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从系统建置到专业分析 业者协助企业导入设备监控系统

  • 廖家宜
研华设备状态监控软件WebAccess/MCM可为企业缩短设备监控导入时程。研华

随著工业4.0的推波助澜下,大型企业要落实设备监控并非难事,在内部自动化部门的协助下便可完成。但若是规模以及资源不若大型企业的工厂,该怎么落实设备监控呢?

在设备监控中的概念中,对于机台设备进行预知预防保养已经成为工业4.0不可或缺的一个重要的环节,可摆脱设备无预警故障而停机的窘境,或是零件仍可使用却因定时更换而造成额外浪费。

观察设备监控的实际导入,象是台积电此类大型企业,早在设备监控尚未被广泛应用前,对于机台的维护很早便建立起预知预防保养的观念,并且长时间投入研发资源,累积相关专业知识与技能。

现今市场上已具备相当多样化的设备监控解决方案,业者可透过已集成软硬件的完整解决方案模式,降低工厂导入设备监控系统的技术门槛。例如研华所推出的设备状态监控软件WebAccess/MCM、新汉的预知维护保养系统解决方案,或是国家仪器(NI)的机器状态监控(MCM)解决方案等,都是诸如此类提供从软硬件系统的导入到专业监测分析等的完整服务。

对设备监控系统有所需求的客户,大致可分为两种,其一如上述所提,大型企业已具备一定专业能力,对于内部开发人员来说,主要目的在于加速开发时程;而另一种则是资源缺乏,或现在才欲建立设备监控概念的企业,此类型的客户不但缺乏系统开发人才,也欠缺资料分析专家。

在工业4.0的概念下,产业系以垂直集成的模式串连上下游,因此,导入任何一项新技术对于原产业来说都是一项全新的挑战。设备监控解决方案业者为因应此需求,便开发出无需编写程序的软件套件,可因此大幅减少研发资源及人力成本,或采用图形化导引的方式,让使用者可在简明易懂的配置下快速上手,此有助于后续投入更多资源专注于讯号的分析过程。

研华工业物联网事业群产品经理吴升蔚指出,透过完整的解决方案,即便使用者并无相关机台数据采集分析技能也能顺利导入基础监控方案,避免在建置系统的过程中耗去太多琐碎时间,甚至部分软件套件已具备基本资料集成和诊断分析功能,如时域、频率分析和滤波资料取平均的功能,对于欠缺资料分析专家的企业而言,正符合所需。

现场专家是关键角色

完整之设备监控解决方案可让使用者透过弹性化的开发工具降低初期技术门槛,但真正的重头戏则在于,如何针对设备运行所产生的物理讯号进行分析与处理,并转化为实际有效的数据信息协助客户落实预知预防保养,讯号分析说起来简单,但实际执行却相当不容易。

若欲精确分析各种物理讯号,这方面则需仰赖熟悉机台特性的现场专家协助操作。现场专家所扮演的角色事实上与过去工厂内的「老师傅」颇有雷同。现场专家除了可协助业者在硬件建置上提升作业效率外,在建模过程亦可协助其提升异常情况判断的精确度。

从工厂实际导入的过程中观察,吴升蔚表示,在初期建置设备监控系统时,往往以建模过程最费时,因机台必需在24小时不停运行下,从良好的运行状态遂生成异常情况,以便提供参数进行分析比对。建模的耗时可达1个月,甚至长达1年。

建模的过程类似于机台自我学习的概念,透过异常情形的模拟,训练设备监控系统透过物理讯号的变化判断设备异常的症结,并进行故障排除,但随著不断地采集各种物理讯号并进行分析比对,数据信息量越多,其对于异常情况判断的准确度也会显著提升。

虽然建模过程费时,不过万事起头难,如若顺利完成建模阶段,便可依标准作业流程将此模块迅速导入至其它设备,进而降低后续开发时间。建模可说是建置设备监控系统中一个极为重要却又复杂的过程,非一般厂务人员能力所及。

因此,现场专家在此阶段进场可协助其透过各种机械元件的结构、特性以及运转中所产生的各种讯号进行分析与系统设定。现场专家的目的,便是确保业者在导入初期能够快速建立起正确的模型,以防过程稍有错差而后续需花更多时间回归正轨。

依业别寻找最合适的监控设备

此外,在建置设备监控系统的过程中,除了在讯号的分析与处理方面需下工夫之外,硬件建置也是其重要的考量。依据业者需求,在监控设备的选择上也会有所差,成本是其一因素,而最大的考量则是产业型态。

以研华针对振动量测所使用的讯号撷取卡来说,不同的撷取卡等级可对应不同产业需求,主要的差异在于是否可达到机台多组讯号同步取样、以及分辨率的精确,分辨率越高的讯号撷取卡可侦测更细微的振动频率。

达到机台讯号同步取样取决于采样的频率和通道间的独立,采样频率意指每秒可采集多少笔物理讯号,频率越高代表采样数越多,也代表著可供时域和频域分析的点数越多,进而达到精准判断,通道间的独立则代表每个通道需要有同时独立采集的能力。

相比采样频率,另一具有监测效益的则是分辨率。分辨率代表讯号变化的精细程度,分辨率越高的撷取卡可采集到的物理讯号变化量就越精细,因此可侦测到非常细微的振动变化。

在工具机产业中,对于设备监控系统的要求通常希望只要能在异常前有充足的时间预作处理即可,因此对采样频率以及分辨率的要求大多不那么严苛,在监控设备的等级选择上以可应付所需即可,通常采用入门款、成本较低的设备。但对于半导体产业来说,可就不是这么回事了。

在半导体产业中,产线24小时不停运行,生产极为精密的电子元件,这不像工具机切削大型材料,对于半导体产业而言,任何一点细小的误差都不被允许,因此在监控设备的选择上极为重视实时、同步的概念,因而更倾向于采用可同步采集讯号的撷取卡为主,借以避免时间的延迟性导致系统误判。

吴升蔚观察,一般越精密的机台其内部零组件组成越复杂,因而在机台运行时所产生的振动频率也越多,极便是一个微小零件所产生的细微振动,都有可能是造成设备异常的根源,因此诸如半导体产业精密机台,对于每种细微振动讯号的侦测要求非常精准,而对于撷取卡则要求高分辨率的规格。

并非越高端的监控设备代表讯号侦测越精准,业者仍需依据本身的需求选择监控设备才是适当的建置方式。但往往根据台湾过往的产业型态,最后拍板仍取决于成本考量,当然,越高端的监控设备价格越昂贵,这就得看业者是否愿意花成本投入了。