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技術通報289期_工具機製造數位化解決方案
文/ 工具機產業發展處 吳相儒、林冠廷、林岑叡
自工業發展至今，已經歷四次革命，第一次工業革命是以蒸汽動力取代人力、獸力；第二次工業革命則強調以電力為能源，設立生產線促成大量製造；第三次工業革命以電子資訊及通訊技術達到降低人為誤差及自動化；於2011 年德國提出「工業4.0」的概念後，美國、日本、中國及韓國都分別針對製造業提出重要的經濟及產業提升政策，目標皆期望提升產業整體附加價值並保持產業競爭優勢，此次工業的突破稱為第四次工業革命，而第四次工業革命是以人工智慧和物聯網為基礎，達到智慧工廠乃至於智慧製造。
為使工具機製造產業邁入智慧製造階段，必須由最基礎的資料數位化著手，為此精機中心以MeSure 為概念建立一系列的量測資料處理技術模組。MeSure，是一系列專注於提升量測資料可靠度的軟體，提供工具機產業於製造過程中之數位化解決方案。MeSure 的命名由來為Meta 結合Measurement，Meta 含義為超越，期許著我們可以推出改變市場生態的產品，Measurement 含義為量測，代表著我們產品研發的初衷，同時MeSure也寓意著我們希望產品給使用者帶來可靠的量測結果。在目前MeSure 軟體中共提供三款工具機製造數位化解決方案，分別為工具機製程履歷數位化解決方案、工具機地腳水平輔助調校解決方案和數位量表數據整合分析解決方案，以下會分別就三款解決方案進行詳細介紹及說明。
工具機製程履歷數位化解決方案
工具機製程履歷數位化解決方案是將過去工具機製程中產生的紙本記錄資料轉化為數位化資訊來進行數位化管理，透過數位化管理來達到製程資料可追朔、可分析、可再利用，以達到提高工具機製程效率與創造產品新價值。在工具機製程中檢驗可以簡略分為三大項，分別是IQC(Incoming QualityControl)、PQC(Process Quality Control)、FQC(FinalQuality Control)，以下針對這三項進行介紹：
(1) IQC：
進料管制檢驗，當企業從外部採購零組件時，需要對零組件進行檢驗已確定採購進來的零組件符合企業需求，大量採購的零件就進行抽樣檢驗，單價較高少量進貨之組件就進行全數檢驗，也有依據零組件提供商提供之檢驗表來審核是否符合企業需求的做法。目前多數的做法是內部自己檢驗的話，檢驗完後將檢驗結果紀錄在紙本檢驗表上做保存，或是掃描成電子檔做保存，由零組件提供商提供之檢驗表直接掃描成電子檔做保存。
(2) PQC：
半成品管制檢驗，當企業內部對零組件進行組裝與處理至一定程度後，會對組成之半成品進行檢驗來確認半成品的品質是否在允收的範圍內，以確保組裝完成之成品品質可通過ISO(International Organization for Standardization) 規範之標準。目前多數的做法是檢驗完成後將檢驗結果記錄在紙本檢驗表上，將檢驗表裝訂成冊做保存。
(3) FQC：
成品管制檢驗，當企業組裝完成成品後，會對成品進行一系列之檢驗確保成品有達到出廠之標準規格，並且品質可通過ISO 規範之標準，以及提供之配件是否沒有遺漏。目前多數的做法是檢驗完成後將檢驗結果記錄在紙本檢驗表上，並將檢驗表裝訂成冊，將成品檢驗手冊與半成品檢驗手冊以及進料檢驗表合併作為一個完整的整機檢驗手冊進行保存。
根據以上描述可以發現到檢驗手冊目前多數的保存方式依然是紙本，而紙本的保存方式會帶
來幾個問題：
(1) 保存不易：
檢驗手冊以紙本方式保存的情況下，可能會出現發黃、字跡變淡、紙張破損、甚至是遺失的情況發生，因此在追朔過去資料時可能會出現辨識困難或是遺失的問題發生，越久遠的資料越容易發生這些問題，使得資料的追朔難度進一步的提升。
(2) 查找資料不易：
當以紙本方式保存檢驗手冊時，如需查找過去某一筆資料時，需要讓查找人員在堆滿整個儲存室的檢驗手冊裡找到對應的手冊室非常費時費工的，就算儲存室有系統性規劃的放置檢驗手冊，查找依然需要耗費一些時間，甚至有可能過於老舊的資料會打包成捆的放置在其他倉庫，讓查找更加的費時費工。
(3) 佔存放空間：
以紙本方式保存檢驗手冊時，需要有空間存放完成之檢驗手冊進行保存，隨著完成之檢驗手冊越來越多所需使用的空間也會越來越大，因此所需準備的儲存空間也會隨時間不斷增長。而工具機製程履歷數位化解決方案透過工具機製程履歷數位系統結合資料庫使得以上紙本保存造成的痛點可以有效解決，管理者可透過工具機製程履歷數位系統建置自家產品對應的專屬數位檢驗手冊，讓現場作業人員可在工具機製程履歷數位系統上根據數位檢驗手冊的操作說明進行檢驗，並將檢驗結果填入數位檢驗手冊中，完成的數位檢驗手冊資料將會儲存至資料庫進行保存。如圖一所示，工具機製程履歷數位化解決方案可以讓使用者根據需求彈性的建立自家產品對應的在IQC，PQC，FQC 之數位檢驗手冊，並將每個階段完成的檢驗資料上傳到資料庫保存與管理，使得資料可以長久保存，不必擔心資料遺失，並且可容易的透過工具機製程履歷數位化解決方案對過去的資料透過關鍵字進行查找既省時又省力，而儲存資料只需要使用儲存硬碟進行保存，相對紙本保存來說節省了數百甚至是數千倍的使用空間。
工具機製程履歷數位化解決方案還提供了數位履歷追朔的功能，工具機製程履歷數位化解決方案讓使用者可以簡單的進行數位履歷追朔，如圖二所示，使用者可透過自家產品成品的機號(S/N)，追朔到產品所有使用到的零件編號，並透過編號追朔過去完成的專屬於該零件的檢驗資料，使得產品後續如出現需要維修之情況時，可快速的抓出可能之問題點，提升解決問題的效率給予客戶更好的使用體驗，增加客戶對產品的信任度，更進一步可以透過工具機製程履歷數位化解決方案保存之檢驗資料進行數值分析，以釐清如何改善產品品質，進一步提升產品現有價值。
工具機製程履歷數位化解決方案在外部也提供了彈性擴充功能，讓使用者可以透過API 跟其他系統進行資料之交流，並且可與工具機地腳水平輔助調教解決方案，以及數位量表數據整合分析解決方案進行串接達到近乎於完全自動化的數位檢測解決方案。
工具機地腳水平輔助調校解決方案
地腳水平為機械結構中所有精度的基礎，如果能夠精準地校正地腳水平，除了可以減少機械運轉時產生的振動及噪音外，對於具有精度的機械也能有更精準的表現，舉例來說，洗衣機上都有一個調整水平的圓形氣泡式水平儀，在使用說明書中都會建議使用者將洗衣機的水平調整至圓形氣泡式水平儀的圓圈內，如此一來洗衣機在運轉中能夠較平穩的轉動，而運轉時所造成的噪音也能相對較小；具有精度的機械以工具機而言，地腳水平調校為機台不管是組裝亦或是安裝時最基礎的校正，如果地腳水平調的好，就可減少組裝機台時的誤差累積及應力集中加速機台磨損磨耗的情況發生，對於機台安裝則可確保機台的精度及可靠度表現。相對於洗衣機利用圓形氣泡式水平儀進行水平調校，工具機因為需要更精準地校正所以須採用精密水平儀，而又因精密水平儀的精度需求因此常常只製作成允許單方向的量測，因此校正工具機水平時須同時使用兩支精密水平儀，再藉由師傅經年累月的經驗作為判斷來進行機台地腳水平調校。為協助工具機使用者在缺乏地腳調校相對經驗的狀況下，於機台因切削、撞機、磨損、地震……等人為或非人為因素影響造成水平歪斜時，能快速且精準地進行機台水平精度校正，本技術模組提供一快速、精確的解決方案。本工具機地腳水平輔助調校解決方案中共含二功能技術模組，分別為：(1) 機台基礎水平精度檢測模組及(2) 水平精度調校導航模組。圖三為工具機地腳水平輔助調校解決方案實施示意圖。
(1) 機台基礎水平精度檢測模組
由於量測工具機水平需利用兩組電子水平儀，因此本模組整合兩組電子水平儀訊號與無線通訊模組，利用開發之通訊模組將兩組電子水平儀訊號藉由無線藍牙方式傳輸至平板或電腦，再由電腦進行整合分析將兩組電子水平儀訊號轉換為坐標系，並以雷達圖的方式進行顯示，提供使用者可視化及更直覺化的水平精度狀態顯示。
(2) 水平精度調校導航模組
模組首先透過分析工具機水平狀態再由輸入之各地腳資訊後即可獲得各地腳間相對的狀態關係，利用引導調校方法為理論基礎，協助導引使用者進行地腳水平調校。其中引導調校方法可分為最低點不動追逐調校法、最高點不動追逐調校法及指定點不動追逐調校法等方法，由於工具機在調整機台地腳水平時會在最後對所有地腳進行向上支撐鎖緊的動作，是為了確保所有地腳皆有支撐到機台，因此模組以最高點不動追逐調校法作為調校指引準則，確保使用者在調校時所有地腳皆能支撐到機台，減少因為地腳螺栓螺紋與機台地腳螺紋間距所造成之空轉而造成虛支撐影響。
本模組利用電子水平儀進行水平量測，再透過通訊模組以藍牙無線方式將所測得之資料傳送至電腦，藉由電腦經由分析後系統會引導使用者先由高度相差最多之地腳依序進行調校，並於軟體介面右側圖示引導使用者調校方向及旋轉圈數，經由反覆調校後，在水平精度達0.018μm/m以內則完成調校。
數位量表數據整合分析解決方案
在工具機製程履歷數位化一環中，不可或缺的工具即為數位量表整合方案，因工具機產業為組配業，以工具機軌道組裝程序為例，進行直度檢測時，須先建立量測點位置，移動千分錶，人工目視並記錄，記錄完數據後，需人工計算並辨識數據，方能完成軌道直度檢驗。由上述量測過程可得知量測過程費時且容易帶入人為誤差，最重要一點為數據無法直接與數位履歷進行整合。考量到此原因，MeSure 同時包含數位量表數據整合分析解決方案，能快速整合數位千分表、通訊、量測程序及計算公式…等功能。現今的數位量具大多為數位式，除了具有快速讀取且多功能的優點外，多數量具具有RS232或USB 接口以作為數據資料輸出，透過相關設備通訊參數開發，可使得藍牙裝置不受限於量測設備參數限制，且市售量測儀器大多需透過原廠軟體進行量測，較難進行數位化整合，同時不同廠牌儀器皆有各自的通訊格式及軟體，在邁向完整的製造檢測數位化恐會是一項挑戰。透過數位化擷取數據與組裝程序及計算公式整合使得此解決方案具備多種優點，如建立工業務聯網一環、降低人工記載及計算誤差並作為數據應用基礎。困難點為現今各家儀器廠商提供的產品技術不一致，部分量具僅提供有線傳輸，以及不同設備兼資料傳遞不便…等。本解決方案提供人機介面，可整合市售多品牌量測儀器及量表、相關無線連線設定及數據擷取、量測程序及計算方法，並支援多廠牌儀器間資料格式轉換。後續此數位量表整合分析解決方案可提供API，供串接至數位履歷系統，以實現完整工具機製造數位化。
MeSure 軟體中之數位量表數據整合分析解決方案具備人機介面，將數位量具之連線、數據格式轉換、量測程序、計算方法…等進行整合，後續可依使用者需求，將各量測模組進行模組化並與數位履歷表單整合。使用者僅需點選所要進行之檢測項目，使用者可須做簡易設定或系統會自動將數位量之數據，按照已設定好之檢驗程序，依序紀錄檢驗數值，並且系統會自動計算並顯示圖表，供使用者更直覺檢視當前量測數據，當完成檢驗數據後，可自動將檢驗數據傳輸到數位表單中，以簡化數位製造的需求。
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