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製鞋機械的創新及智慧製造 鼎聖機械

摘要"

說起鞋業,大部份人心目中的印象是台灣企業家的刻苦精神及一只皮箱走天下的勇氣,但是相對的來說,鞋廠的生態也是逐水草而居的生活,在基於提高競爭力的情況下,只有遠走四方來擴大生意的版圖,但海外充足的勞動力市場終究會有結束的一天,只不過不知道未來是漸進的演變?還是黑天鵝式的突然遽變?在鞋業界最鮮明的例子就是在近二年前「Nike」與「偉創力」的合作案,鞋類最大的品牌商與高科技的電子設備廠結合,無疑是對專注於鞋類生產供應鏈四十年的台資廠造成巨大的衝擊,因為有著「偉創力」的自動技術導入,美洲製造及美洲銷售再也不是夢想,品牌商的部份不用受限於亞洲供應鏈的交期、每年逐步成長的勞動力費用等等…的問題,鼎聖公司身為鞋類生產供應鏈的一員,深知改變不是等待未來,而是要立刻進行創新及智慧製造的現在進行式。

關鍵詞:製鞋機械、智慧製造、鼎聖機械、針車、成型、鞋機、自動化、機器手臂、PUR熱融膠噴膠系統、自動辨識系統、陣列雷射掃描、CCD視覺系統、工業4.0

勇於創新的鼎聖

對於不可預測的未來,所能做的就是提早準備應對未來的衝擊,關於勞動力缺乏的問題,以鞋機廠的角度來觀察,鞋廠中主要的人力配置為「針車」及「成型」這兩大工段,近年來由於各大品牌的開發方向朝向針織鞋面,因此對鞋廠的人力規劃面也產生了即變式的革新,因為原本工段繁瑣而需求大量人力的鞋面生產,在轉而採用由機械自動生產的針織鞋面之後,能在「針車」的工段大符降低大約六~八成左右的人力,這也就是為何各大鞋類的品牌,能投身於自動化生產及當地製造的主要原因之一,因為在鞋類生產環結中需要最多人工的流程,目前可以用針織鞋面的方式來取代,所需進行「智慧製造」生產轉型的環結就只有剩下「成型」的工段了,然而鼎聖公司的專長就在於「成型」生產線的整廠規畫、生產及輸出。
業界的現況對傳統台資的供應鏈來說是一種危機,但危機也是轉機,是一種讓公司成長的動力。當然「智慧製造」的境界不是一蹴可及的,鼎聖公司還是競競業業的在努力著,自鼎聖公司從1982年創立以來,「創新」、「規劃」、「服務」這三項企業精神一直是我們的核心價值,因此鼎聖機械一直謹守這三項不變的企業精神,以便於達到智慧製造的目標。創新意味著新的開發投資,也就是具有風險的投資,就以目前的鼎聖生意情況來說,傳統機型的鞋機還是有部份的利潤可以生存,不過還是有中國大陸鞋機廠的急起直追的競爭現況。就以長遠的角度來說,我們不知道何時會產生黑天鵝式的遽變,因此我們對企業的經營及佈局,更需要具備持續改善的精神,不能因安逸的現況迷失了對未來的戰略規畫。就如開發出來世界上第一部數位像機的柯達公司一樣,當時因為對底片生意的考量及不捨,無法進行大刀闊斧的變革,進而喪失領頭羊的地位,轉而以破產為其結局。另外一個鮮明的例子就是傳真機台,在電子郵件的技術普及之後,不到數年的時間,傳真機台就失去在近代商務貿易中的重要性及必需性,由此可見企業的革新是存活的關鍵。
綜觀鞋業的生產史,在由早期手工製鞋轉變到機械化製鞋後,已經有多達四、五十年的創新空窗期,也就是說如果我們回到五十年前的鞋廠,所看到的機台還是跟現代的製鞋機台並無本質上的差異。有差異的地方無非是控制部份的電子化、數位化及零件加工的精密化,也就是無法脫離需要人員操作的半自動化機台設計,距離自動化及智慧製造還有一段很長的路程,因此鼎聖機械公司毅然決然的投入鞋機自動化創新的開發,投注大量的心血、人力及資金,目前在機器手臂噴膠的部份已經小有收穫。

製鞋業的機器手臂

機器手臂自動化在各項的工業中並不是什麼了不起的創新,以鞋機來說也不是什麼新鮮事,但鞋機的機器手臂自動化往往是以失敗告終,無法大量投產,或是流落於表演給客戶的一種秀,導致鞋廠對於機器手臂的運用方案,始終保持著不信賴的想法。關於這個現場,我們分析機器手臂,先前無法在鞋業廣泛運用的原因無他,主要是因為材料的柔軟性及高允收範圍。在此先說明鞋子的主要材料為皮類、布類、合成皮類、發泡材質、橡膠…等等材料,因材料柔軟的特性,以機械手臂而言,目前對此類的材料還未有有效的方法來固定、抓取及進行下一步的加工。另外一點則是材料的允收範圍,以中底及大底而言,在生產完成脫模之後,其允收範圍為正、負2mm,也就是有高達4mm的區間,這對以高精度、高可重覆性的機器手臂來說無疑是一項最大的挑戰,因為沒有一隻中底或大底是一模一樣的。
關於機器手臂的部份當然也有例外的例子,目前鞋機界中在量產的機器手臂系統是PUR熱融膠噴膠系統,其原理是將PUR熱融膠噴塗在鞋底上,在貼合鞋面之前,再用快速活化機進行熱融膠的活化,此流程能比傳統流程節省不少的人工作業。但如果我們用另外一方面去進行探討,為何鞋廠並沒有普遍的去採用這個方案?其主要的原因分別為「各類鞋型適用性的差異」及「貼合時間過短」的問題,PUR熱融膠系統針對PU人造材質的鞋面有著良好的適用性,在經過標準的接著流程後有著高黏著的效果,但是面對皮類的鞋面材質,其黏著性就會有不太穩定的問題,因此PUR系統普遍用於PU人造材質的鞋面,對於其他材質的鞋面還需進行更多的研究及開發。另外

鼎聖機械 侯景忠董事長

 

一問題點是貼合時間過短,傳統的膠水能進行有效貼合的秒數約為20~30秒一隻,這足夠讓員工進行完善的貼合,但PUR的有效接著時間只有10~15秒,員工在受貼合時間限制的情況下,無法生產複雜的型體,除了兩點限制性之外,而另外的一個分析則是PUR 系統在噴膠的設計是採用過噴的方式來進行,也就是不精準的噴塗大底,故意讓膠水超出大底的邊沿,再由員工手動打掉多餘的膠水,這個手工的流程是為了避免大底允收過大所造成的問題(大底有著4mm 的允收區間),但這流程是否需要使用到高精度的機器手臂則有待進一步的思考。就以整體的角度來分析PUR的流程,說這是化工系統 (膠水系統)的創新,不知是否為比較適當的說法?

智慧製造之路

鼎聖公司在分析以上業界中的流程之後,進行的智慧製造專案為「水性膠水大底機器手臂自動噴塗」,會採用水性膠的目地則是水性膠為現有及穩定生產中的流程,水性膠不會有像PUR膠水一樣的材料限制,可以廣範的應用於各種材質的鞋類生產,也就是可以量產的解決方案。採用的也是機器手臂進行精準的噴膠,以機器手臂的噴膠精準度而言,絕對是手工上膠所沒有辦法比擬的,但問題是出在於加工件,也就是大底的本身。以鞋底來說,可以粗略的分為兩個部份,一個是中底,採用的是發泡的材質(EVA),一個是接觸地面的大底,採用的是橡膠的材質。在這兩項材料的發泡、脫模的過程中會造成材料的展延,因此業界的允收範圍為正負2mm,以根本的原因來分析,可以說是大底的加工精度不高所造成無法自動化的問題。如果能將大底的製程再精密化,就可以使用機器手臂來量產。以機器生產者的角度來說,改善加工件的精度確實是最需優先改善的方向,但是以市場面來分析,鞋子的單價與其他的3C產品的單價是無法比較,因此改善大底的精度會造成生產費用提高,是不能被市場所接受。基於市場需求的考量,教導式的機器手臂系統,並不能完全的試用於量產,因此鼎聖公司開發的方向為自動辨識的系統,用以克服加工件精度不高的問題。

 

機台正面

 

機台側面

 

機台操作介面

 

提到自動辨識系統,首先想到的是「陣列雷射掃描」,目前鞋機的市面上已經有陣列雷射掃描的自動辦識產品,但是陣列雷射掃描還是有解析度上的限制,不能完全的符合大底不精準的問題。而現有的雷射掃描系統常用於PUR膠水的噴塗,這又回歸到了上述關於PUR系統的天生限制性,如只用陣列雷射掃描進行的自動辦識及噴塗水性膠水,又會有溢膠的問題發生,因此鼎聖公司需思考其他的方案。
最終鼎聖所採用的系統為「陣列雷射掃描」加上「CCD視覺系統」,成功了整合這兩項技術,這也是鞋機業界中首創的機型。本系統為鼎聖公司的「DS-138 自動辨識噴膠系統」,能有效的對各種大底、中底進行CCD視覺辦識再加以掃描,能精準的補捉大底、中底的輪廓,並加以自動建立3D模型及自動生成噴塗路徑及手臂姿態。在軟體介面設計的部份也是採用直觀式的設計,方便員工操作,因為鞋廠現場生產的員工的教育程度有限,如果是太過於深層的介面設計,會導致基礎員工的不適應性及技轉問題。因此我們所開發的解決方案,著重於整體的流程操作、設定簡易,在設定完成之後,只需員工以平常的方向入料,軟體的部份會自動建模及噴塗,進而免去設計治具定位的問題,無疑是專門為鞋類生產所開發的量產機台。這流程的設計如以軟體設計的角度來說是黑盒子(Black box)的設計,也就是原始資料輸入,透過黑盒子的處理之後,處理完成的資料就輸入,使用者無需擔心流程設計、調整,進而提高使用者的機台採購信心。如果換個輕鬆的方式來說明,也就是放一頭豬進去,然後香腸就自動做出來了的設計概念。

 

噴膠區

 

除卻業界創新的「DS-138 自動辨識噴膠系統」之外,鼎聖的另外一個強項為全廠生產線的整合工程。客戶端可以先行採用單機的自動機器手臂系統,在完成培訓基礎的操作員之後,鼎聖就可以進一步的進行全廠線規劃。憑藉著鼎聖公司三十多年以來的規劃技術,能完善及平順讓客戶步入「自動化」、「智慧製造」的先進工廠境界,讓鞋機界工業4.0的關燈工廠願景可以逐步踏實。

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