案例研究:走在 FRP 自動化的最前端:KADO x IEC 率先開發的噴塗和切削製程創新技術

由於材料的特性和形狀的複雜性,FRP(纖維強化塑膠)產品的製造過程很難標準化,在很多情況下都依賴熟練職人的經驗。尤其是在噴塗和切削等工序中,操作人員的直覺和手工技能決定了產品的品質,因此在引入自動化的同時也會遇到很高的技術障礙。

這次,KADO 公司與 IEC 公司攜手合作,旨在將川崎重工旗下的水上摩托車製造流程實現自動化。以『能在現場真正發揮作用的技術』為主題,兩家公司所追求的並非只是把原本的流程機械化,而是設計出能確實解決現場問題的實用化工程。透過活用川崎重工的機器人,雙方共同挑戰為客戶工廠實現自動化。

由機器人導入的自動化,能為原本仰賴現場經驗與職人直覺的工序帶來再現性與量產性,成為提升製程能力的關鍵。

本文透過訪問 KADO 的倉谷社長和 IEC 的竹田先生,描述兩家公司如何與川崎重工的機器人部門合作,克服現場挑戰,啟動 FRP 水上摩托車製程的自動化。

KADO x IEC:材料與設備,兩輪車的力量

兵庫県赤穂郡に本社を置くKADO社
KADO,總部位於日本兵庫縣赤穗郡

KADO 公司成立於 2000 年。公司最初是一家使用 CFRP(碳纖維強化塑膠材料)製造賽艇的造船廠。自成立以來,公司自行研發 FRP 模塑技術,尤其在使用 CFRP 和芳香族聚醯胺纖維等高性能材料進行複合材料模塑方面具有很強的實力。

公司的技術能力得到了一家汽車製造商的認可,該製造商要求公司開發一種模塑工藝,這觸發了公司向工業應用領域的拓展:KADO 開始承接整個製造過程的設計和開發,而不僅僅是材料加工,對自動化技術的需求也逐漸增加。

株式会社 KADO 代表取締役社長 倉谷泰成 氏
KADO股份有限公司總裁倉谷泰成先生

KADO 總裁倉谷先生表示:「我們開始使用機器人並不是因為我們想要使用機器人,而是自然而然選擇能穩定我們成型技術的機器人。換句話說,KADO採用機器人實現自動化是結果而不是目的,技術的選擇源自於解決現場課題。

IEC社名ロゴ

IEC 公司,其核心業務是建造流體傳輸和循環供應系統

IEC 公司的核心業務是液體處理技術,其優勢在於充分利用機器人、泵等設備以及塗裝機,提出符合客戶需求的系統。在以汽車產業為主的同時,近年來也進入了一般工業機械領域。

株式会社IEC 大阪営業所所長 竹田和宏 氏
IEC Co. Ltd. 大阪營業所總經理竹田和宏先生。

IEC 的竹田先生表示,由於 IEC 擅長提案型銷售,因此受到『這件事交給 IEC 應該能做到』的期待,才會被邀請參與此次專案。此外,FRP 噴塗成型工序的性質與塗裝相近,再加上 IEC 擁有多個海外據點,因此可以在墨西哥的工廠自動化專案中展現其國際能力。

克服第一個挑戰

IEC的竹田先生對於這個自動化專案有以下看法:

對 IEC 而言,將玻璃纖維編織成型的 FRP 製程自動化是首次挑戰;抱持著『只能全力完成』的決心,他們結合KADO的纖維成型技術與 IEC 的設備構築能力。雙方匯聚各自的知識與經驗,在現場形成合作體制,成功完成了這項建置工作。

川崎重工の防爆塗装ロボットKJ264を用いてガラスファイバーを織り込む様子
使用川崎重工的防爆噴塗機器人 KJ264 織造玻璃纖維

在這次的自動化噴塗製程中,要讓玻璃纖維跟隨機器人的動作走是非常困難的,為了防止玻璃纖維被扯掉,在兩三天的時間裡反覆調整。他說,處理托架和其他零件也是透過與 KADO 在現場反覆嘗試而改善的。

FRP 切削過程的自動化對 KADO 來說也不是一件易事。特別是材料成分複雜,膠衣層和 GFRP 層混合在一起,需要選擇最合適的切削刀具和調整切削條件,還要處理加工過程中出現的振動和負荷波動。

ロボットがツールチェンジャーで刃具を交換する様子
機器人在自動換刀裝置(Automatic tool changer)上更換切削刀具。

倉谷總裁表示:「要將以手工經驗累積出的感覺,轉換成機器人的動作,是非常困難的。必須在判斷不同材質造成的切削阻力變化的同時,精細地調整進給速度與轉速。」

關於與川崎重工機器人部門的合作,KADO總裁倉谷先生表示:「川崎重工的機器人具有優秀的剛性和動作穩定性,即使是FRP等高加工負荷的材料也能放心使用。他們能理解我們的設計理念並提供技術支援,這點讓人非常安心。」

川崎重工の大型汎用ロボットBXシリーズで切断加工する様子
使用川崎重工的大型通用 BX 系列機器人進行切割

展望未來的 FRP 活用及兩者的前景

FRP 具有重量輕、強度高、耐腐蝕等優點,在航空、太空和移動載具領域的應用正在迅速擴大。特別是在飛行車、無人機等下一代移動交通工具中,FRP 作為結構材料的優勢備受關注,建立未來量產的成型技術是當務之急。

KADO 認為機器人對未來產品群的成型過程數位化管理來說不可或缺。依素材特性最佳化加工條件,達成提升 FRP 量產可靠性的目標,並實現每道程序的品質追蹤。

FRP製のワークを手に取り今後の活用について述べるKADO 倉谷氏
KADO的倉谷先生手持 FRP 工件,討論其未來用途。

IEC 也在推動將塗裝與處理技術應用於 FRP 等複雜材料,並打算在未來積極拓展汽車以外的領域。透過墨西哥專案,該公司也展現出運用海外據點的全球應變能力,今年更在蒙特雷開設新的辦事處,強化當地的售後服務體制。

IEC 的竹田先生表示:「透過售服與客戶保持密切關係,並延續我們之間的信任是非常重要的,不是交付產品就算完事。未來我們希望在更廣泛的領域接受挑戰,例如:太空領域。」

兩家公司都在探索一種結合機器人技術與現場知識的新型製造方法。

今後の展望について述べるIEC 竹田氏
IEC 的竹田先生在討論未來前景。

結論。

KADO 專精於找出現場問題並設計製程,而 IEC 的強項在於點膠與處理技術,兩家公司與川崎重工緊密合作,為本次專案提出了貼近現場、以解決課題為導向的技術方案。

SIer 的角色不僅僅是連結技術,還要反饋現場的聲音,站在製造商與使用者之間,建立最佳的解決方案。像本專案這樣涉及材料特性、製程設計、機器人控制和海外支援等複雜因子的專案,對 SIer 的整合能力是一大考驗。

隨著人工智慧與自動化的進步,能夠銜接現場知識與技術的 SIer 變得越來越重要,KADO 與 IEC 在此專案中扮演的角色就是一個例子,這也可說是對未來 SIer(系統整合商)應有形態具有參考價值的一個案例。

株式会社IEC 大阪営業所所長 竹田和宏 氏
株式会社 KADO 代表取締役社長 倉谷泰成 氏

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