工廠設備AI診斷及預測解決方案

隨著網路和人工智慧（AI）的快速發展，工廠智慧化成為製造業的一個重要目標。本文將探討設備監控和故障診斷對於建立數位工廠的重要性，以及AI技術的應用如何提高整體設備效能。

（右圖）AIDPS於半導體廠域晶圓清洗機的應用：將振動感測器安裝於晶圓清洗機幫浦馬達，讓機台操作人員即時掌控幫浦健康狀況，並做合適的處置 。
 
數位工廠的概念不僅關乎提高生產效益，還關乎工廠運營的靈活性、可持續性，以及最大限度降低成本。在這一過程中，工廠設備監控和故障診斷是實現數位轉型的關鍵元素之一，它們對於提高整體設備效能（Overall Equipment Effectiveness, OEE）具有關鍵影響。
 
挑戰：設備維護和故障所產生的高成本

在現代製造業中，工廠設備的監控和診斷不僅是提高生產效率的必要條件，更是確保生產過程順利運行的關鍵要素。工廠設備監控涵蓋了許多方面，包括設備的運作狀態、性能、能源使用情況，以及生產數據的即時收集和分析。通過即時監控，工廠可以及時發現潛在的問題，迅速採取措施，以減少生產中斷和質量問題。

當前製造業面臨的挑戰之一是設備維護和故障所產生的高成本，隨著製程工藝變得越來越複雜，設備的運作良率成為生產過程的一個關鍵環節，任何一個設備的故障都可能導致生產中斷，這不僅會對計畫生產造成影響，還會增加維修成本和延遲交貨。此外，由於組成環節的增加，生產設備的故障機率也在逐漸增加，這使得預測和預防故障變得更加重要。
 
PHM結合AI技術和振動感測器，偵測設備健康狀態

為應對上述挑戰，製造業開始導入人工智慧（AI）技術，特別是在設備監控和故障診斷方面。AI技術可以分析大量的數據，識別異常情況，提前預測潛在的故障，並為維護提供寶貴的洞察。然而AI不管是機器學習或是深度學習，都需要大量有效的資料才能有效運作，而最直接有效反應設備運行狀態的資訊就是設備的振動資訊。因為振動是設備診斷的重要先期指標，因此早已有業者推出以振動感測器加上AI演算法的PHM（Prognostic and Health Management）解決方案，藉由長期分析設備的振動數據演變趨勢，進而偵測設備的健康狀態。
 
一般感測器可能無法偵測到極微小的異常振動
然而一般所使用的振動感測器仍以RS485或IEPE介面傳輸振動數據，因此無法即時完整傳送每一軸最高可達48K取樣率的三軸振動感測器振動數據，大多以降低頻寬數據和間歇性（間隔數分鐘或數小時才傳送一次）的方式傳送振動數據，所以極有可能無法即時偵測到隱藏於極為微小的振動資料中的設備初期異常和老化狀態，如（圖1）中黑框虛線所示。因此，即時高解析度的振動資訊加上AI演算法，才能即時精準呈現出機器設備是否異常或是老化狀態。
 

新一代預測解決方案：AIDPS
因此皓博科技基於多年累積的聲學音頻和即時資料傳輸技術，以自創的Muses-stream™ 傳輸技術，解決了傳統技術中 RS485頻寬不足和IEPE硬體成本過高的問題，具有支援USB和TCP/IP、同步多通道傳輸、高速即時資料傳輸的優勢，可大幅提升AI演算法的即時性和精準度，使AI的運算更精準、應用更普及;並搭配以源自聲學的音頻處理技術整合AI演算法的降噪技術，結合自行研發的寬頻低噪振動感測器，推出新一代領先業界的AI診斷及預測解決方案（AI Diagnostic and Prognostic Solution, AIDPS），成功解決過去在複雜環境雜訊中難以達成的振動主頻偵測及振動模型預測的難題，可廣泛應用於機械加工機、半導體、能源、土木建築、傳統製造等產業，是各產業加速智慧化不可或缺的解決方案。（參閱圖2）
 

 
Active PHM主動式故障預測和健康管理

有了新一代的AI診斷及預測解決方案（AIDPS），前述的PHM故障預測和健康管理也可因此而升級成為Active PHM主動式故障預測和健康管理，並達成以下效益：
1、 減少生產中斷：主動式故障預測和健康管理使製造商能夠提前發現設備問題，並在故障發生之前進行維護，使生產中斷時間大幅減少，生產計畫更定，客戶滿意度提高。
2、 降低維護成本：製造商可以實現精確的預測性維護，僅在需要時進行維修。這降低了不必要的維護成本，同時延長了設備的使用壽命。
3、 提高生產效率：生產設備效能因此而優化，同時提升生產效率，並通過不斷學習和調整AI演算法而提供更好的優化建議，幫助製造商實現更高的生產效益。
4、 資源節約：可以幫助生產設備更有效率地使用能源，有助於減少能源浪費，同時降低生產成本。
5、 增強安全性：通過即時監控和預測，工廠可以更好地應對潛在的安全風險，進而提高工廠安全並減少事故發生的機會。
 

結語

製造業的數位轉型正進入新的高峰，而工廠設備監控和故障診斷在這個過程中的重要性愈發突顯。AI技術的崛起為製造業帶來了無限可能，而實現融合高解析度的三軸振動感測器，及具有大量振動數據實時傳輸能力的Active PHM主動式故障預測和健康管理系統，將大幅提升整體生產效率、降低成本、加強安全防護，並讓生產過程更加可持續。這不僅有助製造商應對眼前的挑戰，更讓他們在激烈競爭的市場中保持領先地位，為行業帶來更多創新和效益。