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工業4.0刺激管理流程精實化
從材料到生產一手掌握

【作者: 陳念舜】   2017年08月24日 星期四

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同樣身為台灣工具機產業學習日本豐田式精實管理(TPS)代表的M-Team聯盟協力廠之一,歐權科技成立至今已超過20年,最早從代理日本高廣公司旋轉平台(ATC, Auto Tools Change自動換刀機構)產品起家,受日系企業文化影響甚深。適逢當時台灣機械產業聚落的中衛體系成型,台灣廠商陸續開始有能力自製ATC,工具機客戶更有要求降價籌碼,導致進口ATC市場飽受替代威脅,而不得不與原廠研議代工生產的可能性。


當時因為其核心元件的滾子凸輪(Roller CAM Drive)專利最早源自於20~30年前美國製造業外移後,到期專利始改由日商接手開發;並且經過日本東京、名古屋等大學合作研究後,認為採滾子凸輪設計比起蝸桿蝸輪、直驅(DD)馬達的特性更佳,而先被用於日立精機(Hitachi Seiko)五軸加工機上。讓歐權科技到了2000年構思下一代產品時,最終決定滾子凸輪還是最適用於五軸加工中心機的四/五軸。


但初期高廣仍不放心台灣法規與投資環境風險,僅願由退休的技術部長來台擔任顧問,提供技術支援,並與日本共用研發、設計資源;再經歐權持續和工具機製造廠從前期研發、設計階段開始合作,待通過各家CNC控制器測試後,供應工具機製造廠所需ATC、旋轉平台、四/五軸等關鍵零組件,在2005年正式上市。因為在過程中逐漸自主掌握滾子凸輪的核心專利技術,有自信品質至今已不輸日本大廠三共、高廣同級產品;邁入工業4.0時代後,更積極納入基礎材料、彈性製造、精實管理能力,在國內外市占率突飛猛進。


歐權科技總經理張清傳表示,目前全世界只有兩家公司會生產滾子凸輪驅動的四/五軸,歐權自2006年賣出第一台分度盤至今已邁入第11年,而高廣推出的時間還比歐權晚。因為當時日本經濟景氣不佳,歐權甚至還會配合製造回銷,再交由高廣銷售與服務,得以充分獲得客戶信任,達到三方共贏局面。如今已有許多工具機廠將原本蝸桿/蝸輪的分度盤改為滾子凸輪型式,讓業務量逐年成長;而且因為五軸加工機需求增加,歐權在五軸分度盤市場上的品質與精度都獲得客戶的高度肯定,未來還將擴充生產線,滿足市場需求。


掌握滾子凸輪技術 協同開發高階工具機

張清傳進一步指出,滾子凸輪又可分為入力凸輪軸及滾子轉塔組兩大部分,而滾子與凸輪便透過滾動方式接觸、傳遞動能,以有效減少驅動過程中浪費能量,使傳動效率高達90%以上。該公司利用最重要的預壓設計,使滾子與凸輪互相嚙合,完全消除兩者之間的背隙,達成高速、高剛性及耐久3大特性,展現超精密定位的優勢;其快速輕巧的動態,使製程設計與生產排程上能做更靈活的規劃,讓使用者既避免因背隙導致浪費許多素材與工時,停機調校背隙,還能增加產能及收入,為工具機提升效率的最佳選擇。至今共推出搭載無背隙滾子凸輪的高速高精密數控分度盤、ATC刀具交換機構、間歇分割器等產品,可結合APC交換台功能,讓臥式加工機於0.001度定位時,不會因為依賴齒盤定位而導致加工角度受限,無論是在定點翻轉或是連續曲面加工,皆能完美詮釋多軸加工優勢。


在台灣也成功打入中心母機廠東台精機的供應鏈,張清傳表示,其雖然已認知採用滾子凸輪的旋轉平台,會比起原有蝸桿/蝸輪設計的機種磨耗程度低,又不致減損使用壽命。惟其日系車廠客戶過去僅要求在工具機上,選用搭載三共滾子凸輪的旋轉平台。張清傳說:「當時歐權雖然已成功開發同級產品,卻因為缺乏剛性、效率、壽命等參數,而不受信任,乃轉而先與工研院機械所合作,透過科專計畫補足驗證,終獲得測試機會並通過採用。」至今東台集團廠內設備採用歐權生產的ATC、四/五軸約達到8~9成,更從選型階段就開始參與開發五軸加工機,適用於未來發展整線(廠)規劃Turnkey需求。


並與台中精機透過Build-in Type形式合作,除可降低客戶機台購置成本外,更有別於市面上以三軸機加掛五軸分度盤方式,以台中精機立式三軸機架構為基礎,對內部空間做最有效規劃設計,不必遷就外掛結構,高剛性本體結構設計使機台能夠長期維持加工精度,延長使用壽命;並搭配歐權高速五軸分度盤的無背隙迴轉工作台優勢,量身打造出「真正的立式五軸綜合加工機」,可藉超高速迴轉定位,提升生產效率。


另外,為迎合現今多樣、複雜的幾何外型加工需求,歐權還配合台中精機投入大量資源研發車銑複合機,有別於一般選用迴轉工作台充當搖擺頭(B軸)應用的作法,提供專為主軸設計的搖擺頭,增加固定孔位及面積,達到穩固的剛性結合;搭配大跨距的Roller CAM Driver設計,使加工時主軸穩定性更佳,避免一旦搖擺頭發生背隙問題,需花費較多的時間調整維修;滾動式結構的高速特性,可帶給主軸更高度動態特性,勝任更多樣、複雜的加工任務。


甚至開始有美系工具機大廠選用歐權OEM旋轉平台,來解決原有蝸桿蝸輪機構造成的慢速、高背隙及磨耗等問題。張清權透露:「該公司先從單軸產品開始導入歐權的滾子凸輪測試,因為肯定其速度、剛性、精度表現更高;且能在與原來採用蝸桿蝸輪機構相差不多的基礎上,再提高單機售價,貢獻營收。現已由該公司高層親自拍板,逐步納入搭配其高階五軸機種應用,不斷壓縮從開發到上線時間;經過連續兩年穩定供貨後,目前每月都至少出貨20台。」


重視基礎選料 善用精實管理

值得一提的是,由於歐權產品售價夠高,得以選用最適合的鋼材,從最基礎的材料科學開始,逐漸形成核心優勢之一。張清權說:「包括採用中鋼高級鋼材到歐、日系培林(Bearing)及其高階磨床加工,更有利於行銷全世界。」且因為技術層次相對較高,所組裝的四/五軸難以現地直接修理,通常在售後維修服務均採整組更換方式;現在除非客戶嚴重撞機,都可藉滾子凸輪分散撞擊力,帶來高度安全感。


目前歐權也在生產線上自行設計打造轉塔、凸輪與上下料設備,以提升彈性、效率;納入線上檢測,維持品質穩定,最終達到無人化生產。同時和工研院合作建置資料庫、重視資安保全,以不斷累積使用過的大數據(Big Data)。張清傳說:「該公司其實一直想要學習日本投資台灣學界,利用學校研究團隊可每日持續專注研究的優點,將所有作過的材料研究都在滾子凸輪上再做一次,以用於精進開發下一代四/五軸產品。」


並在管理系統上,積極跟進工業4.0發展。張清權指出,隨著現今企業獲利越來越困難,加上客戶、代理商都會要求先訪廠後才下單,製造業必須藉精實管理制度提高效率,也避免替中心(工具機)廠承受過多庫存備料壓力。歐權除了在交機時,會透過參與大型汽車零組件廠規劃產線設備的機會,學習精實管理知識;近來還加入工業局舉辦的觀摩活動,由國瑞汽車輔導引進豐田TPS制度。


搶攻歐日市場 強化美學加值

隨著四/五軸產品越來越受國內外市場肯定,且現今用最多五軸加工機的客戶,有別於傳統泛用機種,其實是日系汽車生產線,包括日系汽車零組件大廠Hitachi Automotive也開始在設備上搭載歐權製造的旋轉平台,以符合其專用需求。


歐權近年來也開始透過積極參展,搶進歐、日本市場。如與歐系DD馬達旋轉平台廠洽談合作,未來對方將在五軸機的A/C軸導入滾子凸輪機構;歐權也會依客戶需求,將其DD馬達用於五軸高轉速旋轉平台,以提升競爭力,避免受制於FANUC、MITSUBISHI等品牌數位伺服系統。但他仍坦言:「現今歐權面臨的最大挑戰,其實是產品外型美觀和精緻度不足。他到國外參展時,除了一般業務外,還會帶著設計、研發人員去欣賞各國機器或建築的美學,期望未來能做到DMG外型、Okuma品質,並善用Toyota的生產管理系統。」


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