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CNC工具機聯網解決方案實現智慧化生產管理

Date: 8/1/2016 12:00:00 AM

半導體封裝檢測機台產能大提升

已有數十年發展歷史的電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)工具機,在相關技術逐步成熟下,機械設備供應廠商之間的競爭也日益激烈。而企業若想避開削價競爭的惡性循環,產品差異化是既能創造優於競爭對手優勢,又能獲得高於同業平均水平利潤的最佳途徑。

然而,傳統的CNC工具機大多採用封閉式的控制系統,其只提供了固定的使用介面,也不允許使用者進行任何功能的新增或變動,致使機械設備供應廠商常難以對這種非PC-based的系統進行二次開發來提升設備功能並實現產品差異化。此外,工業4.0的趨勢也正在改變現有工廠的生產作業模式,製造業者無不希望能從單機的設備自動化轉型成全廠的生產智慧化,而要如何為被製造業視為重要生產設備的CNC工具機提供相關的聯網監控功能,亦是機械設備供應廠商必須面對的一大課題。

研華專為CNC工具機提供的工業物聯網解決方案,不僅可提供各種資料擷取模組與工業級平板電腦,讓設備供應廠商能在開放式的作業系統下,開發出生產管理、智慧監控、刀具管理等各式各樣的應用軟體來優化CNC工具機本身的加工效能;同時方案中還搭配了WebAccess/CNC軟體,透過乙太網路可將CNC工具機升級成聯網設備,並把生產線上各種機台的資訊匯聚至雲端平台,讓製造業者能即時掌握設備狀態,而收集來的大量資料還能供管理者進行深入分析,進而改善生產製程並達到智慧化生產管理的目標。

系統需求

某台灣加工中心機及數控銑床專業設備製造廠商,雖然以高品質的CNC工具機受到國際大廠的青睞,並在航太、風力、能源、汽車、電子、面板等產業享有不小名氣,但面對紅色供應鏈崛起所帶來的威脅仍備感壓力,該公司向來積極投入創新研發,近來更打算為其產品進行功能升級,以便能在競爭激烈的市場中持續締造亮眼的銷售成績。而為了加速完成銑床加工中心機的主軸監測專案之開發,該公司決定採用PC-based的作業平台,並透過加裝電腦與資料擷取模組來收集加速規與溫度計之資訊,藉此監控切削振動與主軸溫度以提升工件加工精度。

在規劃初期,該公司曾一度想採用商用電腦來當作新增功能的人機介面(HMI),但考慮到使用CNC工具機的工廠是屬於充滿油氣與水氣且較為嚴苛的使用環境,再加上商用電腦經常更新換代無法提供長期供貨的保障,一旦成為機台的標準配備恐會造成日後容易發生故障但又找不到相關零件可以更換等不易維護的問題,所以最終還是決意選購工業級的觸控式平板電腦。而且新電腦的尺寸與外觀也必須符合現有機台的設計,以便能毫無違和感的整併入原本機台內。再則,由於這台銑床加工中心機將外銷至世界各地,因此符合國際安全規範並提供全球保固也是必要條件之一。

除了為單機進行功能升級之外,該設備製造廠商還希望以機聯網(Internet of Machines)平台提供客戶更完整的整廠輸出(Turnkey)服務,因此需要功能完善的線上監測軟體,藉此將前端設備的資訊即時上傳給後端管理系統,讓使用者能更有效率的控管工廠內的機器設備。

系統描述

根據此專案的需求,研華的CNC工具機聯網解決方案分別針對單機的設備資料收集與整廠的設備聯網提供相關的軟硬體產品。在主軸監測部份,研華以工業級觸控電腦PPC-3100搭配多功能資料擷取模組USB-4716與多通道隔離式熱電偶模組ADAM-6018為銑床加工中心機提供了易於開發應用軟體又方便收集設備資訊的開放式平台;而機聯網的部份,則透過WebAccess/CNC軟體讓設備開發商可以大幅縮短專案開發時間並輕鬆地整合工廠內各種設備的訊息,進而提供資訊化、可視化、智慧化的生產管理系統。

除了透過USB-4716與ADAM-6018來採集加速規與主軸溫度的資料之外,作為人機介面的PPC-3100提供了諸多優異功能可滿足中心機設備開發商的需求。像是:以具方便性與親和性的觸控輸入方式取代傳統的鍵盤與滑鼠、以無風扇設計避免吸入油氣與水氣而損害電腦、符合IP65標準提供了絕佳的防塵防水保護、10.4吋的尺寸與具有質感的灰黑色外殼既能直接嵌入加工中心機內又能契合機台原有的外觀設計、通過CB/CCC/BSMI/UL國際認證則讓設備可以符合不同國家的安全規範並順利地銷往各地。

另外,研華的WebAccess/CNC是一款結合基於瀏覽器開發的SCADA軟體功能可為CNC工具機提供即時監控的機聯網平台,其不僅具有豐富的CNC軟體管理功能(包括:即時機台狀態、加工程式管理、生產稼動分析、參數補償設定、維護保養資訊等),並支援了多家主要廠商的CNC網路型控制器與各種通訊協定,從而能將CNC工具機、人機介面、I/O裝置、可程式控制器(PLC)等底層設備全部納入這套遠端監控平台進行統一管理。

專案導入

Product

Description

PPC-3100

10.4吋工業級無風扇平版電腦,內建Intel® Atom™ D2550處理器

USB-4716

16通道多功能USB模組,可提供高達200 kS/s傳輸流量與16位元解析度

ADAM-6018

16通道多功能USB模組,可提供高達200 kS/s傳輸流量與16位元解析度

WebAccess/CNC

專為CNC工具機設備聯網提供基於瀏覽器之HMI/SCADA遠端監控軟體

系統架構圖

結論

不具跨平台通用性的封閉式系統,雖然可以不受外在環境影響地專注於執行指定功能,但卻也扼殺了讓產品能夠進一步研發創新的機會。所幸,研華豐富的軟硬產品可以以一站式購足(one stop shopping)的整合方案協助CNC工具機製造商為其設備進行產品差異化的設計,而且不論是底層的資料收集或上層的管理平台,研華都有相關的解決方案,甚至還能以客制化的服務來滿足客戶的特殊要求。此外,在地服務與全球保固更是讓開發者可以即時獲得專業的技術支援,並且安心地將創新產品行銷全世界。