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東培跨步邁向製造服務
用軸承力道推進智慧製造

【作者: 陳念舜】   2018年01月03日 星期三

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現今相對於歐、日系軸承大廠不斷強化自家智慧工廠彈性、自動化生產能力與品質,並延伸終端產業應用的觸角,身為台灣隱形冠軍的中堅企業也不能落後。成立已超過50年的東培工業(TPI),除了長期配合機械、汽機車、3C等產業所需,生產高品質深溝滾珠軸承,讓台灣的工業不必完全仰賴國外進口產品,就能夠獨立成長。


且看好近年來自動化、工具機主軸、機器人等市場,TPI精密軸承涵蓋BT50以下主軸,包括磨床主軸、車床主軸、導螺桿支撐座及C軸等相關應用,已開發型號達70個以上,衍生規格超過150個;加上經過特殊熱處理及專用材料後,導螺桿用支撐軸承壽命可大幅提昇,已成為業界標準選用規格。此外,同時開發在地化機器人專用的TD減速機及薄型軸承讓業界選用,使其在壽命、性能上皆媲美日系產品,提升台製機器人產業的競爭力。



圖1 : 東培智慧製造建構(source:東培)
圖1 : 東培智慧製造建構(source:東培)

加強彈性客製化 滿足上下游產業需求

尤其因應近年來國際工業4.0潮流,東培掌握微米級精度的核心加工技術,為確保製品的品質,而在內部成立精機事業部;並專責開發製造關鍵的夾治具、組裝,同時大修改造廠內的新舊生產設備。東培具備從鍛造、車削、熱處理、鋼珠、鉚釘、保持器、密封板等一條龍生產規模,除台灣桃園廠、中壢廠之外,也陸續完成了上海廠及印尼廠全自動化生產線。廠內經物流系統、輸送機進行自動化進出料管理,在關鍵製程導入SCARA、協作型機器人與視覺檢測系統,讓人員只作單純檢核作業,減少人為無效工作。


東培工業公司自動化推進部經理呂學謙表示,其實該公司很早就投入設備、產線自動化,並經過PMC委由國瑞汽車輔導、引進TPS制度,利用精實生產消除浪費;再不斷從參訪中汲取經驗,擴及到可視化流程,達到全系列產品的品質管理;建構物聯網、機器學習來執行智慧決策,強化研發與客製化能力,以加速實現智慧製造目標。


於2016年成立的自動化推進部,就是在整個計畫內,直屬於總經理之下的主導單位,得以跨部門整合公司內部從機械、電控軟硬體到現場單位的所有需求;尤其在掌握管理設備know-how時,可納入精機事業部支援;進而建立智慧工廠,實現設備保養整修、流程改善合理化,同時利用設備連網後建立系統,達到可視化及智慧決策,提高桃園、中壢兩廠設備稼動率。


呂學謙強調,東培在台灣的優勢就是反應速度快,能否搶下短╱急訂單,端視產線應變速度,因此積極推動快速換模和現場產線的標準化、合理化變得很重要。目前上海廠主要供應大陸內需市場,台灣廠則訴求少量多樣;2017年第三季開始稼動的印尼廠,則鎖定東南亞汽機車產業客戶。


邁向智慧製造服務化 135計畫起步走

東培近期執行的「135計畫」在於透過智慧製造合理化改善來提高員工產值,將該公司智慧工廠區分為設計自動化、生產自動化、know-how及人員管理智能化、生產管理自動化等4項主軸,再衍生出14項子計畫來執行,以提高產品價值與人員產值30%;更達到引領產業發展的成效,協助客戶開發客製化產品,估計在2016~2020年期間內總體營收將挑戰年營業額新台幣百億元。


首先在「設計自動化」上,呂學謙指出,現今東培透過內部研發部門與學界合作開發的系統上線後,只要輸入內外徑的必要設計參數和基準,就能經過資料庫交換自動演算出模型,同時生成軸承各製程相關的參數及圖面。不僅比以往由工程師人工設計產品所花費的時間可省下約46% lead time,還能夠用來弭平人才斷層。


且軸承生產端設備的圖面還更多,從進料鋸斷→車削→熱處理→粗/精研磨→組裝生產等過程會有成千上百張夾治具工程圖面,工程師恐耗費10天以上來設計夾治具,該系統自2016年底上線以來,總計已省下80%工作時間。



圖2 : 設計自動化系統架構(source:東培)
圖2 : 設計自動化系統架構(source:東培)

進入重要的「生產自動化流程」,東培除了目前在廠內每條產線上都有約30部以上機台,可大幅精省人力;還首創研磨鋼珠製程的自動控制系統,有別於過去須靠老師傅手動測量尺寸,再依精度調配加工條件;在納入線上自動量測並回饋功能後,可自動加工調整到鋼珠指定尺寸為止,大幅降低人員作業負荷。


另外,為嚴密防止車削時刀具崩壞,導致後續產品不良,自2016年起,與法人合作開發刀具微崩檢出系統,利用聲紋比對原理監控,現已投入中壢廠示範產線使用。


至於主要負責軸承後段精密研磨與組裝的桃園廠,則在研磨設備內部砂輪軸上安裝加速規,以長時間監控、記錄製程中軸承振動狀態,並定義出振動上下限後給予預警,以免影響到整線機台稼動率。呂學謙說:「由於軸承特性較為特殊,過去人員只能透過測振儀來監看振動波形及聲音,容易造成誤判,透過機器分析線上生產之軸承轉動成品的波形訊號,確認是內、外環、鋼珠傷或灰塵等異物進入擾動,可回饋到製程即時改善。如此可確保終端客戶使用軸承的壽命、噪音及精度。」


呂學謙表示,由於東培生產的軸承主要提供工業大量使用,客戶頗為重視追溯性,需在軸承以雷射刻印生產時間、設備、產線。「如工具機用的主軸一支就可能要價達數十萬,關鍵軸承必須經由設備全檢,以100%保證軸承尺寸、迴轉精度等精密特性與品質;並將內外徑尺寸、寬度、面差等量測結果,刻印在每顆軸承寬度面上,方便客戶使用。目前相關設備、系統均已實際上線。」


所開發的「TMES智慧分析系統」功能,已導入示範線,可用來蒐集設備稼動率及產出良率等相關參數、資料後,上傳到MES、ERP系統排程後,瞭解現場有無達成預期生產目標,或瓶頸何在?並直接在智慧手機顯示4廠生產狀況,便於管理者及時掌握生產資訊。



圖3 : TMES智慧分析系統(source:東培)
圖3 : TMES智慧分析系統(source:東培)

滿足客戶專用需求 提高製造服務化能力

東培提供豐富多元的系列產品及服務能力以配合客戶的需求,未來還要與客戶技術交流、協同開發。例如針對不同產業需求,東培在研發部門分為產機、自動車、工具機等小組,只要有需求出現,就能隨時提供服務。


包括近年來推出流體動壓軸承(FDB),經過車削銅件讓內部環╱溝可含油自潤,其內徑可小於3mm,具備高速、靜音及高可靠度等優點,轉速可達到23,000rpm以上、符合輕量化要求,現已大量應用在高階3C電子產品之散熱模組;另推出的混合型軸承足以符合不同產業客戶需求,如要求低轉矩,並同時兼顧防塵性的自行車業。用於工具機產業的高轉速軸承,就會用上陶瓷滾珠。



圖4 : 流體動壓軸承(source:東培)
圖4 : 流體動壓軸承(source:東培)

圖5 : 高速精密斜角滾珠軸承(source:東培)
圖5 : 高速精密斜角滾珠軸承(source:東培)

另在公司內部還成立市場服務工程師團隊,分散於商品研發部、品管課協力專責處理客戶應用端問題,透過頻譜、FTIR、SEM/EDX儀器來解析客戶端使用軸承上的疑問,並且提供客製化服務及完整的解決方案。


創新商業模式 跨足整廠、綠能產業

值得一提的是,該公司精機部運用在軸承生產線自動化的經驗,將營運觸角延伸到與國外廠商的合作案。從引進日本專業鋁擠型平送輸送設備的設計模式開始,訂定了為業界提供整體系統設計服務的路線,現也完成了多家公司的生產線連結輸送系統的規劃、設計與施工,包括汽車零組件、壓縮機活塞、磁碟片製造廠生產線的省人自動化。


且由於對研磨設備與軸承應用上的深入了解,東培也為客戶同時建構了從設備、砂輪軸與主軸改造維護大修,到整機輸出等完整服務能量。包括2000~2003年便陸續派員至日本日立造船,研習TFT-LCD用彩色濾光片(Color Filter)的研磨設備組裝維護技術;再接受日本研磨機製造商委託,承接研磨設備治工具設計製作;在台灣TFT製造客戶端配合設備安裝、試車及改造等。


目前客戶還納入了半導體、太陽能產業,提供晶圓棒/晶碇切片機使用鑽石切割線專用的主導輪包膠與車溝的一貫化流程服務;並配合客戶需求,調配不同的包膠材質與新型溝型的形狀、尺寸與間距,可用來引導切割線精準定位,使切割下來的晶片厚度一致,而減少後續研磨的製程。


在節能減碳表現上,東培重視綠色節能生產的重要性,在廠內導入能源管理系統EMS,可提醒廠內合理管控節能;並積極投入綠能產業,代為銷售日本母公司NTN的混合型路燈,現已於中壢廠應用展示。


圖6 : NTN混合型路燈(source:東培)
圖6 : NTN混合型路燈(source:東培)
圖7 : 鑽石切割線專用的主導輪(source:東培)
圖7 : 鑽石切割線專用的主導輪(source:東培)

此外,桃園廠也已通過ISO50001認證,台灣兩廠內皆成立節能減碳委員會,主導節能減碳業務,以及設立節能減碳提案改善制度,定期檢討、審核各部門節能目標;並且建置完成EMS能源管理系統,於2017年7月上線至今平均可節能2.8%。能可視化監控整廠耗能情況和重要的耗能設備,如空壓機、冰水機,一旦超過現場需求就會示警,讓現場人員即時處理;自動化推進部負責整合各部門需求並建立系統,使之得以可視化、異常預警及通報。


東培的智慧製造是以精實生產為基礎強化體質,強化後再逐步發展物聯網及機械學習,藉由產線監控及智能分析提高品質與生產效率,並利用精密加工技術發展跨領域產品,朝公司百億目標邁進,以期共同提升產業的競爭力。


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