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東元、高聖智慧轉型
工業4.0 in Taiwan

【作者: 廖家宜】   2017年07月13日 星期四

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根據調查,台灣企業在轉型智慧製造或升級自動化產線的產業當中,尤以半導體與光電產業居多,但論積極程度,傳統產業卻是一枚不可忽視的亮眼新星。從世界第一大運動鞋代工廠寶成、世界第一大自行車製造商巨大,再到台股重要支柱的台塑集團等,橫跨多個領域的傳統產業,都不約而同積極導入智慧製造。而在這當中,亦有不少「Made in Taiwan」的傳產企業在國際上發光發熱。


東元電機打造全球首條馬達智慧產線

東元電機董事長邱純枝認為,台灣廠商未來的競爭力就在於大量客製化。對於市場上產品少量多樣與高客製化日益漸增的需求,台灣製造業若想要保持國際競爭優勢,建置智慧自動化的彈性產線勢在必行。「智慧產線對於未來製造業「根留台灣」至為重要,唯有客製化才是『Made in Taiwan』可以存續的方向。」邱純枝這麼說。


但像東元電機這樣的傳產大廠升級智慧製造確也實屬不易,邱純枝表示,舉例來說,東元電機原先只是要購入自動機台,但仔細思索,一台自動機台是專為大量生產而生,並不符合未來客製化訴求的趨勢,加上現今對品質與交期的把關也日漸嚴苛,一台單純的自動機台已經無法滿足上述需求,因此東元電機借助物聯網技術來解決這些問題,以達到所謂真正的智慧製造。


東元電機是台灣馬達製造第一大廠,同時也位居全球前三大工業馬達製造廠,至今成立已超過六十年。在今年六月,東元電機才剛正式啟用位於桃園中壢的「馬達固定子自動化生產中心」,該廠區斥資約三億台幣且耗時一年半打造。但這座占地800平方公尺的廠區最引以為傲的是,其運用3D視覺機械手臂、無人搬運車(AGV)以及自動捲入線機等智慧自動化生產技術,更大量應用東元集團自行研發的各種生產管理系統,組成全球首例且規模為亞洲最大、最完整的工業用馬達智慧產線。


導入「馬達彈性生產智動化產線」,現在生產線上的人力由過去60人銳減到僅剩20人,現今廠區內2/3的人力雖已改用自動化機械替代,但生產效率卻因此大幅提升。舉例來說,過去要花400分鐘的時間才能產出一台馬達,但導入智動化產線後僅要20分鐘便能完成,現在一天八小時作業時間便可生產580台馬達,年產量從10萬台增加到22萬台,東元電機也進一步表示,產線在人力縮減之際,整體效率卻能較以往提升三倍以上。


然而,人力縮減卻不代表人工作業跟著退化、被取代,相反地,反而更增進人工作業的效能,像是過去每一作業人員平均一天僅能生產10台馬達,但透過智慧產線的協助下,現在平均一天生產力可大幅提升至34台。



圖一 : 東元電機董事長邱純枝認為,台灣廠商未來的競爭力就在於大量客製化。(Source:東元電機提供)
圖一 : 東元電機董事長邱純枝認為,台灣廠商未來的競爭力就在於大量客製化。(Source:東元電機提供)

左右馬達性能的線圈繞線,是生產馬達的首要步驟。從馬達的生產指標佔積率來看,過去東元電機採用人工入線只能達到75%,且還須在兼顧可靠品質的情況下,技術難度會更高,因而東元電機在馬達生產的第一步中,就先導入自動捲入線機來解決這個問題。


自動捲入線機比起人工入線,可達到一分鐘1800轉的效率,僅在短短幾秒鐘之內,便可將馬達的核心元件鐵芯製作完成,佔積率也從75%提升到90%,而在捲入線後,最後才交由人工來處理線頭裝接。此外,過去倚靠老師傅的經驗,很容易直接影響到產品品質,但現在透過自動化設備的輔助,在年輕一代人力的作業下,亦可同時保障產品品質,無須擔憂作業人員經驗是否不足。


初步組裝後,經由穿梭在廠區內的自動無人搬運車(AGV),即能夠將一顆顆重達80公斤的鐵芯集中搬運到廠內相對應的位置,而這些無人搬運車載重可達1公噸。東元電機將無人搬運車與管理系統進行整合,可藉後端集團內自行研發的MES系統下達派工指令,AGV即可自動行駛至入料口、產線及機器人工作區進行物料雙向運送。


該廠區內共設置無人搬運車50個站點、共1225個運送路徑,而這當中又必須推算出最有效率的路徑,並同時得做到互相不碰撞等要求,提供技術研發的工研院也為這條智慧產線付出心力,工研院機械與機電系統研究所智慧機器人技術組組長游鴻修便表示,要做到上述要求並不容易,然而現在這些無軌式AGV確實已能在廠區內靈活地進行移動,執行物料取放、搬運等,在無安全疑慮且載重量龐大可謂做到全台第一。


東元電機內部工程人員表示,該無人搬運車採無軌方式,藉由鋪設樹狀磁條道路,並結合RFID生成自由路徑,同時符合機器人定位精度,進行三條產線物流移動。由於採自由行走路徑,在安全防護方面,面對交會車輛、工作人員或障礙物時,也可做到自動閃避或優先禮讓高重要度的車輛,彼此之間井然有序。


而廠區內一台台藍色的機械手臂穿梭其中,除了取代人力搬運之外,也可做到物料精準抓取與判別。該機械手臂採用3D視覺技術,並一共裝有3顆鏡頭分別針對馬達的位置、高度、形狀進行辨識。透過螢幕比對,作業人員亦可判斷手臂抓取的鐵芯是否正確,而透過3D視覺手臂也可自行判斷抓取的是半成品還是完成品,東元電機內部工程人員表示:「精準的定位誤差比一根頭髮還要細微。」


導入智慧生產線的獲益,不僅提升製造效率,對於企業整體營收與成本也有明顯改善。邱純枝透露,在實際運用智慧化生產後,不僅使機台數量減少30%,成本也下降10%,但如先前所說,整體效率卻能因此提升三倍以上。邱純枝也表示,面對現在人力缺工的問題,確實可藉由導入智慧產線來解決,但東元電機從傳產角色升級智慧製造,主要考量製造過程本身的複雜性,加上現有市場客製化需求提高。而對於傳統產業來說,建置系統整合也為一項挑戰,但企業仍須找到適合的生存之道,否則要實現「根留台灣」的目標,則會困難重重。



圖二 : 穿梭在廠區內的自動無人搬運車(AGV)得推算出最有效率的路徑,並同時得做到互相不碰撞等要求。(攝影∕廖家宜)
圖二 : 穿梭在廠區內的自動無人搬運車(AGV)得推算出最有效率的路徑,並同時得做到互相不碰撞等要求。(攝影∕廖家宜)

圖三 : 廠區內機械手臂採用3D視覺技術,一共裝有3顆鏡頭分別針對馬達的位置、高度、形狀進行辨識。(攝影∕廖家宜)
圖三 : 廠區內機械手臂採用3D視覺技術,一共裝有3顆鏡頭分別針對馬達的位置、高度、形狀進行辨識。(攝影∕廖家宜)

做出台灣「價值」 高聖精密轉型做預測服務

今年五月受邀至芝加哥國家實驗室(DMDI)(類似於示範工廠)展示智慧機械設備,又在2016年時,在德國斯圖加特金屬加工業展(AMB)上得到廣大迴響,讓當地大品牌企業感到競爭壓力,同樣在2016年,它參與了日本國際工具機展覽會(JIMTOF),更讓競爭對手一口氣派20幾個人組隊,浩浩蕩蕩到攤位前探查,也登上日刊工業新聞。在美、德、日三地發光,這間讓外國企業為之驚艷與感到「緊張」的企業,是來自於台灣的高聖精密機電,也是「Made in Taiwan」的代表。


高聖精密機電專門生產帶鋸機床,一般人或許對於這樣產品並不是很熟悉,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。而且現今材料的應用越來越好,導致鋸床在切割這些越來越硬的材料時更增加難度,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。


高聖精密機電成立至今40年,是間「有點年紀」的企業,面對全球製造業如今正紛紛踏上轉型的路途,高聖精密也一直在思考,以外銷為主的他們到底該如何做才能在國際上保持競爭力?


吳迎帆幾年前在一場活動上初遇國際工業大數據專家李傑,被李傑一句「除了繼續生產性能更好的鋸床之外,還打算做出點什麼?」給問倒。李傑認為,全球製造業各有所長,德國做「強」、日本做「精」、美國做「新」、中國做「大」,那麼台灣的特色是什麼?他則是認為,台灣需要做出「價值」。


面對客戶,企業是否夠了解客戶的需求呢?吳迎帆舉例,就像消費者要購車找上Toyata而非賓士的時候,他要的是能夠安全地開車返家,找到一條安全的歸途,而同樣地,客戶的訴求,就是想安全地切完材料之後收工回家。如何做到讓客戶在使用設備之後無後顧之憂,這就是高聖精密思考價值的所在。於是,高聖精密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。


而針對設備進行健康預測與維護,高聖精密則是借助大數據來實現。高聖精密發現對客戶而言最大的不確定性與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,吳迎帆解釋,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。



圖四 : 高聖精密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。(Source:Youtube)
圖四 : 高聖精密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。(Source:Youtube)

這些針對機台設備的預測即是來自於大數據的支持,藉由多個感測器的監控,可以對蒐集得來的數據資訊進行分析與研究,找出設備即將故障的時機,將原先不可預測的情況變成可視性。


對台灣企業而言,雖然在市場規模或政府支援上不如他國來的更有利,但不容忽視的是,台灣產業擁有絲毫不遜色的實力。各國製造皆有所擅長的優勢,就像人生各有所長,因此找出自身特點與價值,才能在這場工業4.0的競逐中逐漸找出一條走得踏實的路。


@刊頭圖(Source:American Home Furnishings Alliance)


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