把機器「變聰明」 快速複製每個完美

作者/賴宛靖

(轉載自《工業技術與資訊》第299期)

加工製造產業是門藝術,但即便技藝再怎麼精湛,人與機器的搭配仍存在著瑕疵出現的機率,若想精湛演繹出每個完美作品,又勢必得犧牲效能。該如何打破瓶頸?工研院跨國研發出「製程優化軟體SpeedPro」,成為加工機器最聰明的「腦袋」,讓完美不斷重現。



加工產業製程技術日新月異,不過仍有人工操作無法駕馭的難題。比方說,航太零組件要求高度安全性與可靠度,廠商常需用整塊胚料直接加工,多數工件切削移除量逾九成,且零件形狀複雜,加工時間冗長,像是為達到複合曲面薄形結構件的要求,多數航太零組件廠商必須採購高價的五軸加工機,投入的設備成本較高,且尚需有經驗的技術人員程式設計,盡可能提升生產效率,但仍難跳脫打樣成本高昂、產能緩慢、良率不高等宿命。

跨國合作  製程優化大躍進
2011年起,工研院研究團隊前往位於加拿大的英屬哥倫比亞大學,揭開「加工數位化」的研發序幕。工研院智慧機械科技中心智慧製造技術組組長羅佐良說,研究主旨是將加工製程模擬化,研發過程不僅需要許多專業人才投入、量測各式機器,並建立資料庫。歷經國際團隊磨合、溝通,慢慢培養默契,終於共同研發出「製程優化軟體SpeedPro。」

工研院與英屬哥倫比亞大學攜手合作,分工細膩,歷經無數實驗、蒐集各式材質、刀具的切削應用數據,建立龐大資料庫後,再由工研院構思出優化製程軟體。「回到臺灣後,我們進一步思考如何降低業者的使用門檻,畢竟,再好用的製程優化軟體,必須方便普及,才能幫助產業提升。」羅佐良表示,唯有將龐大資料庫寫成程式直接裝在工具機裡讓客戶使用,才是最佳方式。


駕馭機器  讓產品一次到位

SpeedPro導入切削路徑參數診斷及優化服務,搭配機台切削性能量測分析,不僅切削力穩定,能精控轉速、切深,延長刀具壽命,也能使機台主軸負載更穩定。「以往需仰賴資深工程師、老師傅經驗的加工製程,常因能力有限,無法預知機器的極限,得不斷在失敗中找答案。SpeedPro就是幫人駕馭機器,掌握生產過程中的變數,讓每個細節量化、提升產品良率。」

目前加工製造業普遍使用的輔助製造軟體,往往只考慮幾何精度而忽略切削力學對加工品質的影響,通常得仰賴工程師的經驗,不斷的嘗試錯誤才能找出可用的進給率參數,且一段加工路徑只能設定一個固定的進給率,無法根據路徑的幾何特徵、刀具與工件的接觸條件設定連續變化的進給率;此外,若欲在製程中變更進給率,使用者需取得原有CAM程式,無法即時在加工機台現場調整,耗費時間及人力。

SpeedPro結合了切削動力學與最佳化方法,計算出加工路徑上每一點的最佳進給率,可避免進給率設定錯誤造成刀具、工件甚至機台的損壞,且SpeedPro能提供線上加工程式診斷機制,能於現場機台進行製程診斷及優化作業,這也是能大幅改善生產效率的重要技術。

羅佐良指出,所有加工產品就屬航太零件的製程最費時、成本也最高。團隊做過實測,人工操作機器得花做20幾個小時才能產出的航太零件,SpeedPro運用數位、量測的技術,六小時就完成精度極佳的產品,相當於提升了四倍效率。

針對不同產業、產品,優化效果也不同。比方說,某樣已花10年時間累積經驗的產品,此時導入SpeedPro優化製程,通常能再提升10至20%的效能;另一個推出僅一、兩年的產品開發,SpeedPro協助後進步比例之大,甚至能用「倍」來計算的。

熟知機器極限 達到最高水準
羅佐良說,「製造業常常面臨打樣需時一個月、做出第一樣成品又要一個月的窘境,上生產線後因製程效率差,可能還等花兩、三年時間慢慢修正。SpeedPro的優勢是一次達到最高水準,以最短的時間完成打樣,高效率就能搶得商機。」

SpeedPro亦能協助產業控管產品良率。如同書寫時寫快字會潦草,寫慢字就工整般,寫出的文字是要展覽用,或者僅是記事用的,可依需求不同而變化。相同的,加工時能調變參數,端看客戶是需要快速生產,還是強調品質極致,皆能依需求調整最佳生產時間,進而掌控產品的品質能一致。

此外,SpeedPro也適用於任何加工製程,透過軟體計算發揮機器極限,提升效率,加工時間就會縮短。羅佐良分享團隊現階段努力的方向:「未來加工優化製程軟體能像3D列印技術般,放入圖檔與材料,機器就精算出製程,包含圖檔轉換為加工路徑、加工路徑再自動優化,這些都能直接在工具機裡完成,進而順利生產,過程中不再仰賴人力,又能降低成本,增加企業競爭力。」

羅佐良透露,團隊正在建置一個平台,除SpeedPro優化製程軟體外,持續研發數個不同功能的軟體,將來都可以用「下拉選單」的方式讓客戶使用。目前多以「合作共享」的方式讓廠商試用,這樣可以蒐集更多寶貴數據,讓SpeedPro軟體更強大。


提升切削製造技術向來是世界各國的產業發展重點,唯有強化製造業的競爭力,才能厚實國家經濟發展實力。SpeedPro優化製程軟體提供產業快速整合應用的捷徑,協助產業升級,相信不久將來,臺灣加工製造業就能傲視群雄、站上新高度。

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