从制造前置时间的观点探讨 RF ID 技术於射出成型

王偉驎講師、張嘉寶副教授、俞紹翔勤益科技大學工業工程與管理系從製造前置時間的觀點探討RFID技術於射出成型模具管理之效益摘要射出成型是一個使用熱塑性塑料和熱固性塑料來生產零件或產品的製造技術，在射出成型製程中最重要的工具是射出成型模具。為因應產品生命週期縮短，在廠區及倉庫，會存在大量模具，由於大部分模具在生產產品時，常為單件小批量生產，生產計畫的製定和執行較為被動，容易受到各種突發事件的衝擊和干擾，模具在工廠內的流動率很大，使模具管理成為提高生產效能所必須解決的問題。在傳統上,所有生產現場的模具資料都是由現場人員人工蒐集。資訊科技的進步，如何快速又正確的將所需的資料即時的蒐集，以作為決策的基礎就成了要提升競爭力必須先面對的嚴肅問題。RFID（RadioFrequencyIdentification；RFID）已被認為是影響未來全球產業發展之重要技術，其優點包括：(1)辨識時不需直接碰觸或將讀碼機瞄準物品；(2)識別標籤內的資料比使用其他大部分ADC技術儲存的資料多；(3)可依歷史記錄，或在重新使用識別標籤時變更讀取/寫入識別標籤內的資料。模具的有效管理可降低製造前置時間(ManufacturingLeadTime；MLT)本研究將建構一RFID模具管理系統架構,並根據模具管理流程建立模具管理之時間模式，最後分析透過RFID的建置對模具管理之時間改善對製造前置時間的影響。關鍵詞：射出成型模具、RFID、模具管理、製造前置時間。一、緒論隨著資訊科技的進步，越來越多產業發現，要提升競爭力，就需要具備敏捷設計及製造的能力，若要具備這樣的能力，如何快速又正確的將所需的資料即時的蒐集，以作為決策的基礎就成了必須先面對的嚴肅問題。隨著資訊科技的蓬勃發展，RFID（RadioFrequencyIdentification-RFID）技術層面已有許多創新性的突破；目前RFID技術已建立了一些國際標準和規範，相信在這些標準和規範整合後，RFID的成本將會隨之降低，企業也將勢必會跟進使用RFID技術，來增進企業的經營效率。不論高科技或傳統產業，模具（如圖1所示）都是不可或缺的生產設備。此外受到工業技術的不斷提升、行銷手法的翻新，及消費行為的改變，導致新產品的需求多樣化、複雜化及產品生命週期縮短，致使模具數量的需求及管理工作逐年增加，為因應這些狀況，模具管理其重要性將會日益突顯。近幾年模具業的競爭趨於越來越激烈的狀態，如何快速又正確的將所需的資料即時的蒐集，就逐漸被模具業所重視。RFID標籤能較傳統條碼更更進一步的簡化資料數據的儲存與處理過程，還可以儲存更大量的相關資訊，所以RFID標籤的使用已是未來模具管理必走的一條路。許多產業未了提昇自身競爭力，引進了ERP（EnterpriseResourcePlanning）系統，但是大部分的ERP系統，都是針對財務、人力、資料分析、供應鏈管理、製造與物流、辦公室應用等方面做統合改善，而對於最重要的生產工具所做的管理仍不夠完善，導致模具的使用無法配合生產計畫（范思樂，2006），唯有搭配RFID模具管理才能使產業之ERP發揮最大效益。圖1模具一般而言，利用模具來生產之產業為因應產品生命週期縮短，在廠區及倉庫，常會存在大量模具，由於大部分模具企業在生產產品時，常為單件小批量生產，生產計畫的製定和執行較為被動，經常容易受到各種突發事件的衝擊和干擾，模具在工廠內的流動率很大，常會存在以下問題：1.常發現要加工生產某工件卻找不到模具或維護不良造成無法生產。訂單的生產順序無法按照計畫執行，導致生產進度落後，進而影響生產績效，並造成人力資源及生產成本的浪費。2.生產流程方面，經常使用種類繁多的表單來記錄各種資訊，表單數量龐大，使用、查詢及管理都相當不易，且單靠傳統表單無法及時掌握模具相關資料。3.無詳細記錄模具的歷史維修、維護等資料，相同的損壞原因，可能一再發生，導致模具生產的時間縮減。4.上模時，無法隨時對人員的動作做監控，若人員之教育訓練不足，或遇到新進員工，可能會有上錯模的情況發生，導致上、下模時間的浪費。由於模具屬於高價值資財，訂做一副模具的費用可能從幾十萬至幾百萬不等，若因模具管理不當，導致模具無法配合生產，對產業而言是莫大的損失，故需要做模具管理，讓模具發揮其最大的效益；本研究將透過RFID模具管理系統的導入來改善上述問題。產學合作暨成果發表專刊1二、文獻探討2.1RFID技術RFID技術中，最重要的為基本硬體設備與RFID系統資訊傳輸模式。硬體設備包括RFID伺服器（Server）、RFID讀取機（Reader）與RFID標籤（Tags）；而大部分RFID系統之傳輸模式大致可分為三個部份，分別為應用區塊（ApplicationLayer）、傳送與接收區塊（DataLinkLayer）以及程式撰寫區塊（PhysicalLayer）（H.KnoapeandH.Pohl,2004）。由於RFID器材屬於無線通訊設備，各個國家通常會對無線設備進行嚴格的控管。依據國際電信聯合會（ITU）和國際標準組織（ISO）的規範，目前RFID使用的頻率共有六種，分別為135KHz以下（低頻）、13.56MHz（高頻）、433.92MHz、860M-930MHz（超高頻）、2.45GHz及5.8GHz（微波）。近年來全球RFID技術發展方向是以超高頻（UHF）為主要目標，由於UHF頻段在讀取RFID距離上優於其它頻率，因此各國UHF頻段也朝向開放的策略。依據台灣與中國大陸相關電信法規規定，RFID設備屬於管制設備，須向當地電信主管機關申請核准之型式認證或專案核准函後才能合法使用。違法者會被處以罰款及設備沒收等處罰規定，其相關規定如表1所示。微波過去常受限於環境的影響而限制其應用範圍，隨著RFID技術的發展進步，應用領域日益擴大，原先被認為是RFID超高頻及微波致命傷的金屬干擾問題，透過材料技術的發展與設計技術的演進，已逐漸獲得解決（黃玉婷，2007）。2002到2003年間，關於RFID技術的專利增加了四倍之多，雖然目前RFID成本偏高，但隨著RFID軟硬體設備及共同資料管理工具等廠商的競爭越趨激烈，企業也可以期待價格大幅下降的日子來臨（L.N.Higgins.andT.Cairney，2007）。未來微波與超高頻RFID的應用必定會更加廣泛。2.2模具相關介紹2.2.1射出成型與產業發展射出成型為一種利用熱塑性塑膠與熱固性塑膠原料作為生產原料的一種生產技術，是在高壓下將塑料熔體注射到模具中，為塑膠製品最常使用的生產技術之ㄧ。射出成型產業所生產的產品非常多元，在日常生活中，隨處都可見到利用射出成型技術所生產出來的產品，無論在車輛、家電、資訊、通訊等行業，都可見到射出成型的蹤影（Wikipedia，2008）。全球塑膠產量達2億多噸，實際消耗1.8億噸，預計2010年消耗量將達2.5億噸，其中亞洲為0.9億噸，占全球36％。目前中國已經是名副其實的世界塑膠生產、消費和進口大國，預計2010年塑膠樹脂消費量將突破6,000萬噸，占全球20％，年增15％以上，在全球塑膠製品產量排名穩居亞軍。2006年，隨著我國電子、汽車的發展，射出塑膠模具在量和質方面都有較快的發展，目前臺灣模具年產值約425億元，出口值達183億元，其中輸往大陸地區約86億元，占我國模具輸出比例高達47％。由此可見，我國射出成型工業發展前景看好（黃明忠，2008）。2.2.2模具管理一般而言模具管理可分成三個階段，第一階段是要建立模具基本資料與模具成本管理。模具的基本資料為模具管理中最重要的部份，一切關於模具的管理皆需要模具基本資料作為管理基礎；模具的基本資料包含模具編號、開發廠商、模具材質、生產適用原物料、模治具、模具重量、成本等所有關於模具的資訊。（盧曉春、郭盛、阮鋒，2003）。第二階段是模具使用管理，其步驟可分為發派、裝模、試模及繳庫，而管理者在做這方面的管理時需記錄每次使用資料，此外模具的借還須由專人負責，一切進出均作出記錄、簽收。模具使用後，管理者對其技術狀態作出標識，防止誤用。存放期內應定期進行擦洗保養，且模具的存放按編號、體積大小、重量、用途分別定置定位，達到領用、存放方便，排列整齊美觀、標識清楚、帳物一致（付翔，2002）。最後階段即是模具維護管理，包含保養、維修、定檢與報廢。檢驗出不合格的模具時，應對模具進行隔離並標識，若經評定認為已無修理價值，可判定該模具報廢，需填寫固定資產報廢申請表。（付翔，2002）。圖2即為模具管理各階段之重點。藉由將維修流程及方法標準化，改善維修人員與作業人員間的溝通，可有效提升模具維護管理的效益（S.Johnson，2006）。圖2模具管理各階段重點模具企業一般來說都是中小企業。其管理方式,常使模具企業中的管理和技術人員需要花費大量的時間來收集數據（王春元等，2005）。若要做好對模具的管理，資料的蒐集是一大重點。沒有完善的資料，維修人員就不能充分了解整套模具的架構、裝配關係、模具製造技術以及造成不良品的原因；故應根據模具的特點，製定出管理制度，製定模具的「履歷卡片」，詳細記錄模具的相關資料及使用記錄。除此之外，應定期填寫使用報模具管理模具資料管理模具維護管理模具使用管理建立模具基本資訊模具成本管理模具發派作業模具盤點作業模具保養作業模具維修作業模具定檢作業模具報廢作業123KHz全世界通用使用頻率，可合法申請低功率射頻器材型式認證。13.56MHz全世界通用使用頻率，可合法申請低功率射頻器材型式認證。922-928MHz僅供中華民國台灣地區UHFRFID設備使用，可合法申請低功率射頻器材型式認證。2.45GHz全世界通用使用頻率，可合法申請低功率射頻器材型式認證。來源：cimtrac公司：表1RFID相關電信法規產學合作暨成果發表專刊2表，如實反映生產過程中的使用情況，並在每班生產結束時，對模具進行檢查（付翔，2002）。模具是一種生產工具，不單只是一種成本，也是一種投資，若能讓模具保持可生產的狀態，不但能降低成本，還能提升生產力（G.Starkey，2005）。除了讓模具保持可生產的狀態外，透過原料的有效利用及去除次要作業也可有效節省生產成本（M.Knights，2004）。三、研究方法由於RFID屬於新興主題，對於導入模具管理之研究目前仍非常缺乏，故屬於探索性研究（ExploratoryStudies）之範疇；由於本研究將透過質性研究（Quantitativeresearch）中的深度訪談法（In-depthinterviewing）、參與觀察法（Participantobservation）及個案研究法（Casestudymethod），藉由探討較接近實際之資料來讓研究結果更貼近事實，再以相關文獻做為分析時的參考依據，希望透過資料的分析與詮釋，深入了解模具管理之需求與現況，並進行歸納及分析，以尋求個案需求及其共通性，最後建構出有無RFID與資訊管理系統之模具管理流程及製造前置時間模式。質性研究泛指將歸納邏輯（Inductivelogic）運用到社會現象的探索過程。當研究者在對所蒐集資料進行詮釋的過程中，必須充分了解被研究者主觀的感受、知覺與想法，進而理解這些研究現象或行為所蘊含的意義（B.L.Berg,1998;N.K.DenzinandY.S.Lincoln,1998;Guba,1990;W.L.Neuman,1997）。由於大多數產業並無一套完整的模具管理方式，產業的模具管理大多是依靠經驗法則，因此模具管理相關資料大多屬於軟性資料，要建構出一套完整的模具管理方法須透過模具管理相關資料蒐集，建構出可符合模具管理需求之管理流程，由此可知，本研究十分適合使用質性研究作為研究方法。本研究將採取質性研究方法中的深度訪談法、參與關察法與個案研究法三種研究方式作為主要的資料蒐集方法。深度訪談法是指研究者針對特定研究對象，在自然情境下，透過口與敘述的方式與被研究者互動，收集與研究題材相關的口語或非口語資料，透過這種方式，可對研究