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Fastems 助力 Kempf 實現 0 換模與 98% 稼動率

當加工過程中過去尚可忍受的問題與錯誤達到一定臨界點時，就是該考慮做出改變的時候了。這正是企業家 Stefan Kempf 所採取的行動。結果誕生了一個高度自動化且極度靈活的製造系統，這在該國（德國）可能也是獨一無二的創舉。

位於德國的 Norbert Kempf CNC-Technik GmbH 擁有 100 名員工，專門為汽車工業和建築機械製造各種從簡單到高度複雜的零組件（批量 1 到 500 件），以及氣動與液壓應用的原型。該公司由 Norbert Kempf 於 1970 年創立，最初是一家傳統車床廠，隨後不斷發展壯大。當 Stefan Kempf 加入父親的企業後，公司於 1990 年開始朝 CNC（電腦數值控制）生產轉型。九年後，公司已擁有十台 CNC 加工中心機。

傳統的成長模式有其極限

執行長 Stefan Kempf 表示：「那時我們意識到，單靠購買機器來實現傳統成長是有極限的。基本上，我們安裝的機器越多，生產力反而越差。當時負責換模整備必須要有合格的專業人員，但這樣的人才很難找，且周邊的組織與支援流程也變得越來越難以應付。整個流程就是不穩定。」結果導致錯誤越來越多，需要耗費大量的時間、耐心和成本來解決。但情況不能再這樣下去了。

Kempf 在描述當時「傳統」CNC 生產狀況時解釋道：「我厭倦了每天早上一來上班就總是要面對同樣的問題、錯誤和肇因。這就是為什麼我決定要進行根本性的改變。那時，我們每天大約要進行 5 次換模，250 次人工刀具搬運，40 到 50 次因為刀具磨損的搬運，以及平均 6 次的夾具組裝。所有這些活動都有很高的犯錯風險，尤其是刀具管理，結果證明這是主要的錯誤來源。」

FMS（彈性製造系統）逐步擴充

當時面臨的問題是，如何在盡可能貼近加工時間的情況下，零失誤地執行這些任務？答案就是將自動化最大化。然而在此之前，必須先準備好關鍵的業務流程。

Stefan Kempf 說：「首先，我們購買了一套刀具資料管理系統，並投入大量時間建立完整的刀具管理系統。此外，我們確保自己有能力製造加工棧板和工件夾具。到了那個階段，我們才決定安裝一套結合 Fastems 多層系統（MLS）的彈性製造系統。」

2003 年，一台現有的機器被連接到 MLS（可容納 12 個加工棧板）。到了 2011 年，該系統逐步擴充到最大配置，共有四個裝載站和三層共 96 個加工棧板。除了原有的機器外，另外五台 Mori Seiki NH 4000 加工中心機也連接到了 MLS。

「從一開始，我們就確保這些機器的刀具介面和加工棧板皆已標準化，每台機器都有一個具備 180 個刀位的大型刀庫。」

刀具成為限制因素

雖然 FMS 為公司帶來了顯著的生產力提升，但從 Stefan Kempf 的角度來看，該系統有一個致命的缺點：「有鑑於我們的製造範圍（批量 1-500 件），且產品組合中約有 18,000 個料號，機台上的刀具數量根本不足以在每台機器上執行所有的生產作業（這些作業基本上是由系統中的 96 個加工棧板決定的）。這代表我們總是被迫將特定的棧板群分配給特定的機器。」因此，不可能持續保持高水準的機台稼動率。此外，Kempf 表示，仍然存在許多錯誤來源，阻礙了真正可靠的生產。

一個中央刀庫、兩條生產線、三台機器人：位於 Fastems CTS（中央）的機器人將刀具移交給兩台龍門機器人。前景的機器人負責為 MLS 中的機台供應刀具；背景則是另一台機器人，負責將刀具傳送至另外五台加工中心機。

容納 2,500 把刀具的中央刀庫

為此，公司在 2013 年投資了另一套配備原物料倉儲的 Fastems FMS，這還包含了建造一個新的廠房。該 MLS-MD（中型荷重）系統每個棧板的載重為 1,000 公斤，四層空間共可容納 156 個棧板，其中一半是加工棧板，另一半是原物料棧板。該系統目前連接了七台加工中心機，擁有四個裝載單元，每個單元都設有一個加工棧板裝載站和一個原物料棧板裝載站。此外，另外五台加工中心機會由中央刀庫自動供應刀具。

此系統的一大亮點是它結合了可容納 2,500 把刀具的 Fastems CTS 中央刀庫，以及一台用於搬運刀具的機器人。由於每台機器還有自己的 60 把刀具刀庫，因此總共可以存取 3,200 把刀具。而且每一台機器都能做到這一點，因為具備機器人的龍門系統會根據需求將刀具從中央刀庫輸送到合適的加工中心機。為了讓機器人的讀取器進行獨一無二的刀具識別，每一把預先設定好的獨立刀具都配備了 RFID 晶片。

每個裝載單元皆配備一台搭載 Fastems MMS 的終端機。該軟體負責控制諸如 MLS 中依工單安排的棧板順序等項目，並管理所有的 CNC 程式與刀具資料。

軟體接管生產規劃與控制

作為系統的主要核心智慧，Fastems 製造管理軟體（MMS）負責處理 FMS 中的所有生產規劃與控制。這包含了透過機器人輔助，將刀具從中央刀庫（CTS）搬運到機器。然而，軟體不僅控制物流配送（負責規劃系統中的棧板順序），它還管理所有的 CNC 程式和刀具資料。在每次開始生產之前，MMS 還會執行資源檢查，確保系統中是否有必要的原物料，以及特定訂單所需的刀具是否具備足夠的使用壽命。

Kempf 解釋道：「如果刀具的剩餘壽命不足以進行加工，我們的刀具組裝和預設系統會自動收到軟體發出的需求訊息。」他並強調：「甚至在我們啟用 FMS 之前，我們的一個關鍵考量點就是，生產準備工作對可靠的生產流程至關重要。這就是為什麼我們針對每一個新零件或組件的每一次變更，都會啟動製程規劃工單。從 FMEA（失效模式與效應分析）到生產管制計畫，再到刀具設計和 CNC 程式編寫，每一個步驟都經過事先規劃，並始終以製程可靠性為核心。」

全自動換模整備

藉助最新的 FMS，該公司現在能夠在每台機器上執行所有的加工作業，從而實現了換模整備的完全自動化。Stefan Kempf 強調了其高度自動化、彈性製造的關鍵優勢：

「我們的換模時間實際上是 0.0 分鐘，這意味著無論客戶訂購十件還是一百件，每一個零組件對他們來說價格始終如一。」

同時，其他令人印象深刻的數據已經不言自明：系統每天約進行 1,000 次刀具搬運和 500 次棧板搬運。所有機器的平均主軸稼動率介於 95% 到 98% 之間。

將自動化推向極限

Kempf 表示：「儘管自動化程度如此之高，自從安裝 FMS 以來我們並沒有裁減員工，反而以原有的員工人數在 2014 年後實現了平均每年 15% 的增長。」

你可能會認為他對目前的成就已經感到滿意，但實際上他想要更多：「我們能夠在 FMS 中的每台機器上加工所有工件，藉此獲得了極大的靈活性，因此我們想繼續延續這個方針。」

一個新的生產廠房目前正在建設中。該處將安裝另一套 Fastems MLS，並將七台臥式加工中心機連接到這套全新的第三套 FMS。跨越不同廠房，一台龍門機器人將能存取第二套 FMS 的刀庫以及這套新系統。

Stefan Kempf 談到計畫時表示：「我們打算在新 FMS 中使用 Fastems GTS（龍門刀庫）來提供額外的刀位，從而在生產區域騰出更多空間。這個系統的機器人將執行兩項任務：它不僅負責在 3 號廠房和新建築之間搬運刀具，還能為新機器供應刀具。」