為了協(xié)助終端加工業(yè)者提升整體設(shè)備總合效率（OEE），達(dá)到零停機(jī)（Zero Downtime）的理想狀態(tài)，近年來(lái)工具機(jī)製造廠商不僅分別透過(guò)自製，或結(jié)合關(guān)鍵零組件廠商進(jìn)行異常狀態(tài)示警，以達(dá)到聯(lián)網(wǎng)化、可視化、透明化，即時(shí)維修更新之外；也開始加入內(nèi)嵌式感測(cè)器，以長(zhǎng)期監(jiān)控實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)化、智慧化願(yuàn)景，而與刀具、機(jī)臺(tái)最接近的軸承勢(shì)將扮演最關(guān)鍵地位！

工具機(jī)大廠東臺(tái)集團(tuán)也在今年TIMTOS x TMTS以「智慧製造」為核心，整合集團(tuán)資源展出「五化兩新」等7大面向技術(shù)，共涵括了：智慧化、自動(dòng)化、聯(lián)網(wǎng)化、複合化、服務(wù)化、新產(chǎn)業(yè)及新製程，解決客戶的痛點(diǎn)，進(jìn)而協(xié)助客戶進(jìn)入智慧製造領(lǐng)域，發(fā)展包含多樣自製感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智慧、智慧APP及數(shù)位管理等，來(lái)建構(gòu)單機(jī)、整線生產(chǎn)系統(tǒng)之零件智慧加工平臺(tái)。

圖1 : 東臺(tái)經(jīng)過(guò)整合自製MEMS感測(cè)元件，以壓低大規(guī)模長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)成本，實(shí)現(xiàn)所有80餘種智慧化功能，從智慧製造底層開始練功。（攝影：陳念舜）

綜觀東臺(tái)提出的智慧解決方案中，即主要聚焦於製造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）以下領(lǐng)域，包括SCADA、CNC工具機(jī)硬軟體、智慧感測(cè)器等，其中的智慧感測(cè)器包括：智慧刀把、加速規(guī)、電子水平儀、功率計(jì)、機(jī)上盒等，又以加速規(guī)最為重要，待掌握之後才能真正實(shí)現(xiàn)後續(xù)應(yīng)用。

目前在東臺(tái)TIMS整機(jī)健康監(jiān)控過(guò)程裡的「機(jī)臺(tái)預(yù)兆保全」裡，共分為5大健檢項(xiàng)目：主軸軸承檢測(cè)、結(jié)構(gòu)水平檢測(cè)、智慧夾放刀檢測(cè)、控制單元檢測(cè)、周邊工站檢測(cè)等，進(jìn)而建立AI溫升模型，得知形變、主軸伸長(zhǎng)量後，進(jìn)行熱溫升補(bǔ)償來(lái)提高精度，自動(dòng)持續(xù)生產(chǎn)良品。

但苦於傳統(tǒng)加速規(guī)的價(jià)格較為昂貴，即使近來(lái)引進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的微機(jī)電（MEMS）型感測(cè)器較為便宜，卻還須加入後續(xù)更貴的高速工業(yè)電腦（IPC）板卡、轉(zhuǎn)換分析軟體等，可能總體價(jià)格更高達(dá)數(shù)萬(wàn)元。東臺(tái)則將之整合為單一MEMS元件，以監(jiān)測(cè)3軸資訊並壓低成本，實(shí)現(xiàn)所有80餘種智慧化功能，才能承受大規(guī)模長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、蒐集，並輸出多項(xiàng)溫度與振動(dòng)資訊，從智慧製造底層開始練功。

產(chǎn)研自主開發(fā)內(nèi)嵌感測(cè)器　為工具機(jī)主軸檢測(cè)加值

為了解決現(xiàn)今臺(tái)廠從國(guó)外進(jìn)口工業(yè)感測(cè)器比例高達(dá)90%的困境，經(jīng)濟(jì)部也自2021年起透過(guò)科專計(jì)畫，由工研院微系統(tǒng)中心開發(fā)力覺(jué)、振動(dòng)、視覺(jué)等關(guān)鍵感測(cè)器技術(shù)，補(bǔ)強(qiáng)臺(tái)廠在技術(shù)的缺口。現(xiàn)今研發(fā)出的高解析度力感測(cè)器，可即時(shí)判斷機(jī)臺(tái)異常與刀具磨耗等情況，相較於國(guó)際產(chǎn)品具備尺寸小、剛性高，售價(jià)約為一半等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)有超過(guò)10家工具機(jī)廠商將之導(dǎo)入應(yīng)用於高階工具機(jī)以及關(guān)鍵零組件等設(shè)備，年產(chǎn)量超過(guò)百臺(tái)，產(chǎn)值超過(guò)20億元。

包括可透過(guò)工研院開發(fā)具高剛性、薄型化以及高感測(cè)特性的力感測(cè)器，易整合於五軸加工機(jī)等設(shè)備內(nèi)，直接偵測(cè)設(shè)備加工時(shí)的力量特徵並監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，可應(yīng)用於軸承、主軸狀態(tài)監(jiān)控與健康預(yù)診，提升設(shè)備可靠度與穩(wěn)定性，協(xié)助臺(tái)灣五軸工具機(jī)廠商智慧升級(jí)。

以主軸健康預(yù)診系統(tǒng)量測(cè)主軸動(dòng)態(tài)預(yù)壓力，並搭配溫度與振動(dòng)特徵訊號(hào)擷取，建立線上量測(cè)、觀察主軸軸承受力狀態(tài)；透過(guò)智能診斷訊號(hào)鑑別技術(shù)，以可視化呈現(xiàn)主軸健康狀態(tài)，提供使用者掌握主軸狀態(tài)，即時(shí)偵測(cè)主軸異常狀態(tài)，降低非預(yù)期停機(jī)損失，提升機(jī)臺(tái)稼動(dòng)率。量測(cè)結(jié)果更可作為未來(lái)主軸開發(fā)之可靠度升級(jí)之重要依據(jù)，打破過(guò)往主軸預(yù)壓確認(rèn)的常規(guī)方式無(wú)法量化之痛點(diǎn)。

圖2 : 為了解決現(xiàn)今臺(tái)廠從國(guó)外進(jìn)口工業(yè)感測(cè)器比例高達(dá)90%的困境，透過(guò)工研院開發(fā)具高剛性、薄型化以及高感測(cè)特性的力感測(cè)器，可應(yīng)用於軸承、主軸狀態(tài)監(jiān)控與健康預(yù)診（攝影：陳念舜）

臺(tái)灣軸承專業(yè)製造廠東培工業(yè)（TPI）在今年TIMTOS x TMTS 2022也展出領(lǐng)先業(yè)界，自主開發(fā)的獨(dú)家軸承失效判斷系統(tǒng)，其搭載主軸用內(nèi)嵌式感測(cè)環(huán)，係對(duì)外採(cǎi)購(gòu)市面上新一代半導(dǎo)體製程MEMS感測(cè)元件，得以有效大幅降低成本。

再搭配東培自製高可靠度主軸精密軸承，構(gòu)成智慧工具機(jī)關(guān)鍵核心元件，安裝在距離軸承、刀把最近的端蓋位置。可藉此直觀取得較佳整合溫度、振動(dòng)等訊號(hào)品質(zhì)，避免受到外在加工環(huán)境高溫、油污及碰損，落實(shí)主軸預(yù)防保養(yǎng)與預(yù)知診斷。

此優(yōu)於傳統(tǒng)外接盒量測(cè)異常方式，將有助於客戶長(zhǎng)期監(jiān)控、採(cǎi)集資訊，判斷軸承受損位置；落實(shí)主軸預(yù)防保養(yǎng)與預(yù)知診斷、建立軸承健康指標(biāo)，進(jìn)而提前備料更換零組件，減少?gòu)U料。

東培認(rèn)為，當(dāng)少子化社會(huì)已成為未來(lái)趨勢(shì)，新一代年輕員工轉(zhuǎn)型投入產(chǎn)業(yè)學(xué)習(xí)時(shí)間倍受壓縮，很難再像過(guò)去苦學(xué)3年才出師。感測(cè)器則可扮演輔助整合資訊數(shù)位化的角色，將老師傅累積數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)快速壓縮量化，成為可供演算的邏輯程式，讓使用者不必費(fèi)心思考Raw Data從何得來(lái)的始末，就能快速實(shí)現(xiàn)數(shù)位轉(zhuǎn)型。

圖3 : 東培今年展出自主開發(fā)的獨(dú)家軸承失效判斷系統(tǒng)，其搭載主軸用內(nèi)嵌式感測(cè)環(huán)，安裝在距離軸承、刀把最近的端蓋位置，可藉此直觀取得較佳整合溫度、振動(dòng)等訊號(hào)品質(zhì)。（攝影：陳念舜）

NSK軸承協(xié)助數(shù)位轉(zhuǎn)型　強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品價(jià)值在於服務(wù)

NSK在臺(tái)灣總代理商永和順公司總經(jīng)理陳百鈞進(jìn)一步指出，其實(shí)NSK也是最早從軸承起家，成為日本第一大廠後，再逐步擴(kuò)及線性滑軌/螺桿、DD馬達(dá)等產(chǎn)品。目前軸承仍占日本NSK營(yíng)收95%；在臺(tái)灣市場(chǎng)則占營(yíng)收約85%，其餘10%~15%屬於線性滑軌/螺桿等產(chǎn)品，在日系同級(jí)產(chǎn)品的市占率僅次於THK。

「在所有軸承品項(xiàng)裡，又以精密軸承貢獻(xiàn)營(yíng)收占比達(dá)50%居多，應(yīng)用的主要客戶就是工具機(jī)及高速主軸等關(guān)鍵零組件廠商。」陳百鈞表示，前者包括：綜合加工中心機(jī)（Machine Center），用來(lái)高速輕切削加工智慧手機(jī)外殼的鑽銑加工中心機(jī)（Tapping Center），但近年來(lái)面臨中國(guó)大陸紅色供應(yīng)鏈威脅；車削加工機(jī)近年來(lái)比重漸增，可用來(lái)重切削加工電動(dòng)車、航太業(yè)工件，臺(tái)廠仍在精度方面保有優(yōu)勢(shì)。

例如現(xiàn)今電動(dòng)車及再生能源產(chǎn)業(yè)裡的離岸風(fēng)力發(fā)電等新興產(chǎn)業(yè)雖是未來(lái)主流趨勢(shì)，但這些產(chǎn)業(yè)的加工材料日新月異，且加工效率的要求不斷提升，重切削和超高速旋轉(zhuǎn)需同時(shí)兼顧的條件下，軸承壽命成為急待解決的課題。

在今年TIMTSO x TMTS首度發(fā)表的ROBUSTDYNA系列軸承，便採(cǎi)用NSK獨(dú)家具有優(yōu)異耐熱性和耐磨性的SHX航太等級(jí)鋼材，因?yàn)閯傂詢?yōu)於一般軸承鋼，使之負(fù)載能力增加15%、壽命（額定動(dòng)載荷）延長(zhǎng)了3倍，符合現(xiàn)今高速重切削需求。

圖4 : ROBUSTDYNA系列軸承採(cǎi)用NSK獨(dú)家SHX航太等級(jí)鋼材，使之負(fù)載能力增加15%、壽命延長(zhǎng)了3倍，符合高速重切削需求。（source:永和順）

另因應(yīng)近年來(lái)國(guó)際工業(yè)4.0潮流，身為日本第一大軸承廠商的NSK當(dāng)然也不能缺席，客戶可以透過(guò)NSK高性能的遠(yuǎn)端振動(dòng)診斷設(shè)備「Bearing Doctor BD-2型」，直接在機(jī)器外部透過(guò)無(wú)線藍(lán)牙測(cè)量和診斷出機(jī)器旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承的狀態(tài)，再以手機(jī)App擷取顯示資訊。

去年四月更偕同發(fā)那科公司（Fanuc）的開放平臺(tái)FIELD system，共同推出軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)/診斷系統(tǒng)服務(wù)「ACOUS NAVI」，透過(guò)此系統(tǒng)搭配Fanuc的感測(cè)器，可以讓機(jī)器設(shè)備經(jīng)由智能化提早發(fā)現(xiàn)軸承的異常和故障，達(dá)到預(yù)測(cè)性維護(hù)，而非等到異常發(fā)生後追溯。

在臺(tái)灣客戶亦可上傳NSK雲(yún)平臺(tái)，經(jīng)由永和順或日本原廠的專業(yè)團(tuán)隊(duì)代為分析，在臺(tái)灣產(chǎn)出技術(shù)報(bào)告，以提高即時(shí)診斷、究責(zé)等時(shí)效。但陳百鈞強(qiáng)調(diào)：「使用者最好還是搭配NSK軸承，提供原廠頻譜等相關(guān)參數(shù)資料判斷，才能更為精準(zhǔn)！」包括Fanuc也是NSK主力客戶，將軸承普遍用於CNC工具機(jī)和機(jī)器人關(guān)節(jié)軸部馬達(dá)。

未來(lái)該遠(yuǎn)端監(jiān)控軟硬體，也能延伸到離岸風(fēng)機(jī)、軌道車輛等設(shè)備應(yīng)用。希望藉由上述軟硬兼施的完善解決方案，幫助客戶達(dá)成產(chǎn)品所需的質(zhì)量控制及數(shù)據(jù)收集分析，下一步也不排除與支撐座、電控、模組、系統(tǒng)等廠商深化垂直整合。

且從代理商的角度強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品價(jià)值在於服務(wù)，如面臨後疫時(shí)期國(guó)際供應(yīng)鏈瓶頸，機(jī)械業(yè)關(guān)鍵零組件產(chǎn)業(yè)紛紛傳出缺料、塞港、導(dǎo)致交期延宕或祭出漲價(jià)等措施，永和順因?yàn)閹?kù)存管理得宜，善用總代理比起分公司可大量囤貨的優(yōu)勢(shì)，平時(shí)皆備有3個(gè)月庫(kù)存量；且將訂購(gòu)系統(tǒng)直接與日本NSK連線，既掌握最新現(xiàn)品動(dòng)態(tài)，直接空運(yùn)急件來(lái)臺(tái)之外，其他大部份產(chǎn)品仍仰賴海運(yùn)進(jìn)口。導(dǎo)致2020年不像同業(yè)調(diào)降庫(kù)存，反而逆勢(shì)提高庫(kù)存達(dá)9個(gè)月，趁這一波搶單受惠，2021年?duì)I收較2020年大幅成長(zhǎng)30%，接近臺(tái)灣工具機(jī)產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)幅度。

約10年前永和順便在華亞科學(xué)園區(qū)自建占地2,200坪大型物流中心統(tǒng)一發(fā)貨，既符合軸承品項(xiàng)繁雜、要求保存空間低發(fā)塵和潔淨(jìng)保存的要求。今年底還將成立經(jīng)日本NSK原廠指導(dǎo)成立的專業(yè)裁切室，以獨(dú)立空調(diào)維持恆溫作業(yè)，專門用來(lái)裁切線性滑軌，而非傳統(tǒng)委外裁切模式；再經(jīng)過(guò)量測(cè)設(shè)備及發(fā)泡填充物包材，來(lái)防止於搬運(yùn)過(guò)程中碰撞而影響軸承精度、品質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

因應(yīng)近年來(lái)工具機(jī)持續(xù)朝向智慧化加值發(fā)展，又受到供應(yīng)鏈瓶頸及客戶提高庫(kù)存?zhèn)淞闲枨螅瑒?shì)將更為壓縮原來(lái)可停機(jī)保修時(shí)間，主軸軸承健康指標(biāo)及預(yù)知保養(yǎng)則是工具機(jī)智慧化的關(guān)鍵所在！工具機(jī)產(chǎn)業(yè)除了更應(yīng)該加強(qiáng)整合既有智慧感測(cè)技術(shù)、系統(tǒng)整合技術(shù)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)臺(tái)參數(shù)監(jiān)控與高度資通訊技術(shù)，以達(dá)到智慧化與彈性化製造目標(biāo)。

進(jìn)而迎合現(xiàn)今數(shù)位轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，不能再像過(guò)去賣設(shè)備，只靠著人員及經(jīng)驗(yàn)處理，而必須透過(guò)蒐集、分析數(shù)據(jù)，也就是一般所稱的整體設(shè)備總合效率（OEE），包括稼動(dòng)率、產(chǎn)能效率、良品率都能隨之提升，才能有效應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，克服少量多樣的彈性生產(chǎn)、單件也可以生產(chǎn)的製造業(yè)挑戰(zhàn)。

*刊頭圖（source:superiorspindle.com）