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設備監控專輯:踏出工業4.0的第一步、用預測取代預防

傳統例行維護問題多 導入設備監控有其必要性

現場專家在設備監控系統中扮演非常重要的角色。SKF

過去工廠在進行例行性的機台設備保養作業時,多以人工巡檢的方式,並倚靠「老師傅」的經驗逐一針對設備進行全面的「健康檢查」,然而此種執行方式仍有諸多困難點。

首先,因勞動力下滑造成人力有限會影響檢測頻率而使執行效率變低;其次,面對眾多且複雜的設備,新進技術人員倘若經驗不足,則容易影響檢測結果,甚至某些場域的環境條件有高度危險性,可能存在工安意外的隱憂。再者,採用定期保養的方式也較難以實時掌握設備的使用情況,尤其對於精密且昂貴的設備而言,更應當「金金計較」。

這可能會面臨兩種情況,一種是設備使用壽命還未到極限卻提早進行更換,而若是汰換較為昂貴的設備則徒增營運成本;另一種情況則是,設備尚未到達檢修或汰換的時機,卻已出現異常而不自知,而如此所造成的影響更深。

研華工業物聯網事業群產品經理吳昇蔚表示,倘若設備在異常或超出容許範圍的情況下仍持續進行產線運作,則該產線所生產的產品其良率也會跟著下降,且若無法即早發現設備異常,仍持續運作,不但面臨意外停機風險,恐進一步造成周邊零組件跟著損壞,因而擴大故障範圍,可謂得不償失。面對這些令人頭痛的問題,業者的癥結在於無法如實掌握設備的狀態,傳統的例行性維護方式更難以達到此需求,而導入設備監控系統便是能讓業者化被動為主動的關鍵。透過設備監控系統,業者便能改以機器取代人力、以科學方法取代經驗來協助工廠強化機台設備在維修以及預知預防保養的能力。

機台的健康數據:物理訊號

設備監控大致可分為幾個層面(或稱之為步驟)。首先,欲了解設備作業狀態的第一步,即對設備需有感知能力,在這部分,現今只要搭配感測技術,便能一一擷取設備在作業中所產生的物理訊號,這些物理訊號簡而言之,就是機台設備的「健康數據」,也就是判定機台設備是否維持正常運作,或預期可能發生故障時的重要依據。

各種感測器可用於感測各類設備元件的變化,較常見的有振動感測與電流感測。由於馬達是所有機台設備運轉的核心元件,因此馬達的電流變化通常是設備監控首要判別的依據之一。當設備運作不順暢時往往需要更大的推動力,此時電流便因此增強,因此突如其來的電流爬升可能代表馬達正產生異常運轉。

但當電流異常爬升時,有時機台已面臨故障邊緣,而振動量測則是一個能讓使用者更容易判斷機台設備是否故障的物理訊號。利用振動訊號偵測的優點在於,能夠及早發現設備元件的機械性能老化、損毀。吳昇蔚表示,振動訊號能夠感測微小機台內的零組件偏移,當異常情形還未產生的情況下,這對於業者來說,已經具備充足的反應時間針對設備零組件的老化或異常進行處理。

除了較常見的電流、振動等物理訊號之外,其他可用來評估機台設備元件變化的感測技術還包括如溫度,可用於感測機台設備運動過程中所產生的熱量,如工具機進行材料切削時所引起的摩擦,以及噪音、壓力、轉速等感測方式。

每種機台設備跟據其故障模式的不同,其判別所根據的物理資訊也會有所不同。國家儀器(NI)技術行銷經理吳維翰表示,這就好比醫生看診會透過心跳、血壓、脈博等的測量以及呼吸狀況等各種方法,最後再由醫生綜合各種檢查數據評估病症為何,設備專家最終也會透過各種物理資訊進行判別,以對機台設備進行健康評估。

現場專家為不可缺要角

當各式感測器擷取設備運作時所產生的物理訊號後,下一歩便透過監控系統中的訊號擷取模組將其訊號採集回系統主機,並進一步透過檢測軟體分析與處理,即可判別設備零件是否異常。若企業具有一定規模,例如跨廠區甚至於跨國廠務的管理,大型工廠也會將其監控訊息串連至雲端進行遠端監控。

在導入設備監控系統前,業者可先針對工廠環境進行評估,包含硬體佈線,因為機械設備的機箱可容納監控設備的空間不多,加上佈線,空間內將變得複雜,同時在維護和管理上也會增加困難度。

整個設備監控系統最具有價值的部分,在於能夠透過設備運作時所產生的物理訊息了解實時的作業狀態與使用週期,但這些設備所產生的數據資訊不但複雜且具有高度專業性,非一般工廠IT人員可獨立處理,因此,建置設備監控系統重要的一塊拼圖,便需要由精通各種機台的現場專家(或稱為設備專家)來補齊。

吳昇蔚表示,現場專家需對各種機械設備的運作與結構瞭若指掌,可進一步協助工廠管理者在建置設備監控系統時提升作業效率,並進一步在數據分析的過程中協助其達到精準的判斷。

例如,現場專家本著對機械設備的了解,會比任何人更清楚機台設備最容易故障的根源為何,可藉此協助工廠管理者精準掌握感測器埋放的位置,以確保該感測器所採集到的運作訊號是正確且有效的。

此外,在對訊號進行分析的過程中,現場專家亦是工廠設備端與後台IT人員之間重要的溝通橋樑,可協助IT人員將採集而得的原始資料(Raw Data)轉化為有效的數據資訊,以判斷機台實際的運作狀態。

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