至還能在5G環境下,協助業者導入模具數位設計與試模技術,以協助設計與現場人員討論打樣首件,接著利用機器視覺學習,辨識螺絲不;透過擴增實境(AR),提供生產製程失效原因指引及回饋,將原先須耗費8~10小時的試?時間縮短60%以上。


詹家銘認為,數位轉型應該是一個循序漸進的過程,必須要先有CAD模型,才能接著談CAM、CAE和精實生產管理;進而針對關鍵製程導入智慧技術、低碳設計,以符合國際所需的高階製造能量。且由於目前許多員工仍只專注於自家專業領域,建議在應用數位科技、工具時,應先盡可能提供No code/Low code服務,以免造成學習負擔,藉此累積大量數據資料,以便傳承經驗,滿足高值訂單買主的嚴苛要求。


SOLIDWORKS 2023提升智慧化與效率 強化協同工作模式

3D設計與工程應用產品組合SOLIDWORKS 2023版本,也因應使用者希望簡化,和加快從概念到製造的產品開發流程需求,更新用戶驅動的全新增強功能,亦涵蓋雲端運用、企業管理、高階驗證分析、及3D列印逆向掃描應用等相關專業技術,方便用戶能夠在更短的時間內完成更多的工作,提升工作效率。


其中由用戶驅動的全新增強功能,主要關注以下三點:


● 提高工作智慧化程度:在設計大型裝配體和提供工程圖詳圖時減少人為工作量,並能夠處理更複雜的電氣佈線場景。


● 提升工作速度:更高效處理零件表(BOM),提高搜尋和保存裝配體的效能,並更快地設計大型裝配體。


● 協同工作:透過簡化使用者介面、減少延遲和提升SOLIDWORKS PDM中的升級效能,幫助團隊更高效地共享和管理資料。透過自訂 PDM 通知範本功能,更好地傳達設計資料更改。


上任以來首度亮相的SOLIDWORKS執行長暨研發副總裁Manish Kumar即指出,有了更容易與顧客分享的3D設計圖,易與設計師溝通異動的協作工具,加上物料採購及款式管理效率增加,可以縮短產品上市時程。



圖4 : SOLIDWORKS執行長暨研發副總裁Manish Kumar指出,有了更容易與顧客分享的3D設計圖、與設計師溝通異動的協作工具,可望縮短產品上市時程。(攝影:陳念舜)
圖4 : SOLIDWORKS執行長暨研發副總裁Manish Kumar指出,有了更容易與顧客分享的3D設計圖、與設計師溝通異動的協作工具,可望縮短產品上市時程。(攝影:陳念舜)

今年七月起,SOLIDWORKS還將進一步增強用戶的設計流程與母公司達梭系統(Dassault Systemes)旗下的3DEXPERIENCE雲端平台連接,未來所有SOLIDWORKS授權都可包含雲端服務,充分運用其協作功能,增強3D CAD能力,以期獲得能夠支援整個產品開發生命週期的眾多工具,包括資料管理、協作、高階模擬、製造和生產等,改進使現有產品和創新功能,用以強化設計及產品生命周期其他環節,進而加快部署與回收投資報酬ROI時程。


**刊頭圖(source:Autodesk)


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