基於工業4.0理念近年來已逐步落實於產業鏈，對於影響切削加工品質和生產力最前端的刀具監測者，除了End user之外，也陸續向上延伸到系統整合（SI）、工具機製造（Maker）廠商。尤其是未來新興產品朝向個性化、客製化訂製方向發展，相關製程也須不斷進行工序整合、高度自動化，帶動車銑複合加工機和零組件、周邊自動化設備需求水漲船高。
根據國際工具機大廠DMG MORI曾分析現今製造業市場趨勢，認為除了受到少子高齡化社會影響，將導致勞動人力短缺，加速機械人工智慧化（AI）之外，此也有助於解決過去因為量產汽車、馬達轉軸等零組件生產型態多元，必須結合車、銑與鑽削等多站機臺和工序分離（Process Segregation）模式加工，每日產能約達到100~1,000件，卻造成占地空間太大等問題，而開始轉型為高效率智慧製造生產。
改用車銑複合加工機來分別因應未來航太與醫療產業，若採取工序整合（Process Integration）模式來提高生產效率，以每日產能約1~10件生產多樣少量、客製化產品。或是如汽車與3C產業，仰賴高度自動化（Hyper Automation）與智慧管理模組，可在極短交期內，每日批量高效生產5,000件以上產品，從而提升整廠產能的兩極化方向發展。
| 圖1 : 為了轉型高效率智慧製造，近年來業者改用車銑複合加工機，以因應未來航太與醫療產業採取工序整合，或是汽車與3C產業的高度自動化生產，朝向兩極化趨勢。（source：PMC） |
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精機中心AI刀具智慧管理系統 整合刀倉與刀塔自動換刀
精密機械研究發展中心（PMC）也趁勢協助業界，轉型智慧製造生產，透過科專計畫協助開發能同時完成單機多道工序整合、高度自動化加工的斜背式多刀塔車銑複合加工機，得以減少加工站數量；進而整合自動化與智慧管理模組，執行高效生產解決方案，來實現24/7不間斷自動化加工。
其中，有別於傳統動力刀塔，最多僅能裝配16把刀或4刀塔的64把刀，常導致依序加工使用的刀具常受限於備用品不足，或磨耗過度後須停機換刀。PMC智慧機械設計部經理林成興指出，雖然現今臺灣一般市售車銑複合加工機均有搭配伺服動力刀塔，卻不具備自動鬆/拉刀把的功能，導致所有刀具的上下替換皆須仰賴人力，而影響生產效能，有必要開發一套具備鬆/拉刀把機構，可自動換刀的動力刀塔設計模組，讓使用者選擇搭配外部刀倉與自動換刀機構的連結作動，快速替換刀具。
PMC便為此開發AI刀具智慧管理系統，整合刀具資訊並控制機臺和刀倉換刀，進行高效率生產刀具管理?？稍谑褂谜邔胱詣拥秱}系統後，視需求增加放置20把刀以上加工或備用刀具。並在刀具取放處設計安裝RFID讀取天線，當取放刀把入/出庫時，系統可同步讀取刀把資訊即時管理；採用模組化刀架設計，也可替換單一刀具，能有效降低維護成本。
| 圖2 : PMC為此開發AI刀具智慧管理系統，整合刀具資訊並控制機臺和刀倉換刀，進行高效率生產刀具管理。（source：PMC） |
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經由上位AI刀倉智慧管理系統通過實體I/O交握通訊，整合車銑複合加工機在自動刀倉、動力刀塔的刀具位置等資訊，更有效率應用產線上的所有刀具。進而按照產線排單生產需求，透過不同演算法運算、規劃排程工序，即時反應今日排程、工件是否無誤，並調配刀具使用。
林成興表示，透過線上監控有效管理其刀具履歷、刀具佔用率、空閒率、替換率，記錄刀具磨耗狀態，並利用類神經網路LSTM精確估測智慧刀具壽命可用率等相關資訊，倘若無法用到下一次工序時，須及時替換或遞補更新備用刀。藉此軟硬整合手段，將有效提高刀具使用率、減少停機，讓產線達到24/7不間斷生產，為客戶提升設備整體稼動率OEE等價值。
且為此開發車銑複合機換刀系統，具備自動鬆/拉刀把功能，同時整合BMT介面動力刀塔系統與鬆、拉刀機構設計，與刀塔高度整合，利用切削主軸馬達提供鬆刀動力，以進行刀把自動取放、裝卸的專利動力刀塔系統，避免額外裝置鬆刀用油壓缸，減少空間干涉，且軸承無需承受油壓缸推力；以及HSK介面可換刀動力刀座、拉刀機構設計等，來實現外部刀倉的自動刀把交換功能，將大幅擴充刀具用數量。
透過高效率自動換刀作業，搭配外部刀倉系統的刀具，與自動換刀機構的連結作動，讓加工用的刀具不受限於刀塔端，從而減少人員換刀時間，毋須仰賴人工作業。無論新舊車銑複合加工機都能實現不間斷自動排程換刀生產，執行彈性多樣的工序加工和連續生產目標。
| 圖3 : 透過高效率自動換刀作業，搭配外部刀倉系統，最多可增加放置20把刀以上加工或備用刀具，與自動換刀機構的連結作動，從而減少人員換刀時間，毋須仰賴人工作業。（source：dmgmori.co.jp） |
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達詳智能刀具管理系統 實現金屬加工自動化
當傳統金屬加工業面臨疫情衝擊和通膨隱憂，以及航太、電動車等高值新興產業崛起，皆造成全球供應鏈轉型升級與人力不足等多重挑戰，紛紛調整傳統生產模式，積極轉型智慧製造以保有競爭力。
尤其是在加工過程中須要大量使用各種不同刀具，所以產生刀具存放與管理的問題。過去主要透過人工定義刀具壽命，再行抄寫記錄、儲存，用來推演所需刀具數量與種類，無形中會增加人工成本，且無法避免出現拿錯刀、缺刀等失誤，造成浪費和庫存壓力。
即使刀具確實損壞，發生撞刀或斷刀後停機，再重新換刀、補正設定的時間就會延遲，甚至拖累設備稼動率。一般現場操作人員來領刀或換刀的理由，通常也是刀具受損或遺失，但刀具管理人員無法判斷真實性，只能被動補充刀具來避免耽誤工作，皆將導致成本難以控制，為現場操作人員及業主最不樂見。
因此，如何有效管理庫存水位與減少浪費，還能正確選配刀具而避免耗損，對於終端加工生產者會是相當迫切的課題。達詳自動化公司則可扮演系統整合商角色，提供金屬製造業所需智慧製造解決方案，包含精鑄、砂鑄、壓鑄，以及工業機器人、拋光研磨後處理製程，與智能刀具管理、AI智慧製造系統、AS/RS自動倉儲系統等自動化整合服務。
現也透過達詳自主開發的DSA專利智能刀具管理系統，有別於現今市面上既有刀具管理系統和存放設備，共由「DS智慧刀具庫」+「DS智慧刀具車」+「DS刀具管理系統」3個面向全方位智慧整合軟硬體設計而成，以協助使用者正確選用刀具、紀錄刀具使用歷程，並藉此自動判斷刀具狀態而提高生產效率，不僅有效控管刀具庫存及成本，也減少加工失誤的風險。
藉此讓業主除了可透過系統在現場換刀時，自動輸入補正值到加工設備，而避免人為輸入錯誤，導致撞刀；具備自動配置所需刀具到刀具車內功能，可搭載達詳獨家設計DS智能刀具車為主的AGV自動搬運系統，將所需刀具自動運送配置到機臺邊，再利用Wi-Fi與工具機交換資料。
| 圖4 : 由於車銑複合加工機在加工過程中須要大量使用各種不同刀具，該如何有效管理庫存水位與減少浪費，還能正確選配刀具而避免耗損，對於終端加工生產者會是相當迫切的課題。（source：sme.org） |
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透過RFID辨識技術同時整合刀具庫和刀具管理系統，搭配磁鎖式刀具的互鎖換刀機制、雲端化智能系統管理的換刀流程，整合資料庫的刀具履歷和庫存狀況等資訊，使得系統能比對RFID，限制人員領或換刀行為，避免刀具遺失或者上錯刀的情形發生；進而管控刀具庫存、節省尋刀時間，得以有效協助客戶解決庫存及成本管控的問題。
該刀具管理系統利用資料庫管理技術，同時監控刀庫、刀具車及工具機內所有刀具的資訊和狀態，透過分析管理各項數據而有系統化管理刀具庫存水位，並建立刀具履歷，進一步與AI技術整合，計算出最佳建議刀具，控管採購需求數量和整體加工成本。
讓業主既可結合現有訂單，經由達詳自行設計的SMB系統，蒐集各項設備資訊和APP/WEB友善的使用者介面呈現，來瞭解未來1~2個月內生產所需刀具；並搭配DSA雲端智能刀具管理系統配送，可從遠端即時監看而掌握現場機臺狀況，結合量刀系統預先紀錄補正值。
此從SMB導入到刀具管理系統的運用，都在體現智慧工廠可真正幫助客戶落實高效管理與生產，還能搭配DS智慧刀具管理、SCADA、MES或是自動化系統等軟硬體完善整合，更能按照客戶需求和預算去協助評估與規劃，實現當下智慧製造帶來的產能與效益目標，解決多數傳統產業轉型的困境，緩解工具機產業長期缺工問題。
結語
| 圖5 : 產學研各界應積極改善產業體質，包括上中游工具機及自動化設備、系統整合等廠商，藉以提升設備稼動率、確保穩定品質與訂單交期。（攝影：陳念舜） |
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自從2018年以來，臺灣機械業雖然受惠於地緣政治導致供應鏈衝突，導致供應鏈重組；以及因疫情促成遠距作業、企業數位轉型等需求，與電動車等新興科技持續擴張，伴隨半導體、電子設備出口商機。
但下半年則面臨俄烏戰火波及，造成能源、原物料通膨危機和供應鏈瓶頸，產學研各界仍應積極改善產業體質，包括上中游工具機及自動化設備、系統整合等廠商，須積極投入開發車銑複合加工機等機種，同時導入周邊刀具智慧管理系統，藉以提升設備稼動率、確保穩定品質與訂單交期，將是轉型成敗與否的一大關鍵！
*刊頭圖（source：wintool.com）
