1、精準預(yù)測更勝預(yù)防 設(shè)備監(jiān)控杜絕停機風(fēng)險

制造業(yè)一直是中國臺灣重要的經(jīng)濟命脈，但隨著「中國制造2025」崛起、美國高喊制造回流，臺灣制造業(yè)逐漸嗅到一絲危機。業(yè)界擔(dān)心，若臺灣制造業(yè)再不升級，仍舊抱持傳統(tǒng)，五年后將面臨被大陸、南亞淘汰的命運。但另一方面，伴隨工業(yè)4.0、智能制造的發(fā)展逐漸成熟，臺灣制造業(yè)若能善用這波科技力量提升核心價值，或?qū)⒂袡C會化危機于中轉(zhuǎn)。

舉凡人工智能、大數(shù)據(jù)、虛實集成等都是目前在工業(yè)4.0的討論中，被廣泛運用的技術(shù)應(yīng)用，但若站在臺灣以制造業(yè)為主的角度而言，設(shè)備監(jiān)控卻是所有技術(shù)層面中最能立竿見影的部份。由于機臺設(shè)備是制造業(yè)的倚重的生財工具，好比「工欲善其事必先利其器」，維持機臺穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)線才能運行順暢。

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就像人們通常每年進行一次例行性健康檢查，過去機臺設(shè)備的「健診」同樣也是藉由定期歲修，好讓設(shè)備全面停機進行檢查、保養(yǎng)以及汰舊換新。不過，雖然履行定期歲修，機臺設(shè)備的不確定性仍令制造業(yè)者頭痛不已，因為誰能保證設(shè)備在非保養(yǎng)期間仍能萬無一失呢?

由于設(shè)備并不會說話，無法告知廠務(wù)人員何時正常、何時異常，因此當設(shè)備因故障而停機時往往已經(jīng)「禍到臨頭」，工程師急需趕赴現(xiàn)場進行檢查并搶修，關(guān)鍵時刻分秒必爭，因為設(shè)備遇停也代表著產(chǎn)線跟著停擺，后續(xù)影響甚深。

因此，有沒有一個辦法能夠在即將因故障而停止運轉(zhuǎn)前，先行解決這個問題以避免產(chǎn)線停擺?而這就是設(shè)備監(jiān)控所能帶來的***效益。與傳統(tǒng)例行性維護不同，設(shè)備監(jiān)控主張透過實時狀態(tài)偵測用以實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，就像醫(yī)生透過各種儀器診察病人各項身體數(shù)據(jù)，設(shè)備監(jiān)控也透過各種傳感器擷取設(shè)備的「健康數(shù)據(jù)」，如電流、振動、聲音等，來判斷機臺設(shè)備正常與否。

再進一步透過大數(shù)據(jù)分析，廠務(wù)人員可根據(jù)設(shè)備的實際運行狀態(tài)來推測使用壽命，讓工廠管理者在檢修機臺設(shè)備時，有憑有據(jù)的依照實際狀況進行評估。而另一方面，藉由數(shù)據(jù)分析更可預(yù)測潛在的故障危機，廠務(wù)人員便可依此根據(jù)在「故障潛伏期」先行進行適當?shù)漠a(chǎn)線調(diào)配，讓產(chǎn)線不因臨時故障而停擺，進而提升產(chǎn)能穩(wěn)定。

事實上，在日常生活中也可以顯見設(shè)備監(jiān)控的重要性。以汽車皮帶舉例來說，其日子久了會出現(xiàn)磨損、老化等現(xiàn)象，不像其它耗材偶爾可以用到壞為止，如果汽車皮帶真的用到斷了，重則為行車安全帶來極大的隱憂。因此，為了安全考量，汽車廠商通常會要求車主養(yǎng)成定期檢查、及時更換皮帶的習(xí)慣。

這通常有兩種情況，一種已出現(xiàn)斷裂、另一種則是沒有斷裂，但這不代表它沒有問題，然而究竟該不該換，卻取決于維修技師的經(jīng)驗而并非科學(xué)根據(jù)，這樣的方法真的萬無一失嗎?

事實上，皮帶的耗損程度取決于個人開車習(xí)慣，但因受制于無法追蹤每個車主的使用習(xí)慣，因此只能根據(jù)老師傅的經(jīng)驗判斷或采用定期維修。但從另一個角度思考，若皮帶的耗損程度實際上并不嚴重，但卻仍必須遵循「定期」準則，這對于車主來說，無疑增加一筆額外開銷。

與其倚靠經(jīng)驗判斷，若能實際掌握皮帶的耗損程度、理解皮帶的「健康狀況」，車主或許就能更精準地掌握維修時機。而這套邏輯套用在設(shè)備監(jiān)控也是一樣的道理。但對于產(chǎn)業(yè)而言，死機臺設(shè)備損壞時，可就不是換一條皮帶這么輕而易舉的事了。

例如，半導(dǎo)體產(chǎn)線24小時都在運行，一旦設(shè)備因故障或任何突發(fā)狀況而停機，可能將因此招致幾百億、甚至幾千億的損失。而這當中除了原物料報廢的成本損失，更多的壓力是來自于無法如期達到客戶的交期需求，影響客戶對業(yè)者的信賴。

機臺維修是必然，最壞的狀況是臨時發(fā)生故障而緊急維修，這是非預(yù)測性的情況，因此難以預(yù)估停機維修的時間，也無法掌握損失成本。而定期維修的方式雖是一種較為保險的做法，但顯然在成本考量上無法兩全其美。

而由設(shè)備監(jiān)控所延伸的預(yù)知預(yù)防保養(yǎng)，不但可如實掌握機臺實時運行情形，也可以預(yù)知未來機臺變故，無疑是現(xiàn)階段智能制造需求中，最實際貼切的做法。

2、傳統(tǒng)維護問題多 導(dǎo)入設(shè)備監(jiān)控有其必要性

過去工廠在進行例行性的機臺設(shè)備保養(yǎng)作業(yè)時，多以人工巡檢的方式，并倚靠「老師傅」的經(jīng)驗逐一針對設(shè)備進行全面的「健康檢查」，然而此種執(zhí)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(zhí)行效率變低;其次，面對眾多且復(fù)雜的設(shè)備，新進技術(shù)人員倘若經(jīng)驗不足，則容易影響檢測結(jié)果，甚至某些場域的環(huán)境條件有高度危險性，可能存在工安意外的隱憂。再者，采用定期保養(yǎng)的方式也較難以實時掌握設(shè)備的使用情況，尤其對于精密且昂貴的設(shè)備而言，更應(yīng)當「金金計較」。

這可能會面臨兩種情況，一種是設(shè)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(shè)備則徒增營運成本;另一種情況則是，設(shè)備尚未到達檢修或汰換的時機，卻已出現(xiàn)異常而不自知，而如此所造成的影響更深。

研華工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)群產(chǎn)品經(jīng)理吳升蔚表示，倘若設(shè)備在異常或超出容許范圍的情況下仍持續(xù)進行產(chǎn)線運行，則該產(chǎn)線所生產(chǎn)的產(chǎn)品其良率也會跟著下降，且若無法即早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，仍持續(xù)運行，不但面臨意外停機風(fēng)險，恐進一步造成周邊零組件跟著損壞，因而擴大故障范圍，可謂得不償失。面對這些令人頭痛的問題，業(yè)者的癥結(jié)在于無法如實掌握設(shè)備的狀態(tài)，傳統(tǒng)的例行性維護方式更難以達到此需求，而導(dǎo)入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)便是能讓業(yè)者化被動為主動的關(guān)鍵。透過設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，業(yè)者便能改以機器取代人力、以科學(xué)方法取代經(jīng)驗來協(xié)助工廠強化機臺設(shè)備在維修以及預(yù)知預(yù)防保養(yǎng)的能力。

機臺的健康數(shù)據(jù)：物理訊號

設(shè)備監(jiān)控大致可分為幾個層面(或稱之為步驟)。首先，欲了解設(shè)備作業(yè)狀態(tài)的***步，即對設(shè)備需有感知能力，在這部分，現(xiàn)今只要搭配感測技術(shù)，便能一一擷取設(shè)備在作業(yè)中所產(chǎn)生的物理訊號，這些物理訊號簡而言之，就是機臺設(shè)備的「健康數(shù)據(jù)」，也就是判定機臺設(shè)備是否維持正常運行，或預(yù)期可能發(fā)生故障時的重要依據(jù)。

各種傳感器可用于感測各類設(shè)備元件的變化，較常見的有振動感測與電流感測。由于馬達是所有機臺設(shè)備運轉(zhuǎn)的核心元件，因此馬達的電流變化通常是設(shè)備監(jiān)控首要判別的依據(jù)之一。當設(shè)備運行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(chǎn)生異常運轉(zhuǎn)。

但當電流異常爬升時，有時機臺已面臨故障邊緣，而振動量測則是一個能讓使用者更容易判斷機臺設(shè)備是否故障的物理訊號。利用振動訊號偵測的優(yōu)點在于，能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備元件的機械性能老化、損毀。吳升蔚表示，振動訊號能夠感測微小機臺內(nèi)的零組件偏移，當異常情形還未產(chǎn)生的情況下，這對于業(yè)者來說，已經(jīng)具備充足的反應(yīng)時間針對設(shè)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，其它可用來評估機臺設(shè)備元件變化的感測技術(shù)還包括如溫度，可用于感測機臺設(shè)備運動過程中所產(chǎn)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(zhuǎn)速等感測方式。

每種機臺設(shè)備跟據(jù)其故障模式的不同，其判別所根據(jù)的物理信息也會有所不同。國家儀器(NI)技術(shù)營銷經(jīng)理吳維翰表示，這就好比醫(yī)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，***再由醫(yī)生綜合各種檢查數(shù)據(jù)評估病癥為何，設(shè)備專家最終也會透過各種物理信息進行判別，以對機臺設(shè)備進行健康評估。

現(xiàn)場專家為不可缺要角

當各式傳感器擷取設(shè)備運行時所產(chǎn)生的物理訊號后，下一歩便透過監(jiān)控系統(tǒng)中的訊號擷取模塊將其訊號采集回系統(tǒng)主機，并進一步透過檢測軟件分析與處理，即可判別設(shè)備零件是否異常。若企業(yè)具有一定規(guī)模，例如跨廠區(qū)甚至于跨國廠務(wù)的管理，大型工廠也會將其監(jiān)控訊息串連至云端進行遠程監(jiān)控。

在導(dǎo)入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)前，業(yè)者可先針對工廠環(huán)境進行評估，包含硬件布線，因為機械設(shè)備的機箱可容納監(jiān)控設(shè)備的空間不多，加上布線，空間內(nèi)將變得復(fù)雜，同時在維護和管理上也會增加困難度。

整個設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)***有價值的部分，在于能夠透過設(shè)備運行時所產(chǎn)生的物理訊息了解實時的作業(yè)狀態(tài)與使用周期，但這些設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息不但復(fù)雜且具有高度專業(yè)性，非一般工廠IT人員可獨立處理，因此，建置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)重要的一塊拼圖，便需要由精通各種機臺的現(xiàn)場專家(或稱為設(shè)備專家)來補齊。

吳升蔚表示，現(xiàn)場專家需對各種機械設(shè)備的運行與結(jié)構(gòu)了若指掌，可進一步協(xié)助工廠管理者在建置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)時提升作業(yè)效率，并進一步在數(shù)據(jù)分析的過程中協(xié)助其達到精準的判斷。

例如，現(xiàn)場專家本著對機械設(shè)備的了解，會比任何人更清楚機臺設(shè)備最容易故障的根源為何，可藉此協(xié)助工廠管理者精準掌握傳感器埋放的位置，以確保該傳感器所采集到的運行訊號是正確且有效的。

此外，在對訊號進行分析的過程中，現(xiàn)場專家亦是工廠設(shè)備端與后臺IT人員之間重要的溝通橋梁，可協(xié)助IT人員將采集而得的原始資料(Raw Data)轉(zhuǎn)化為有效的數(shù)據(jù)信息，以判斷機臺實際的運行狀態(tài)。

3、從系統(tǒng)建置到專業(yè)分析 業(yè)者協(xié)助企業(yè)導(dǎo)入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

隨著工業(yè)4.0的推波助瀾下，大型企業(yè)要落實設(shè)備監(jiān)控并非難事，在內(nèi)部自動化部門的協(xié)助下便可完成。但若是規(guī)模以及資源不若大型企業(yè)的工廠，該怎么落實設(shè)備監(jiān)控呢?

在設(shè)備監(jiān)控中的概念中，對于機臺設(shè)備進行預(yù)知預(yù)防保養(yǎng)已經(jīng)成為工業(yè)4.0不可或缺的一個重要的環(huán)節(jié)，可擺脫設(shè)備無預(yù)警故障而停機的窘境，或是零件仍可使用卻因定時更換而造成額外浪費。

觀察設(shè)備監(jiān)控的實際導(dǎo)入，象是臺積電此類大型企業(yè)，早在設(shè)備監(jiān)控尚未被廣泛應(yīng)用前，對于機臺的維護很早便建立起預(yù)知預(yù)防保養(yǎng)的觀念，并且長時間投入研發(fā)資源，累積相關(guān)專業(yè)知識與技能。

現(xiàn)今市場上已具備相當多樣化的設(shè)備監(jiān)控解決方案，業(yè)者可透過已集成軟硬件的完整解決方案模式，降低工廠導(dǎo)入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)門檻。例如研華所推出的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控軟件WebAccess/MCM、新漢的預(yù)知維護保養(yǎng)系統(tǒng)解決方案，或是國家儀器(NI)的機器狀態(tài)監(jiān)控(MCM)解決方案等，都是諸如此類提供從軟硬件系統(tǒng)的導(dǎo)入到專業(yè)監(jiān)測分析等的完整服務(wù)。

對設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)有所需求的客戶，大致可分為兩種，其一如上述所提，大型企業(yè)已具備一定專業(yè)能力，對于內(nèi)部開發(fā)人員來說，主要目的在于加速開發(fā)時程;而另一種則是資源缺乏，或現(xiàn)在才欲建立設(shè)備監(jiān)控概念的企業(yè)，此類型的客戶不但缺乏系統(tǒng)開發(fā)人才，也欠缺資料分析專家。

在工業(yè)4.0的概念下，產(chǎn)業(yè)系以垂直集成的模式串連上下游，因此，導(dǎo)入任何一項新技術(shù)對于原產(chǎn)業(yè)來說都是一項全新的挑戰(zhàn)。設(shè)備監(jiān)控解決方案業(yè)者為因應(yīng)此需求，便開發(fā)出無需編寫程序的軟件套件，可因此大幅減少研發(fā)資源及人力成本，或采用圖形化導(dǎo)引的方式，讓使用者可在簡明易懂的配置下快速上手，此有助于后續(xù)投入更多資源專注于訊號的分析過程。

研華工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)群產(chǎn)品經(jīng)理吳升蔚指出，透過完整的解決方案，即便使用者并無相關(guān)機臺數(shù)據(jù)采集分析技能也能順利導(dǎo)入基礎(chǔ)監(jiān)控方案，避免在建置系統(tǒng)的過程中耗去太多瑣碎時間，甚至部分軟件套件已具備基本資料集成和診斷分析功能，如時域、頻率分析和濾波資料取平均的功能，對于欠缺資料分析專家的企業(yè)而言，正符合所需。

現(xiàn)場專家是關(guān)鍵角色

完整之設(shè)備監(jiān)控解決方案可讓使用者透過彈性化的開發(fā)工具降低初期技術(shù)門檻，但真正的重頭戲則在于，如何針對設(shè)備運行所產(chǎn)生的物理訊號進行分析與處理，并轉(zhuǎn)化為實際有效的數(shù)據(jù)信息協(xié)助客戶落實預(yù)知預(yù)防保養(yǎng)，訊號分析說起來簡單，但實際執(zhí)行卻相當不容易。

整合多層存儲，混合存儲陣列的成本精簡之道

若欲精確分析各種物理訊號，這方面則需仰賴熟悉機臺特性的現(xiàn)場專家協(xié)助操作。現(xiàn)場專家所扮演的角色事實上與過去工廠內(nèi)的「老師傅」頗有雷同?，F(xiàn)場專家除了可協(xié)助業(yè)者在硬件建置上提升作業(yè)效率外，在建模過程亦可協(xié)助其提升異常情況判斷的精確度。

從工廠實際導(dǎo)入的過程中觀察，吳升蔚表示，在初期建置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)時，往往以建模過程最費時，因機臺必需在24小時不停運行下，從良好的運行狀態(tài)遂生成異常情況，以便提供參數(shù)進行分析比對。建模的耗時可達1個月，甚至長達1年。

建模的過程類似于機臺自我學(xué)習(xí)的概念，透過異常情形的模擬，訓(xùn)練設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)透過物理訊號的變化判斷設(shè)備異常的癥結(jié)，并進行故障排除，但隨著不斷地采集各種物理訊號并進行分析比對，數(shù)據(jù)信息量越多，其對于異常情況判斷的準確度也會顯著提升。

雖然建模過程費時，不過萬事起頭難，如若順利完成建模階段，便可依標準作業(yè)流程將此模塊迅速導(dǎo)入至其它設(shè)備，進而降低后續(xù)開發(fā)時間。建模可說是建置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中一個極為重要卻又復(fù)雜的過程，非一般廠務(wù)人員能力所及。

因此，現(xiàn)場專家在此階段進場可協(xié)助其透過各種機械元件的結(jié)構(gòu)、特性以及運轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的各種訊號進行分析與系統(tǒng)設(shè)定。現(xiàn)場專家的目的，便是確保業(yè)者在導(dǎo)入初期能夠快速建立起正確的模型，以防過程稍有錯差而后續(xù)需花更多時間回歸正軌。

依業(yè)別尋找最合適的監(jiān)控設(shè)備

此外，在建置設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，除了在訊號的分析與處理方面需下工夫之外，硬件建置也是其重要的考量。依據(jù)業(yè)者需求，在監(jiān)控設(shè)備的選擇上也會有所差，成本是其一因素，而***的考量則是產(chǎn)業(yè)型態(tài)。

以研華針對振動量測所使用的訊號擷取卡來說，不同的擷取卡等級可對應(yīng)不同產(chǎn)業(yè)需求，主要的差異在于是否可達到機臺多組訊號同步取樣、以及分辨率的精確，分辨率越高的訊號擷取卡可偵測更細微的振動頻率。

達到機臺訊號同步取樣取決于采樣的頻率和通道間的獨立，采樣頻率意指每秒可采集多少筆物理訊號，頻率越高代表采樣數(shù)越多，也代表著可供時域和頻域分析的點數(shù)越多，進而達到精準判斷，通道間的獨立則代表每個通道需要有同時獨立采集的能力。

相比采樣頻率，另一具有監(jiān)測效益的則是分辨率。分辨率代表訊號變化的精細程度，分辨率越高的擷取卡可采集到的物理訊號變化量就越精細，因此可偵測到非常細微的振動變化。

在工具機產(chǎn)業(yè)中，對于設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的要求通常希望只要能在異常前有充足的時間預(yù)作處理即可，因此對采樣頻率以及分辨率的要求大多不那么嚴苛，在監(jiān)控設(shè)備的等級選擇上以可應(yīng)付所需即可，通常采用入門款、成本較低的設(shè)備。但對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，可就不是這么回事了。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，產(chǎn)線24小時不停運行，生產(chǎn)極為精密的電子元件，這不像工具機切削大型材料，對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，任何一點細小的誤差都不被允許，因此在監(jiān)控設(shè)備的選擇上極為重視實時、同步的概念，因而更傾向于采用可同步采集訊號的擷取卡為主，借以避免時間的延遲性導(dǎo)致系統(tǒng)誤判。

吳升蔚觀察，一般越精密的機臺其內(nèi)部零組件組成越復(fù)雜，因而在機臺運行時所產(chǎn)生的振動頻率也越多，極便是一個微小零件所產(chǎn)生的細微振動，都有可能是造成設(shè)備異常的根源，因此諸如半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)精密機臺，對于每種細微振動訊號的偵測要求非常精準，而對于擷取卡則要求高分辨率的規(guī)格。

并非越高端的監(jiān)控設(shè)備代表訊號偵測越精準，業(yè)者仍需依據(jù)本身的需求選擇監(jiān)控設(shè)備才是適當?shù)慕ㄖ梅绞健５鶕?jù)臺灣過往的產(chǎn)業(yè)型態(tài)，***拍板仍取決于成本考量，當然，越高端的監(jiān)控設(shè)備價格越昂貴，這就得看業(yè)者是否愿意花成本投入了。