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FEMCO SMART WHEEL AUTOMATION(智動化) 遠東機械/自動化鋁輪圈智能生產線介紹

摘要"

全球化的工業4.0革命掀起了先進製造國家邁向下一階段的序幕。隨著工業發展,如何有效地整合各項系統及有效資源,轉為智能化管理生產已成為未來必然的趨勢;創立於1990年的發得科技位處嘉義縣民雄工業區,原為台灣老字號機械廠『遠東機械』旗下工具機事業部門,原生產工具機為集團內部使用,後因開發出客製化專用機種意外聞名業界,訂單供不應求,獨立分割後與原發得科技公司合併而成。
早期的發得科技先後與日本三菱電機、日本夏普及日本三菱重工等技術合作生產線切割機與SK系列旋轉機,後進而自行開發車床、鎕銑床等機械產品,與日製機種並駕齊驅,外銷全球。後以FEMCO品牌推出CNC車床、臥式搪銑床、及立式車床等,以卓越的製造經驗結合堅持創新的理念,不斷創新研究,持續投入研發經費,培植產業人才;目前更以『自動化鋁輪圈智能生產線』,位居全球前三大鋁輪圈供應商,聞名全球汽車產業市場。
回顧過去幾大經濟事件所引發的效應,並間接帶動了中國大陸的後來居上,身為國際上政經情勢下的犧牲品,弱勢的台灣機械產業面臨市場上同質產品越來越多,且同業惡意削價競爭下,為有效提升生產力與競爭力,並擺脫由削價競爭為品牌造成的負面影響、免遭大環境淘汰。因應這股國際局勢,數年前發得科技毅然決然投入打造能依照客戶需求,量身訂做客戶所需產品的『智慧機械』行列。

關鍵詞:遠東機械、鋁輪圈、智能生產線、工業4.0、智動化、全自動虛擬量測、智慧製造

董事長 莊國輝先生

 

發得科技以自行研發的『自動化鋁輪圈智能生產線』,其中包含多項的獨家專利技術如AVM虛擬量測、視覺辨識定位、線上即時機台監控、自動溫升及刀具補償等,之所以能聞名全球,吸引國際大廠下單的獨特之處在於,發得科技實現將高端生產之『混型生產技術』,並搭配長期與學術單位所合作研發之『AVM虛擬量測技術』並將其成功導入自身自動化系統,以時間內可全自動同時加工不同輪型以混型生產的方式,提升加工效率;除可將生產前的預測分析、過程及結果各項過程紀錄並數據化,並可進行溯源管理,查出產品變異的原因並據以改善,確實掌握產品質量、機台及刀具狀況,完整實現智慧生產的概念。

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全自動虛擬量測(AVM)簡述
Automatic Virtual Metrology簡稱AVM。顧名思義為一種量測技術,屬間接量測技術,為發得科技運用在其自動化生產線之獨特科技,其特色在於此項技術能全自動對其產線進行檢測;不論是加工過程變異、機具磨耗、零件消耗、加工工件質量,都能因應使用項目全自動進行即時性的公差補正,並蒐集成為大數據回饋使用,而檢測過程中所花費的時間卻不會影響原先產線的生產效率。

 

AVM驗證項目表

 

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可全檢系統對於量產的重要性

隨著產業製程技術的提升,各界對於精度要求也日益嚴苛,產品良率的確保,也受到嚴厲的考驗。工業4.0的架構日趨成形後,全球先進國家無不傾全力提升其產品質量以增加國際競爭力,在產能與生產效益的生產曲線中如何應用全檢技術,讓生產設備能在全天24小時不關機的情況下,持續並穩定將其生產力以最大、最佳化,確實掌握加工中所可能造成的成本浪費,是實現未來工廠中『生產零缺陷』的關鍵目標。
屬於精密製造的工具機產業,以發得科技所生產的汽車鋁輪圈為例,其生產之最高原則即高良率,換句話說,提升良率也等於直接提升獲利率。因此,要將生產過程中的不良品減少,提升良率,最直接的方式就是對所有半成品及成品進行全檢。
現況中為實現全檢的唯一做法,只有購置大量的量測機台,才可針對產品進行1對1檢測,且過程中須耗費大量的生產時間(cycle time)才可達成目標;因此業界目前普遍是以固定數量輔以量測裝置進行抽檢,才可實現品質管控,但如此並無法達到全方位品管;此外,汽車加工產業中以『安全性』為生產過程中之最高原則,且對於品質的控管更是嚴苛,目前國內工具機產業普遍以人工方式進行抽檢,對於生產過程中工作人員安全性的潛在風險更是無法掌握,縱觀所述,虛擬量測技術勢必成為未來自動化產業中無法缺乏的關鍵技術。

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實現產線全自動完整全檢

由發得科技所自行研發的『自動化鋁輪圈智能生產線 (FEMCO Smart Wheel Automation)』取代過去僅能在針對少量樣本進行離線抽檢,直接改為生產過程中即可針對所有鋁輪圈進行線上全檢,並將檢測數據上傳雲端,以預測產品、即時監控,回朔物料、自動補正等四方面,進行品質控管。

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加工流程概述 (如圖所示)

step1. 鋁輪圈粗胚置於進料台上、以機械手臂夾取後進入ㄇ字型生產流程,生產過程全程均由機械手臂操作,以實現自動化生產之理念。
step2. 進行第一次加工進行內側加工(含粗/精加工),量測項目主要包含中心孔尺寸、安裝面平面度。
step3.進行輪圈外部表面鑽孔製程,量測項目主要包含PCD孔直徑、汽門孔。
step4. 最後,進行輪圈外側加工(含粗/精加工),量測項目主要包含外徑、外蓋孔徑。
step5. 出料前,機械手臂會將輪圈送至雷射雕刻機(Laser Maker)打印生產識別碼(ID),以實現生產過程中及出料後的物料追蹤。
在過去,以上三個製程的加工精度均只能透過加工結束後的CMM量測(三次元測量儀)進行品質確保,須花費相當的人力、裝置及時間成本;然而,在導入AVM系統後,在上述生產製程中,AVM系統僅須透過GED(通用型嵌入式裝置)收集其製程資料,進行資料前置處理以後,再由AVM伺服器計算出虛擬量測值,以提供產線工程師判斷其加工精度是否符合規範,而加工過程所產生的精度結果,可提供日後需要追溯該輪圈之生產履歷用途。
而AVM系統之所以能成功運用在工具機產業,通用型嵌入式裝置(Generic Embedded Device, GED)功不可沒。左圖為AVM系統搭配GED的架構示意圖,GED擔任AVM Server、機台以及CMM量測裝置的橋樑,也就是收集機台資料的核心處理器,其包含收集感測訊號、控制器參數、CMM量測資料,與感測訊號之前置處理,包含訊號消噪、切割、特徵轉換等;再將處理後的加工特徵寫入至STDB,才能順利完成後續雙階段的虛擬量測演算法。

 

遠東智動線加工流程

 

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刀具磨耗預測分析

除了線上即時全檢,發得科技-智動化產線所應用的AVM系統中,另項重要的目標是預先偵測加工機台的異常狀態,以便採取適當的維護措施,避免停機所造成損失,並提升產品精度、產能、可靠性與安全性。切削過程中,刀具磨耗程度會直接影響加工品質的呈現,為確保穩定的加工品質,業界現階段普遍的做法為提前換刀;然而,過早替換刀具結果將造成浪費,且製造商必須大量投入刀具添購與重新修磨的成本上,但倘若延後替換刀具則必須承擔斷刀、崩裂所引發的機台故障、停機,甚至是加工出廢品的風險。
因此,研發團隊利用AVM系統的特性,透過GED裝置擷取加工過程中之振動、電流、控制器加工參數等特徵,將其巧妙應用至刀具磨耗預測分析上,透過有效的數據預測及即時監控刀具狀態、並提供合理的更換刀具時間點,讓刀具發揮最大效益,進而精準掌握機台狀況並提升加工品質。

 

生產辨識碼

 

               虛實整合技術/刀塔拆解AR                                                                                                      虛實整合技術/產線生產模擬AR                                                                        

 

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智慧製造雲系統

全球所提出的工業4.0架構,其主要重點為未來資通技術的全面革新,即透過『物聯網(Internet of Things, IoT)』、『虛實系統(Cyber-Physical System, CPS)』、『雲端製造(Cloud Manufacturing, CM)』與最後的『大數據分析(Big Data Analytics)』之間的互相串連結合透過設備自動化、工廠智慧化,以及系統虛實化,實現『生產零缺陷(Zero Defects)』之終極目標。
發得科技研發團隊持續整合內部資源、以虛實整合系統,透過截取機台生產資料至雲端AVM,可透過使用者介面或一般行動裝置即時監看全球產線的加工狀態,可再以掃描QR Code查看更詳細的工件資訊,未來預計應用至各式教育訓練、產品維修、零件保養及使用者維修等服務上。
擁有嚴謹精實的作業流程,與成熟專業的製造技術,發得科技始終經由創新及嶄新技術精進於產品開發,並以獨家研發多種功能之臥式搪銑床打開國際知名度,後自2005年起,積極投入智能化技術研發,以專利技術及研發能力,使產品能應用至更多不同的產業,並積極與多家國際大型企業合作共同研究開發及技術轉移,統合內部資源並整合長期所累積之經驗與技術,有效地提供給客戶最佳的產品及各項解決方案。

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