工業 4.0

智慧工廠：整合式設備管理與智慧刀具規劃實戰篇

曾文光

• 本期導覽
• 工業 4.0

本期工業 4.0 的自動化製造管理趨勢，將著墨在金屬加工製造業如何結合 MES 進行「整合式設備管理與智慧刀具規劃」建構智慧製造平臺上，並以 ciMes 合作與實戰經驗分析。讓大家更清楚工業 4.0 的虛實化整合、物聯網、智慧設備與機器人的相關應用，以及如何妥善運用物聯網（IoT；Internet of Things）技術串聯與整合各項自動化設備，達到智動化生產，與構建虛擬工廠管理應用。

智慧工廠整合式設備管理實戰分析

在工業 4.0 智慧工廠的規畫與應用中，透過與資訊整合打造的整合式智能設備管理平台，可突破工廠以往單機台或是單區域管理模式；將以整個廠為出發點，無論是在設備、生產、品質或能耗，都能依據各工廠管理關鍵績效指標 KPI（Key Performance Indicators）為起點，讓管理者層層分析，找出問題的癥結點，下達正確的工廠管理指令。

以設備狀態為例，當稼動資訊出現異常時，就能從該整合資訊進入分析，檢視造成生產流程異常的區域，再進一步檢視是哪台設備所造成的問題；當然，具備工廠管理權限人員可以直接從機台或各元角度，操作該元件狀態達到即時控制的效果。同理，在品質、能耗或生產進度上，皆能以相同的模式快速找到問題與原因，全面提升管理階層在生產管理上的效率。

以下則將以 ciMes 合作夥伴研華 WebAccess 為整合式智能設備管理平台範例，提供相關規劃及設計應用作為參考（以下圖表參考來源為研華科技）：

規劃策略的執行

• 智能監控管理總表：如下圖所示，可以看出各廠的基本管理信息，（包括：入庫數量、產值、人數、DOA（Dead on Arrival；新品故障換貨）、異常工時、生產力等），可讓主管根據即時訊息採取正確管理決策。

  管理者與作業人員可以從螢幕上清楚知道生產效率數據（例如各廠的設備工作時間、異常時間、有效及標準工作時間），根据這些資料可即時計算生產效率及生產力。資訊亦可即時反映到自動排程系統（APS），以提供更有彈性的排產規劃。

  

  

• 機台即時狀態監控：包含機台運作狀態、稼動率及週期時間（Cycle Time），可視化資訊不僅能讓管理者改善產線的管理工作，還可以提供精準的數據以進行效益分析及優化。

  機台稼動率則可監控現場生產線的狀況，包含生產線每個機台的作業時間、異常時間、等待時間及稼動率。

  

  

• 機台健康狀態監控：能夠查看到所有即時的資訊，一旦偵測到作業異常，即會發出操作預警通知，降低維護成本。

  

  透過上述的規劃應用範例，可以清楚的看到經過智慧設備整合式管理的應用，將各廠設備狀態與回饋資訊集中在智慧設備管理平台下，經由整合管理介面就可一目了然智慧工廠的實際運作情況。各製程線與機台裝設的智慧感測元件、Robot 機器人所偵測數據，透過 MES 系統平台整合資料與圖控軟體，進行集中式管理資訊，即時呈現各應用面向，如：RMS（Recipe Management System；製程配方管理系統）參數、設備稼動維護監控、能源監控等，若加以整合在製生產資訊、現有圖控軟體、製程參數，一樣透過即時呈現集中式管理資訊與監控，虛擬工廠數位化管理應用的實現即不遠矣。

智慧工廠智慧刀具規劃實戰分析

金屬製品在機械加工過程中，刀具是指切削工具，亦是整體金屬加工工藝系統內影響製程能力的關鍵因素。而如何充分發揮刀具的優勢，讓刀具使用智能化；改善因欠缺更換保養刀具發生的不良現象，進而降低加工成本，則是智能刀具管理的重要一環。智能刀具管理方向包含以下項目：

• 金屬加工刀具選用：智能化系統驅動載具（例如：自動化機械手臂），依據產品、料號、型號或規格選用正確對應的刀具；若更換生產其它規格之工令產品，系統則驅動載具更換對應之正確刀具。刀具選用之正確性將影響生產製造之良率、生產效率與刀具使用壽命。
• 金屬加工刀具使用紀錄與保養管理：智能刀具管理可避免不良損耗發生，亦可達到降低成本的效益。包含刀具生產使用紀錄、計次或週期性之保養調整、刃磨、修理、使用壽命控制，完善的智能刀具管理體系，以確保生產過程品質穩定。
• 金屬加工智慧刀具管理：涵蓋刀具切削時間自動統計、顯示和報警，並將相關數據上傳到伺服器，由系統平台積累數據與管理。利用刀具壽命管理功能掌握刀具使用次數和使用狀態，使得設定值在到達使用狀態後更換為備用刀具，由此可事先預防刀具破損而損壞工件等故障損耗。

金屬加工刀具 MES 應用規劃我們則從應用架構、功能平台與設計範例說明提供給大家參考。

• 應用架構規劃

  以 CNC 工具機（Computer Numerical Control；電腦數值控制）加工製程為範例。應用架構規劃流程及重點項目說明如下：

  1. 智能刀具選用：透過半自動方式，例如：人員刷入工單批號、產品、機台、刀具條碼，或自動化方式，例如：透過 RFID（Radio Frequency Identification；無線射頻辨識）感測元件自動收集資訊系統，系統驅動機械手臂自動選用正確刀具。
  2. 智能提醒刀具保養更換：藉由半自動／自動積累各產品所使用之刀具次數，系統平台負責比對設定的保養週期與耗損邏輯，適時發出維護或更換提醒或警示，避免刀具不良造成損耗並提升生產效率。
  3. 完善生產履歷：系統平台記錄並勾稽各產品及其使用之機台與刀具各項資訊，智能追溯成品之物料與生產歷程。

  

• 功能平台

  資通電腦 ciMes 製造執行系統零配件管理模組（Tooling），提供各機台所使用之零配件管理，範圍包含刀具、模具等零配件。支援各刀具的屬性、型態、狀態、資料、刀具群組及對應之工作站設定。系統依照設定對應屬性與邏輯，並與自動化機械手臂、下位機台設備整合，確保各金屬加工製程使用正確且健康的刀具。

• 規劃及設計範例

  

  1. 刀具（配件）資料維護：定義基本資料之前，必須先規劃好型態及狀態這兩項基本資訊，定義好之後，就能開始進行資料建立。而系統將有關於刀具資料需要紀錄的項目以分頁籤方式呈現，才能讓使用者在操作上更加簡便。

     

  2. 刀具與對應工作站設定：工作站與刀具使用的關聯，需同時將產品和型號加以連結，以求生產流程中的最正確使用，設定時畫面會依照工作站的順序顯示配件資料，使用者可利用下列各功能的操作步驟作所需的執行動作。

     

     

智慧製造的應用其實是藉由物聯網 IoT 的概念與機制不斷的連接、整合與應用，智慧刀具的管理及應用，在金屬製品製造加工過程中，如果能有效的數位化管理，對於製程能力與良率的提升是能有顯著的效益。