15 -1 15 -2 15 -3 15 -4

15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15 -1 § 前言 § 15. 1　電腦輔助設計 § 15. 2　電腦輔助製造 § 15. 3　電腦輔助製程規劃 § 15. 4　物料需求規劃與製造資源規劃 § 15. 5 彈性製造系統 § 15. 6 管理資訊系統 § 15. 7 電腦整合製造系統 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲隨著 業革命的來臨，製造程序進入機械化與專 業化，達成大量生產、零件具互換性、產品精確 且均一等特點，但對操作人員的依賴仍是頗深。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 ▲自動化的應用可減少對直接人 的需求、增進操 作人員的安全性、提升生產率和獲得品質一致的 產品。 ▲電腦的出現對製造業的影響極為重大，因此有人 稱電腦的發明及應用為第二次 業革命。 15 -6 15 -7

▲電腦與生產系統已形成密切不可分離的關係，生 產系統的要素為規劃、設計、製造和管理，這一 切都可經由電腦的輔助而得到最佳化的組合，因 此形成一個有效率的生產系統，達到最合乎經濟 利益的生產活動。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 1　電腦輔助設計 ▲電腦輔助設計(Computer-aided design，CAD)是 指利用電腦強大的計算能力及速度和記憶體容量， 配合相關軟體和硬體設備的支援，協助新產品的 開發與 程分析，或對原有產品加以改良，目的 在求得最佳化的設計，並將設計完成所得到的結 果自動繪製成 程圖表達出來。 ▲電腦輔助繪圖(Computer-aided drafting，CAD) 是電腦在輔助設計方面最早的應用，故成為一般 人所熟知及接受的電腦輔助設計。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲電腦輔助設計結合交談式電腦繪圖(Interactive computer graphic)建構各種形式圖形，以及電腦 輔助 程分析(Computer-aided engineering analysis，CAE)的計算及最佳化處理的特性，共 同形成功能完備的電腦輔助設計系統。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7 ▲電腦輔助設計系統的硬體設備包括電腦、繪圖螢 幕、儲存大量記憶體的媒介、輸入裝置和輸出裝 置。軟體方面則包括作業系統、繪圖套裝軟體、 應用軟體和應用資料庫。

1. 作業系統 • 提供基本操作環境，用以控制電腦及週邊設備的運作，例如 DOS、UNIX和WINDOWS作業系統 2. 繪圖套裝軟體 • 提供設計者創造、展示及修改產品的幾何圖形。 • 在電腦輔助設計系統中，呈現產品設計成果的三種形式有一 般的 件平面圖(二維)，二又二分之一維的輪廓物體圖及旋 轉物體圖，和三維的線架構模型(Wire frame model)、面模 型(Surface model)及實體模型(Solid model)等。三維模型的 建立需經過許多計算。 • 電腦輔助繪圖的好處是可以很容易地將複雜形狀的零件表示 成為 程圖，尤其是當設計有修改時，比起傳統的人 繪圖 方式，可節省大量的人力和時間。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

3. 應用軟體 • 包含利用有限元素法(Finite element method，FEM)建構的 套裝軟體，例如ANSYS、Pro/E、DEFORM等，可用來分 析計算設計的物體受外力作用時，應力、應變、溫度等的分 佈或反應。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 4. 應用資料庫 • 電腦整合製造系統的資料庫，可提供設計所需的各種資訊， 同時可將設計成果等資源分享至生產的各個階段。如群組技 術。 • 群組技術則是根據其特性所建立的零件分類和編碼系統。因 此對設計者而言只需找到零件的相關特性，即可很容易地得 到設計時所需的參考資料。 15 -7

• 利用繪圖套裝軟體建構的設計圖也將會被儲存到相關的資料 庫中，再經由電腦輔助設計與製造(CAD/CAM)套裝軟體的 程式轉換，即可將 程圖的數位資訊傳送到電腦輔助製造系 統，達成系統整合的目標。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲電腦輔助設計系統的設計過程可分為四個階段: 1. 幾何造型(Geometric modeling) 利用繪圖套裝軟體的指令產生或修改其線、面、實體、尺寸 和文字等，建構出二維或三維的幾何模型 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 2. 程分析(Engineering analysis) 應力、應變、應變率、撓曲、溫度、振動等 3. 審核及評估(Review and evaluation) 4. 自動繪圖(Automated drafting) 15 -7

▲電腦輔助設計系統的優點有: 15 -1 1. 可縮短設計開發的前置時間(Lead time) 15 -2 15 -3 2. 利用完整的設計資訊及分析軟體，可即時修正缺失或錯誤， 得到最佳的設計結果 15 -4 3. 可使 程人員的生產力增加，以及產品的成本降低 15 -6 15 -5 15 -7 4. 可產生標準化的 程圖或實體模型，達成資訊的傳輸與共享； 或是藉由產品的立體展示有利於和顧客的溝通 5. 當設計有任何修改時，可透過共用資料庫的功能，讓所有相 關部門立即得知，如此使得該產品的整個生產系統，可以同 時使用相同之最新版本的設計資料

15. 2　電腦輔助製造 ▲電腦輔助製造(Computer-aided manufacturing， CAM)是指藉由電腦與生產系統之共用資料庫的 結合，執行與產品製造相關的規劃、加 、管理 及品質管制等各種過程。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 ▲電腦將發揮監督(Monitoring)、溝通 (Communication)和控制(Control)的功能。 ▲電腦輔助製造包含許多自動化、數值控制、 業 機器人(Robot)等的技術和機具設備。 15 -7

▲現代化的製造 廠通常會採用由電腦輔助設計 (CAD)與電腦輔助製造(CAM)結合成的電腦輔助 設計／製造(CAD/CAM)系統。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 ▲CAD/CAM系統可將CAD發展的資料庫轉儲存到 CAM，並進一步處理成生產系統的其他部份所需 使用的資訊。 15 -5 15 -6 15 -7

▲CAD/CAM系統的發展對製造業產生很大的衝擊 與貢獻，它主要的優點有: 1. 可以製造品質均一的產品。 2. 可快速反應市場的需求，即時修改產品設計並加以製造出來， 大幅提高產品的競爭力。 3. 可減少物料的浪費，降低操作人員的負擔、危險和持續性 作的疲累等，也能促進成本的降低和生產率的提升。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 3　電腦輔助製程規劃 15 -1 ▲電腦輔助製程規劃的形式有兩種: 15 -2 15 -3 1. 擷取式(Retrieval type)系統 又稱為變動式(Variant)系統或衍生式(Derivative)系統，是指 以群組技術(GT)的觀念為基礎，對要製造的零件根據其形狀 和製造特性的分類及編碼，在原先已建立完成的資料庫中找 出同一屬性的零件族，並擷取使用其標準製程。 2. 創成式(Generative type)系統 是指以專家系統(Expert system)所包含的零件幾何形狀、尺 寸、材料性質、製造方法、機器、輔助 具、操作順序等眾 多資料庫為基礎。 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲電腦輔助製程規劃的優點包括: 1. 因製程規劃的標準化，可使製程規劃更具一致性、更合乎邏 輯，真正達到最佳化。 2. 藉由資料庫的協助，可使製程規劃人員減少很多 作負擔及 錯誤的發生，提升其生產力。 3. 可縮短製程規劃的時間，故可減少製造的前置時間。 4. 電腦列印的製程路線單(Routing sheet)比手 抄寫的整齊易 讀，也較不會出錯。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

5. 可結合其他應用程式，例如成本估價、標準作業程序等應用 程式，增進電腦支援製造自動化的功能。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 4　物料需求規劃與製造資源規劃 ▲物料需求規劃(Material requirements planning， MRP)是指對生產相關的原料、外購零件、半成 品、輔助 具和維修用品等的採購、庫存和管制 等。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲物料需求規劃的優點有: 1. 可有效降低原料、外購零件、半成品等的庫存數量 2. 可有效減少交貨期的延誤，改進對顧客服務的水準 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 3. 可以迅速回應主要排程及需求的改變 4. 得到較佳的機器使用率 5. 提高生產率 15 -7

15. 5　彈性製造系統 ▲彈性製造系統(Flexible manufacturing system， FMS)是指一個製造系統對產品有關的反應及適應 改變的速率，具有很高的接受及調整生產活動的 能力。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲彈性製造系統的效益有: 1. 可彈性調整或變更製程，以適應市場上對產品要求不斷改變 的狀況 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 2. 利用線上檢測刀具損壞的功能，執行即時更換刀具的動作， 以確保品質及減少不良品造成的損失 3. 有效運用機具設備，避免閒置浪費的發生，可增進其使用率 4. 減少各種生產資源庫存積壓的問題 15 -6 15 -7

5. 降低直接及間接人 成本 15 -1 15 -2 6. 增進對加 條件的有效控制 15 -3 15 -4 7. 增進對產品生產數量改變，或混合不同的類似產品製造時 的調整能力 15 -5 15 -6 15 -7 8. 達成低成本和高效率的生產目標

▲彈性製造系統是配合CAD/CAM的整合 其構成要素包括： 1. 主控電腦及系統軟體的控制系統 2. 電腦數值控制 具機等組成的 作站 3. 物料自動化搬運及傳送的處理系統 4. 人員參與的程式製作、監控、系統維護及操作等四大部份 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 5. 1　電腦數值控制 具機 ▲ 作站(Workstation)是彈性製造系統中，用以執 行加 及裝配等直接生產 作的主要場所，包括 的設備有電腦數值控制(CNC) 具機、 作檯、 機器人等。其中電腦數值控制 具機是彈性製造 系統的製造核心。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 5. 2　物料處理系統 ▲有關製造的原料、外購零件、半成品以至成品， 均需經由運送的過程，將它們從儲存區送到機器 附近的裝卸區，再到 具機夾具的裝卸；在加 完成後送到檢驗、清洗、裝配和包裝等 作站， MHS都可以利用控制系統的監控作用及管理功能， 使其按照規劃的路線，有效率的進行運送動作。 ▲單軌吊車、手推車、堆高機、滾子輸送帶、軌道 導引搬運車、自動導引搬運車(Automated guided vehicle，AGV，又稱為無人搬運車)和機器人等， 其中彈性程度以AGV最大。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

▲自動存取系統(Automated storage-retrieval system，AS/RS)是使彈性製造系統的自動化加 機器設備，得以完全發揮其功能的重要輔助裝置。 利用電腦的管理能力，可精確地控制物料、 具 和成品等的庫存數量和放置位置，以及取用的順 序和方式。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 5. 3　自動檢驗系統 ▲基本的檢驗方式有生產線上檢驗和生產線外檢驗 兩種。生產線上檢驗需利用靈敏的電子探針、雷 射或視覺系統設備，在製造過程中即時檢測出加 誤差，並且立刻處理以消除引起誤差的原因， 減少不合格產品的繼續被製造。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 6　管理資訊系統 ▲管理資訊系統(Management information system， MIS)是指與生產系統有關的人員管理、物料管理、 銷售管理、加 管理、製程管理、品質管理、財 務管理、機具設備及電腦的軟體和硬體管理等， 利用電腦執行統一的控制，以達成一致性的管理 目標。 ▲區域網路(Local area network，LAN)扮演著重要 的通訊功能。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15. 7　電腦整合製造系統 ▲電腦整合製造系統(Computer integrated manufacturing system，CIMS)是將前面章節所 敘述的各種與電腦輔助生產活動相關的技術和觀 念整合應用而成，是自動化層次最高的生產方式。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 ▲CIMS的核心是共用資料庫，經由資料擷取系統 (Data acquisition system，DAS)自動收集及分析 來自各部門的資訊，並將處理後的資訊再傳輸給 相關部門，如圖 15. 1所示。 15 -7

▲理想的 廠生產模式是無人化 廠(Unmanned factory)又稱為 廠自動化(Factory automation， FA)，是指一天 24小時都可以進行生產製造的 廠，且不必有直接操作人員在 作現場，也不需 要大量的庫存，機器設備的使用率能充分達成， 並能以最低生產成本，最高生產率的方式，生產 品質穩定的產品。 ▲無人化 廠是電腦整合製造系統的功能發揮到極 致的成果展現，是製造業追求的理想境界。 15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7

15 -1 15 -2 15 -3 15 -4 15 -5 15 -6 15 -7