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設備監控專輯:踏出工業4.0的第一步、用預測取代預防

台製造業者透過感測方案 提升企業關鍵競爭力

高聖精密機電從鋸床銷售轉型設備診斷服務,為工具機產業開創新價值。高聖

高聖轉型做出台灣獨有價值

主要出口歐美市場的高聖精密機電,是「Made in Taiwan」的代表。高聖精密機電專門生產帶鋸機床,一般人或許對於此類產品並不是很熟悉,但它卻是製造業的「第一步」。

高聖精密機電執行長吳迎帆舉例:「鋸床就像菜刀,將買回來的食材一一切好才能下鍋烹煮。」從鋼構橋樑、機器加工到精密科技等,拿到相應材料的第一件事就是切,材料若失準切不好,生產流程就無法繼續。

也因為如此,鋸床一直以來都扮演著「絕對不能停機」的角色。況且,現今材料的應用越來越好,導致鋸床在切割越來越硬的材料時難度增加,因而業界對於鋸床的標準也會更高,這也是高聖精密目前所面臨的最大挑戰。

國際工業大數據專家李傑曾表示,各國面對製造業發展都各有所長,而台灣製造業則需要做出「價值」。吳迎帆從此角度出發思考,發現在客戶的訴求中,最期望達成的目標就是準確地切完材料,在規定的時程跟品質要求內如實達成工作進度。

而如何做到讓客戶在使用設備之後無後顧之憂,這就是高聖思考價值的所在。於是,高聖從單純鋸床設備的提供者,開始轉型成為針對設備進行健康預測的服務提供者。

高聖發現對客戶而言,最大的憂慮是來自於設備上的刀具,刀具的穩定性影響整個機台設備的運作,甚至影響交期。客戶需要掌握機台的使用狀況,以及換刀具的最佳時機,在刀具尚未完全損壞前就先進行汰換,避免臨時停機的窘境。

因此,高聖便在控制機箱內安裝設備監控系統,整合資料擷取模組與訊號處理轉換模組,連接電流感測器與電阻式溫度感測器,並且導入機器學習與人工智慧技術,而客戶便能透過設備監控系統採集帶鋸機切割時所產生的訊號,並以此資料為機台建模,歸納出相關零組件需要維護或更換的特徵值。

再根據鋸子的受力狀況,以及切削時摩擦所引起的溫度測量,將其一一記錄與分析下,便可以如實掌握設備的健康狀態與產品的使用周期,將原先不可預測的情況變成可視性。

中鋼不畏嚴苛環境強化生產力

中鋼為一貫化作業的鋼鐵生產工廠,目前國內只有中鋼有能力從礦砂一路煉製到鋼胚。生產鋼鐵是一個涵蓋化工、汽電共生、高壓氣體的製程,整個廠區的作業環境十分嚴苛,也因為如此,廠區內的設備必須具備高產能、高溫、重負荷、高衝擊等嚴酷的條件。

光是單一製程廠區,投資就動輒數百億。因此任何設備一但異常,不僅對產線,也將對上下游產能造成巨大影響。從原料輸送、煉焦、鋼板、條鋼、鋼胚等製程中,將會歷經一系列龐大且複雜的重要設備,而在嚴苛的製程環境下,這些設備的相關零件很容易造成損壞或斷裂,若無法即早檢測設備異常,則容易引起故障導致停機。

因設備龐大,若遇停機更換維修,也會因此延長停機時間。為了降低意外停機所帶來的損失以及工安危害,中鋼便透過智能設備監診系統的導入,藉此可在事前評估產線各項重要設備,進而確認最佳維護時機及制訂最佳維護方式。

舉例來說,製程之一鋼胚就像中央廚房做出來的麵糰,是中、下游鋼鐵加工廠用的鋼鐵原料,在加工過程中會把鋼胚丟進熔爐裡變軟,並經過條鋼廠軋製機重複擠壓製成各種鋼鐵產品,但在擠壓過程中,軋製機的擠壓力道非常強,且一個零件動輒上百萬元,不管是因製程因素提前損壞,或是未到使用壽命極限便提早汰換,對於業者來說都是一筆巨額損失。

於是,中鋼在設備中埋入感測器,以偵測各項設備的使用壽命,藉由設備監控系統,可盡早發現耐磨板的磨耗、軸承的異常等,而這些因素對於穩定的生產有很重要的貢獻。

工具機製造商藉顫振監控提升CNC精度

成立超過50年,座落於精密機械聚落的某家台灣加工中心機製造商,擁有相當成熟的工具機研發與生產經驗,產品出口至全球數十個國家,深受國際知名大廠肯定。近幾年,該製造商積極朝智慧工廠發展,致力於從傳統工具機製造商,升級成為世界級工具機領導品牌。

該工具機製造商除了持續開發高品質機型、布局智慧機械外,也從現有客戶問題著手來優化加工中心機的功能。由於CNC工具機是製造業仰賴的重要生產設備,因此必須不斷精益求精,藉改善性能來提升加工精度,以追求生產高品質。

機器校準是否正確,是影響加工精度的重要關鍵之一,但一直以來,製造商卻是透過老師傅累積的多年經驗進行校準,但透過此種不科學的作業模式繁瑣又費時,一旦作業程序疏失便會引發加工精度失準,更何況若遇老師父退休,也難保新人能如實傳承老師傅寶貴的經驗。

另一項影響加工品質的關鍵則是顫振,當CNC工具機進行快速或深度切削時容易產生顫振,由於顫振屬於輕微高頻振動,通常難以察覺,但此現象不僅會降低加工精度,甚至會間接影響損壞刀具、主軸、軸承等重要零件,因此,設備製造商期望透過解決辦法盡早發現顫振問題,並防止問題持續惡化以影響加工品質。

為了降低透過人力校準所引發的不確定性,並降低機台顫振問題,製造商透過導入感測技術來協助出產的工具機完成自動校準與即時監測,在機台中加入主軸校準與顫振量測的功能。但一台全新的CNC工具機動從幾十萬到上百萬不等,若是設計一台加入監測功能的全新機型將會大舉增加成本。

因此,該製造商欲透過在現有機台加裝監控模組,新增主軸校準及顫振量測功能,也以便能讓新的CNC工具機可以盡早投入市場。透過易於整合的解決方案,該製造商最後採用能隨插即用的資料擷取模組,僅小幅修改硬體電路,因而無需重新設計機台便能新增所需的功能。

延伸閱讀【工具機監控解決方案】

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