NI状态监控方案 发挥智能系统维护功效

国家仪器技术行销工程师 吴维翰

迈向工业4.0时代，企业一旦有效运用虚实整合系统(CPS)、工业物联网乃至大数据分析等相关技术，即可望实现诸多效益，而综观如今已被业界广泛的潜在效益项目，「预防维护」无疑是极具诱因的一环，因为只要做好此项工作，便可防范于未然，有效避免生产线停线状况，进而提升产能稳定度，背后牵动的商业利益着实巨大。

国家仪器(NI)技术行销工程师吴维翰认为，在此前提下，举凡设备状态监控及预防维护等相关解决方案，肯定是偌大工厂智能化拼图当中的亮点所在，因此也为NI铺陈莫大发挥空间。主要是因为，NI多年来一直是相当活跃的机器状态监控供应商，始终将振动分析列为主要发展方向，迄今已累积15年以上历练。

总结来说，NI所能提供的设备状态监控及预防维护方案，大抵分为三大区块，一是前端仪器设备，用以采集声音、振动等信号，二是中间层的分析法则与函式库，三是后端呈现工具。吴维翰形容，NI在此部份的产品供应，期初多是组件式的工具型态，方便用户透过DIY满足己身需求，既能撙节成本又可掌握技术自主性，惟近年市场对于Turnkey Solution的需求已见提升，所以NI也从善如流，已开始朝着此面向发展。

回顾NI投入状态监控应用的历程，系始于2000年，当年第一套产品为阶层分析工具包，相隔4年后才陆续推出声音与振动测量套件，一直到2014年，该公司推出NI InsightCM Enterprise软件解决方案，标榜适用于在线状态监控情境，除了有能力撷取与分析传感器信息外，也可产生告警，并协助维运人员显示及管理相关数据，还可简化大量监控系统的部署作业负担。

设备状态监控  适用范围堪称广阔

吴维翰进一步解释，论及设备状态监控的应用领域，其实相当广阔，只要内含转动的机械，无论是发电机、风力涡轮机、锅炉、压缩机、鼓风机、泵、马达、齿轮、变压器、HVAC、离心机、冷却塔…等等项目，就算已尽可能运用耐磨材质，终究难以全然避免耗损、寿命告终等问题；早在过去，由于设备状态监控应用尚不发达，企业别无他法，只能藉由定期保养，来发挥防杜渐之效，然而才刚保养完却在短时间内失效的悲惨案例屡见不鲜，足见定期保养并非理想方式，唯有透过必要仪器及管理软件套件，使维运人员能在设备开始出现异状之际，即能适时加以掌握，继而展开对应措施，及早排除障碍根源，如此才称得上是积极有效的做法。

除了定期保养外，制造企业倚重的设备管理措施，即是人工巡检，看似比起定期保养更为主动积极，然而这般模式仍有其缺点，包括了效率偏低、容易出错、高风险工作环境有危及人身安全之虞，再加上劳动力日益萎缩，可供调派的巡检人力捉襟见肘。

吴维翰说，为了解决传统管理模式的缺失，多数制造企业纷纷亟思推动维护系统的智能化，过往基于「预先安排的维护」、「突发性维护」的故障排除机制，已转变为兼具「侦测退化」、「性能预测」、「故障预防」等特质的智能式机制。

全面性解决方案  实现预测性故障诊断

在此同时，原本为制造企业仰赖的维护技术元素，包括手动操作、独立式系统，以及有限的数据，分别演变为在线连续监控、整合式系统，以及先进感应。着眼于智能维护系统蔚为主流，NI遂推出InsightCM Enterprise产品，其为一套高整合度的软硬件解决方案，可用于在线状态监控，有助于让企业在操作与维护设备时，能够增加对于机械健康状态的洞察力；细究其蕴含的功能项目，则含括撷取动态和静态数据、管理数据、分析波形数据、配置和监控节点、视觉化原始数据与结果、使用者认证和安全措施、产生并管理警示，以及与现有IT设备整合。

至于InsightCM Enterprise系统架构，前端有基于NI CompactRIO的状态监控系统，后端则可衔接企业基础设施，并拥有数据库历史记录，而在中间的核心层，则包括了两项关键机制，一是InsightCM Server，主要肩负数据分析、系统管理、设备与使用者身份验证，及数据管理等任务，另一则是InsightCM Data Explorer，负责线上分析与呈现撷取的数据、实时监控，以及提供标准振动图等工作。

其中CompactRIO系统本质为周期与事件记录器，主要是基于NI cRIO-9068，可支持市面上多达75%~80%的设备类型，称得上是高性价比的多通道部署方案，常用配置情境为马达泵浦的配电箱，与配电箱之外的加速规、速度计、温度计、油压计联袂运作。譬如中钢，便利用CompactRIO建构在线监诊系统。

InsightCM服务器内含Enterprise Gateway(用于将数据汇出到外部软件)、Systems Manager(Web-based的用户设定工具)两道机制，为一套运行在Windows Server OS的企业软件。此外，InsightCM Data Explorer则利用原始数据进行分析，其分析功能包含了方均根(RMS)、峰对峰值、实际峰值、绝对峰值、DC Offset、Crest Factor、积分？微分等不同项目，也兼可支持英制单位与公制单位。