整机系统厂商全面管控 刀具监测促进以终为始

基于工业4.0理念近年来已逐步落实于产业链，对于影响切削加工质量和生产力最前端的刀具监测者，除了End user之外，也陆续向上延伸到系统整合（SI）、工具机制造（Maker）厂商。尤其是未来新兴产品朝向个性化、客制化订制方向发展，相关制程也须不断进行工序整合、高度自动化，带动车铣复合加工机和零组件、周边自动化设备需求水涨船高。
 
根据国际工具机大厂DMG MORI曾分析现今制造业市场趋势，认为除了受到少子高龄化社会影响，将导致劳动人力短缺，加速机械人工智能化（AI）之外，此也有助于解决过去因为量产汽车、马达转轴等零组件生产型态多元，必须结合车、铣与钻削等多站机台和工序分离（Process Segregation）模式加工，每日产能约达到100~1,000件，却造成占地空间太大等问题，而开始转型为高效率智能制造生产。

改用车铣复合加工机来分别因应未来航天与医疗产业，若采取工序整合（Process Integration）模式来提高生产效率，以每日产能约1~10件生产多样少量、客制化产品。或是如汽车与3C产业，仰赖高度自动化（Hyper Automation）与智能管理模块，可在极短交期内，每日批量高效生产5,000件以上产品，从而提升整厂产能的两极化方向发展。


 
图1 : 为了转型高效率智能制造，近年来业者改用车铣复合加工机，以因应未来航天与医疗产业采取工序整合，或是汽车与3C产业的高度自动化生产，朝向两极化趋势。（source：PMC）

精机中心AI刀具智能管理系统　整合刀仓与刀塔自动换刀
精密机械研究发展中心（PMC）也趁势协助业界，转型智能制造生产，透过科专计划协助开发能同时完成单机多道工序整合、高度自动化加工的斜背式多刀塔车铣复合加工机，得以减少加工站数量；进而整合自动化与智能管理模块，执行高效生产解决方案，来实现24/7不间断自动化加工。

其中，有别于传统动力刀塔，最多仅能装配16把刀或4刀塔的64把刀，常导致依序加工使用的刀具常受限于备用品不足，或磨耗过度后须停机换刀。PMC智慧机械设计部经理林成兴指出，虽然现今台湾一般市售车铣复合加工机均有搭配伺服动力刀塔，却不具备自动松/拉刀把的功能，导致所有刀具的上下替换皆须仰赖人力，而影响生产效能，有必要开发一套具备松/拉刀把机构，可自动换刀的动力刀塔设计模块，让用户选择搭配外部刀仓与自动换刀机构的连结作动，快速替换刀具。

PMC便为此开发AI刀具智能管理系统，整合刀具信息并控制机台和刀仓换刀，进行高效率生产刀具管理。可在用户导入自动刀仓系统后，视需求增加放置20把刀以上加工或备用刀具。并在刀具取放处设计安装RFID读取天线，当取放刀把入/出库时，系统可同步读取刀把信息实时管理；采用模块化刀架设计，也可替换单一刀具，能有效降低维护成本。

 
图2 : PMC为此开发AI刀具智能管理系统，整合刀具信息并控制机台和刀仓换刀，进行高效率生产刀具管理。（source：PMC）

经由上位AI刀仓智能管理系统通过实体I/O交握通讯，整合车铣复合加工机在自动刀仓、动力刀塔的刀具位置等信息，更有效率应用产在线的所有刀具。进而按照产线排单生产需求，透过不同算法运算、规划排程工序，实时反应今日排程、工件是否无误，并调配刀具使用。

林成兴表示，透过在线监控有效管理其刀具履历、刀具占用率、空闲率、替换率，记录刀具磨耗状态，并利用类神经网络LSTM精确估测智能刀具寿命可用率等相关信息，倘若无法用到下一次工序时，须及时替换或递补更新备用刀。藉此软硬整合手段，将有效提高刀具使用率、减少停机，让产线达到24/7不间断生产，为客户提升设备整体稼动率OEE等价值。

且为此开发车铣复合机换刀系统，具备自动松/拉刀把功能，同时整合BMT接口动力刀塔系统与松、拉刀机构设计，与刀塔高度整合，利用切削主轴马达提供松刀动力，以进行刀把自动取放、装卸的专利动力刀塔系统，避免额外装置松刀用油压缸，减少空间干涉，且轴承无需承受油压缸推力；以及HSK接口可换刀动力刀座、拉刀机构设计等，来实现外部刀仓的自动刀把交换功能，将大幅扩充刀具用数量。

透过高效率自动换刀作业，搭配外部刀仓系统的刀具，与自动换刀机构的连结作动，让加工用的刀具不受限于刀塔端，从而减少人员换刀时间，毋须仰赖人工操作。无论新旧车铣复合加工机都能实现不间断自动排程换刀生产，执行弹性多样的工序加工和连续生产目标。


 
图3 : 透过高效率自动换刀作业，搭配外部刀仓系统，最多可增加放置20把刀以上加工或备用刀具，与自动换刀机构的连结作动，从而减少人员换刀时间，毋须仰赖人工操作。（source：dmgmori.co.jp）

达详智能刀具管理系统　实现金属加工自动化
当传统金属加工业面临疫情冲击和通膨隐忧，以及航天、电动车等高值新兴产业崛起，皆造成全球供应链转型升级与人力不足等多重挑战，纷纷调整传统生产模式，积极转型智能制造以保有竞争力。

尤其是在加工过程中须要大量使用各种不同刀具，所以产生刀具存放与管理的问题。过去主要透过人工定义刀具寿命，再行抄写记录、储存，用来推演所需刀具数量与种类，无形中会增加人工成本，且无法避免出现拿错刀、缺刀等失误，造成浪费和库存压力。

即使刀具确实损坏，发生撞刀或断刀后停机，再重新换刀、补正设定的时间就会延迟，甚至拖累设备稼动率。一般现场操作人员来领刀或换刀的理由，通常也是刀具受损或遗失，但刀具管理人员无法判断真实性，只能被动补充刀具来避免耽误工作，皆将导致成本难以控制，为现场操作人员及业主最不乐见。

因此，如何有效管理库存水位与减少浪费，还能正确选配刀具而避免耗损，对于终端加工生产者会是相当迫切的课题。达详自动化公司则可扮演系统整合商角色，提供金属制造业所需智能制造解决方案，包含精铸、砂铸、压铸，以及工业机器人、抛光研磨后处理制程，与智能刀具管理、AI智能制造系统、AS/RS自动仓储系统等自动化整合服务。

现也透过达详自主开发的DSA专利智能刀具管理系统，有别于现今市面上既有刀具管理系统和存放设备，共由「DS智能刀具库」+「DS智能刀具车」+「DS刀具管理系统」3个面向全方位智能整合软硬件设计而成，以协助使用者正确选用刀具、纪录刀具使用历程，并藉此自动判断刀具状态而提高生产效率，不仅有效控管刀具库存及成本，也减少加工失误的风险。

藉此让业主除了可透过系统在现场换刀时，自动输入补正值到加工设备，而避免人为输入错误，导致撞刀；具备自动配置所需刀具到刀具车内功能，可搭载达详独家设计DS智能刀具车为主的AGV自动搬运系统，将所需刀具自动运送配置到机台边，再利用Wi-Fi与工具机交换数据。


 
图4 : 由于车铣复合加工机在加工过程中须要大量使用各种不同刀具，该如何有效管理库存水位与减少浪费，还能正确选配刀具而避免耗损，对于终端加工生产者会是相当迫切的课题。（source：sme.org）

透过RFID辨识技术同时整合刀具库和刀具管理系统，搭配磁锁式刀具的互锁换刀机制、云端化智能系统管理的换刀流程，整合数据库的刀具履历和库存状况等信息，使得系统能比对RFID，限制人员领或换刀行为，避免刀具遗失或者上错刀的情形发生；进而管控刀具库存、节省寻刀时间，得以有效协助客户解决库存及成本管控的问题。

该刀具管理系统利用数据库管理技术，同时监控刀库、刀具车及工具机内所有刀具的信息和状态，透过分析管理各项数据而有系统化管理刀具库存水位，并建立刀具履历，进一步与AI技术整合，计算出最佳建议刀具，控管采购需求数量和整体加工成本。

让业主既可结合现有订单，经由达详自行设计的SMB系统，搜集各项设备信息和APP/WEB友善的用户接口呈现，来了解未来1~2个月内生产所需刀具；并搭配DSA云端智能刀具管理系统配送，可从远程实时监看而掌握现场机台状况，结合量刀系统预先纪录补正值。

此从SMB导入到刀具管理系统的运用，都在体现智慧工厂可真正帮助客户落实高效管理与生产，还能搭配DS智能刀具管理、SCADA、MES或是自动化系统等软硬件完善整合，更能按照客户需求和预算去协助评估与规划，实现当下智能制造带来的产能与效益目标，解决多数传统产业转型的困境，缓解工具机产业长期缺工问题。

结语

自从2018年以来，中国台湾机械业虽然受惠于地缘政治导致供应链冲突，导致供应链重组；以及因疫情促成远距作业、企业数字转型等需求，与电动车等新兴科技持续扩张，伴随半导体、电子设备出口商机。

但下半年则面临俄乌战火波及，造成能源、原物料通膨危机和供应链瓶颈，产学研各界仍应积极改善产业体质，包括上中游工具机及自动化设备、系统整合等厂商，须积极投入开发车铣复合加工机等机种，同时导入周边刀具智能管理系统，藉以提升设备稼动率、确保稳定质量与订单交期，将是转型成败与否的一大关键！