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台制造业者透过感测方案 提升企业关键竞争力

  • 廖家宜
高圣精密机电从锯床销售转型设备诊断服务,为工具机产业开创新价值。高圣

高圣转型做出台湾独有价值

主要出口欧美市场的高圣精密机电,是「Made in Taiwan」的代表。高圣精密机电专门生产带锯机床,一般人或许对于此类产品并不是很熟悉,但它却是制造业的「第一步」。

高圣精密机电执行长吴迎帆举例:「锯床就像菜刀,将买回来的食材一一切好才能下锅烹煮。」从钢构桥梁、机器加工到精密科技等,拿到相应材料的第一件事就是切,材料若失准切不好,生产流程就无法继续。

也因为如此,锯床一直以来都扮演著「绝对不能停机」的角色。况且,现今材料的应用越来越好,导致锯床在切割越来越硬的材料时难度增加,因而业界对于锯床的标准也会更高,这也是高圣精密目前所面临的最大挑战。

国际工业大数据专家李杰曾表示,各国面对制造业发展都各有所长,而台湾制造业则需要做出「价值」。吴迎帆从此角度出发思考,发现在客户的诉求中,最期望达成的目标就是准确地切完材料,在规定的时程跟质量要求内如实达成工作进度。

而如何做到让客户在使用设备之后无后顾之忧,这就是高圣思考价值的所在。于是,高圣从单纯锯床设备的提供者,开始转型成为针对设备进行健康预测的服务提供者。

高圣发现对客户而言,最大的忧虑是来自于设备上的刀具,刀具的稳定性影响整个机台设备的运行,甚至影响交期。客户需要掌握机台的使用状况,以及换刀具的最佳时机,在刀具尚未完全损坏前就先进行汰换,避免临时停机的窘境。

因此,高圣便在控制机箱内安装设备监控系统,集成资料撷取模块与讯号处理转换模块,连接电流传感器与电阻式温度传感器,并且导入机器学习与人工智能技术,而客户便能透过设备监控系统采集带锯机切割时所产生的讯号,并以此资料为机台建模,归纳出相关零组件需要维护或更换的特征值。

再根据锯子的受力状况,以及切削时摩擦所引起的温度测量,将其一一记录与分析下,便可以如实掌握设备的健康状态与产品的使用周期,将原先不可预测的情况变成可视性。

中钢不畏严苛环境强化生产力

中钢为一贯化作业的钢铁生产工厂,目前国内只有中钢有能力从矿砂一路炼制到钢胚。生产钢铁是一个涵盖化工、汽电共生、高压气体的制程,整个厂区的作业环境十分严苛,也因为如此,厂区内的设备必须具备高产能、高温、重负荷、高冲击等严酷的条件。

光是单一制程厂区,投资就动辄数百亿。因此任何设备一但异常,不仅对产线,也将对上下游产能造成巨大影响。从原料输送、炼焦、钢板、条钢、钢胚等制程中,将会历经一系列庞大且复杂的重要设备,而在严苛的制程环境下,这些设备的相关零件很容易造成损坏或断裂,若无法即早检测设备异常,则容易引起故障导致停机。

因设备庞大,若遇停机更换维修,也会因此延长停机时间。为了降低意外停机所带来的损失以及工安危害,中钢便透过智能设备监诊系统的导入,藉此可在事前评估产线各项重要设备,进而确认最佳维护时机及制订最佳维护方式。

举例来说,制程之一钢胚就像中央厨房做出来的面团,是中、下游钢铁加工厂用的钢铁原料,在加工过程中会把钢胚丢进熔炉里变软,并经过条钢厂轧制机重复挤压制成各种钢铁产品,但在挤压过程中,轧制机的挤压力道非常强,且一个零件动辄上百万元,不管是因制程因素提前损坏,或是未到使用寿命极限便提早汰换,对于业者来说都是一笔巨额损失。

于是,中钢在设备中埋入传感器,以侦测各项设备的使用寿命,藉由设备监控系统,可尽早发现耐磨板的磨耗、轴承的异常等,而这些因素对于稳定的生产有很重要的贡献。

工具机制造商藉颤振监控提升CNC精度

成立超过50年,座落于精密机械聚落的某家台湾加工中心机制造商,拥有相当成熟的工具机研发与生产经验,产品出口至全球数十个国家,深受国际知名大厂肯定。近几年,该制造商积极朝智能工厂发展,致力于从传统工具机制造商,升级成为世界级工具机领导品牌。

该工具机制造商除了持续开发高质量机型、布局智能机械外,也从现有客户问题着手来优化加工中心机的功能。由于CNC工具机是制造业仰赖的重要生产设备,因此必须不断精益求精,藉改善性能来提升加工精度,以追求生产高质量。

机器校准是否正确,是影响加工精度的重要关键之一,但一直以来,制造商却是透过老师傅累积的多年经验进行校准,但透过此种不科学的作业模式繁琐又费时,一旦作业程序疏失便会引发加工精度失准,更何况若遇老师父退休,也难保新人能如实传承老师傅宝贵的经验。

另一项影响加工质量的关键则是颤振,当CNC工具机进行快速或深度切削时容易产生颤振,由于颤振属于轻微高频振动,通常难以察觉,但此现象不仅会降低加工精度,甚至会间接影响损坏刀具、主轴、轴承等重要零件,因此,设备制造商期望透过解决办法尽早发现颤振问题,并防止问题持续恶化以影响加工质量。

为了降低透过人力校准所引发的不确定性,并降低机台颤振问题,制造商透过导入感测技术来协助出产的工具机完成自动校准与实时监测,在机台中加入主轴校准与颤振量测的功能。但一台全新的CNC工具机动从几十万到上百万不等,若是设计一台加入监测功能的全新机型将会大举增加成本。

因此,该制造商欲透过在现有机台加装监控模块,新增主轴校准及颤振量测功能,也以便能让新的CNC工具机可以尽早投入市场。透过易于集成的解决方案,该制造商最后采用能随插即用的资料撷取模块,仅小幅修改硬件电路,因而无需重新设计机台便能新增所需的功能。

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