智慧量測工具新應用，提升工廠運作效率

你是否覺得提高品質就是要提高成本？但對於製造業而言，降低產品的不良率，成本就會下降！怎麼說呢？

1.減少不良品，不僅可以省下更換材料的費用，還會增加產能。

2.不需多花費檢驗、修正不良品的成本。

3.在不良率減少的情形下，可以改善持續生產的能力。

想要有良好的品質，就要將生產製程中每一個環節的不穩定度降到最低，而人員、設備、材料、方法、環境，這些都是影響品質穩定的因素，我們可以透過標準化、自動化、數據化來控制這些變因。因此在整個生產製程當中，無論是進料、製程、入庫、出貨，都需要利用量測設備機台進行量測檢驗，但無論是手動還是自動化的設備，在執行上都會面臨以下幾點困擾。

量測機台設備所遇到的痛點

量測機台稼動率低下

量測作業還沒有設定流程標準化，因此影響送檢、校檢的量測效率，或是量測設備還沒有智慧化、量測手法的不同，也都會造成量測時間過長的問題，而這幾點因素都是造成量測機台稼動率低下的原因之一。

不同量測資訊難整合

量測設備機型、品牌多樣化，每一種測量方式、數據資料的呈現都不一樣，該如何統一是一個大問題。且現行量測設備大多附帶單機量測系統，如何將這些軟體系統整合到量測設備的機邊電腦做處理也是一個難處。

量測結果報告整理耗時

無論是傳統的手寫紀錄，或是將數據資料整理成EXCEL報表儲存在電腦內，都需要耗費人力與大量時間進行製作。有些客戶甚至提出定期回傳報表的要求，而這些人力、時間成本的浪費，都是造成稼動率下降的原因。

機械設備管理難以掌握

無論是測針、探頭、編程程式、周邊治具的管理，都無法確保量測是否有正確執行，或是品質量測檢驗出狀況時，通知製程人員進行管控，甚至是做未來的品質改善，這些都是需要進行跨部門的溝通，而這些問題若以傳統方式處理，相對於內部管理來說成本較高。

量測數位化的好處

在傳統量測作業上，無論是普通的三次元量測，還是其他單機智動化的量測儀器，都是透過資深的操作人員來進行和記錄，這樣不但無法做到數據即時化、可視化，甚至可能會發生人員在處理過程中出錯，或是數據紀錄有出入，無法即時處理異常情形發生。

整合效率提高（以三次元為例）

1.透過系統對量測資料自動記錄／統計／分析，實現對製程／機台／治具潛在異常的預警，達到異常即時處理品質改善50%、異常處理知識覆用100%。

2.將CMM（三次元量測儀）量測全面數位化，不僅數位化程度提升至100%，資料準確性也一併達100%。

3.透過量測標準化、應用實現系統推動量測作業智慧化，量測停等時間縮短50～70%，CMM有效稼動率提升100%。

量測數位化應用

量測自動化目的是為了對設備機台潛在的異常做預警、甚至是做儀器保養、定期維修等、提高良品率，因此需要提升量測手法應用、量測設備IoT聯網化以及量測軟體的應用，這些便是屬於OT的範圍，OT建置好後，要更進一步往IT的方向發展，如：量測任務管理、儀器校正管理、供應商管理、統計管制、量測程式管理、異常處理等加以融合，才能融合OT＋IT，達到智慧製造的要求。

既然量測自動化是為了收集數據、接著分析並加以應用，那我們得先瞭解收集量測數據的作用到底是什麼。

量測數據收集跟分析的價值

工業4.0的重點是利用機聯網／物聯網IoT採集、分析、集合所有的數據資料，並做資料閉環即時回饋，讓加工現場、管理階層可以即時應用。而我們可以利用聯網化數據資料平台，將各種不同品牌儀器所收集的數據資料集合起來進行分析，形成屬於自己的資料庫，提高工廠製程能力。

●數據資料整合分析應用

CAMERA是一套將所有設備及合的程序概念，不管是CNC量具還是手動量具，都可以藉由軟體介面，直接輸入到數據資料庫內整合，無論是以何種格式的表格，在系統平台裡面都可以解開，基本上每一台機器都可以化身成一張生產管制表，只要圖表是綠的便可以繼續進行標準生產，而管理者只要針對異常狀態進行管理即可，既不需另外花錢請自動化廠商寫程序，也不會等到一批產品全都製成後才發現尺寸不對、設備機器損耗而造成不良品等，不但減少成本支出，也可以提高產品良率。

●利用可視化掌握即時設備狀況

只要將量測設備數位化後，無論是何種量測設備、品牌、機種、資訊，都可以利用網路軟體做連結介面，將整個生產過程的大數據資料做成統計報表，不用透過人的傳遞，便可以即時回饋到戰情室，無論是現場刀具磨耗、還是其他機台設備的異常狀況都可以即時觀察出，讓管理者清楚掌握每一台設備的狀況，整個生產就不會有錯誤的加工或浪費時間。

●客製化數據分析

數據資料收集後，會有統計介面，可以依照自己需求，設定所有統計管理圖表，使用者可以清楚知道需要哪些管制圖表，再分享給生管或品保，讓他們可以控制現場狀況。利用nocode方式分析數據資料，做到自動即時的量測數據分析，這些報告只要先設定好就可以可以自動算出來，節省很多時間。管理階層也可以直接從自動發布的訊息內的之現場狀況，不須再由現場人員進行報告。

●AI智慧資料分析

通過過去的數據分析，利用AI計算邏輯，調整最佳採樣週期，來減少一定時間內採樣的數量，並根據過去的數據分析優化零件檢測程序的範圍，減少檢查中要測量的特性數量、從而優化測量時間。

●產線即時看板功能

軟體系統的功能可以化做每一台機器、每一個管制的點，可以看到每台機器的實際狀況（撞機、待機、換模），所有機器的製程能力都可以由使用者加進去，如果出問題要由管制人員才能做調整。

●結合不同軟體系統

可以結合ERP／MES系統，有效應用資訊交流。

多測頭測量儀設備優勢

●彈性運用

目的是讓工件放在上面後，便可以一次性將尺寸、輪廓、粗度量出來，且無論是接觸式、非接觸式的測量儀器都可以操作。

●雙Z軸設計

如果傳感器SENSOR太多，量測時會互相干涉，機器會不好用，多測頭測量儀設備可以有兩個Z軸，分別移動。

●高精度奈米測頭

解析度可以到一個奈米，且在機器不動的情形下，精度可調達100奈米。

●白光測頭

又稱全彩共焦測頭，利用CFP（Chromatic Focus Point）白光干涉來檢測目標物件表面的凹凸起伏，如果和受光元件CCD裝在一起，則是經過申請的專利設計同軸白光。用於量測透明、反光度高的物件，像是手機玻璃，一次可以量上面和下面的厚度等。

●微小光纖測頭

可以做到0.01mm，用於植牙的牙釘上。

3D量測設備分類

標準的3D幾何測量分為兩大類：

●接觸式（標準的接觸式三次元）＋輪廓＋粗度計測頭。

●非接觸式（一般認知是光學 CCD 量測）應包含Laser＋白光Sensor。

以下簡單介紹這兩種量測的優缺點。

●接觸式設備優缺點

1.適合應用在薄件、微小工件，易變形的軟件，或無法輕易固定的工件。

2.應用範圍較廣、成本較低。

3.操作者須有正確的應用經驗，否則常因光強弱或其他因素選擇的不同，或擺放不平，基準不同而造成不同的表面光影及錯誤應用產生測量結果異常。

●非接觸式設備優缺點

1.對於一般立體模具、加工或塑膠射出件、接觸式的測頭是最普遍也可靠的，且應用廣泛，價格實在。

2.測頭可區分為點對點及連續掃描，於量測時各有其優、缺點。

3.只要程式編寫正確，可以快速、大量進行量測，效益最高。

4.非接觸的CCD會因為光源產生不同的影像辨識、量測結果，依照不同的光源、不同量測人員，會產生不同狀況。

量測設備運行環節與作用模式

在整個智慧製造的流程中，主要是由三個系統在運行：ERP（企業營運系統），協助營運整個企業，包括財務、人力資源、製造、供應鏈、服務、採購等流程；MES（智慧製造系統），讓企業從接訂單、進行生產直到產品完成，主動收集和監控製造過程中所產生的生產資料，負責管控所有製程；QMS（品質管理系統），透過一套有系統性的品質管理機制，從進料、製程檢驗到入庫、出貨時的最終檢驗都能全面性確保產品品質。

量測設備的目的是為了減少生產製程的損失，因此無論是哪一個系統在進行，都需要不同的量測設備及手法。

利用數位化建構QMS數據完整性

瞭解完量測設備運作模式後，可以知道量測設備在整個生產製程中扮演著舉足輕重的地位，但如果只有依靠量測儀器，沒有完整的SOP流程、沒有將量測系統數位化，是無法做到即時收集數據資料、分析以及應用在各種不同的設備、系統上。

不僅會浪費許多人力、時間來處理，甚至還會因為無法準確自動校正量測數據，影響到量測製程效率、良品率下降，造成整個設備總合效率OEE降低，更糟糕的是可能會因此生產週期時間拉長，無法如期交付等問題。

量測設備運行環節應用區分（以CNC加工為例）

●提升生產品質：當CNC加工製程通過第一階段CNC铣床加工，準備進入第二階段製程作業進行第二次CNC铣床加工時，中間必須要由量測設備進行量測，才能知道加工後工件的基準面下降到什麼程度，下一個製程準備下刀時，邊界尺寸是多少？接著再進行編輯程式的校正。像是零組件加工業，因為工件要需要翻面，A面加工完要翻面進行B面加工，便需要利用量測設備進行工件、治具的校正，避免不良品率的提升。

●確保製程品質：在第三個製程環節需要量測時，MES會通知QMS產生量測任務，同時透過數據平台將基礎量測數據資料（量測單據、量測標準、量測手法、量測設備）上傳，最後產生報告並送回智慧製造系統。

想要縮短生產製造的時間週期，提升產品良率便是一件很重要的事，因此利用收集的數據資料，可以做到即時監控和異常預警，並穩定產品品質。在工業4.0的時代下，量測設備自動化功能不再只是注重效率和成果，更重要的是增加擴充性及靈活性，提供製造過程中產品質量數據分析，提升工廠運作效率，朝智慧工廠的方向邁進。

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參考資料：福宮通商