「非計畫性停機」是製造業最害怕遇到的狀況之一，因此工廠日常營運管理的各項機制與措施，都是以確保產線正常運作為目標。隨著近年 AI 技術的成熟發展，開始可以協助工廠在維運管理上發揮事半功倍的效果，一如洛克威爾自動化推出的預測型維護解決方案 FactoryTalk Analytics GuardianAI，就是透過收集變頻器的電流訊號進行頻譜分析，以協助工程師即時掌握廠房設備的運作狀態，達到及早排定維修規劃、降低非計畫性停機風險的目標。
非計畫性停機會為製造業帶來的安全、 成本、環保、效率四大衝擊
洛克威爾自動化動力控制業務暨技術經理郭勇成指出，工廠的生產設備很多不是單機作業，而是屬於生產系統中的某一個環節。一旦這些設備出現非計畫性停機，對產線的安全、成本、環保及效率等四個面向都可能造成影響。
在安全面，無預警停機最大的影響，就是可能會危害現場作業人員的生命安全。特別是危險製程中的設備，對人身安全的影響將更為巨大。
在成本面，則是會增加廢料、人力、能耗等成本，尤其是連續製程因為設備無預警停機而被迫中斷時，產線上的再製品可能因此報廢，或是必須安排人力清理殘留在設備內部的原料，因此這些損耗或人力都會增加生產成本。
在環保面則是有導致環境污染的隱憂，尤其化學反應製程可能因為設備突然停機造成燃燒不完全，讓燃料不只被浪費，還會產生黑煙、一氧化碳等空氣污染物。
最後，在效率面，非計劃性停機造成產線中斷，勢必拖累產能，這對訂單滿載的產線而言，可能因此影響給客戶的交期承諾。另一方面，對於利潤較微薄的訂單而言，更有可能因此壓縮利潤，甚至造成虧損。
GuardianAI 以電流頻譜分析結合 AI，破解維保機制常見的兩大挑戰
為避免非計畫性停機所帶來的衝擊，製造業多會制定完善的維保計畫，定期維護保養設備以確保其運作狀態。然而，在實際執行上卻又經常面臨「難以制定維保計畫週期」、「難以清楚定義汰換設備標準」兩大問題。
「難以制定維保計劃的週期」是指企業很難提前規劃設備最合適的保養頻率，才不會造成過度保養的情況，並同時避免增加非預期停機的風險。「很難清楚定義汰換設備的標準」則是指出維保計畫內的檢查項目與汰換標準，一開始多是基於設備原廠所提供的規格來制定，因此沒有考量到設備實際使用的差異性，所以經常出現設備才剛完成維保就故障的情況。
為了協助製造業克服現行維保機制、降低非計畫性停機的風險，洛克威爾自動化以過去常用於監控重要設備的電流頻譜分析（MCSA）為基礎，並結合 AI 技術，發展出「GuardianAI」解決方案。
郭勇成進一步說明，GuardianAI 採用高速資料擷取技術，大量擷取設備裡變頻器的電流訊號，再傳送至邊緣設備進行頻譜分析，當波形出現差異時，系統就會立即通知維保作業管理者，由維保工程師確認此差異波形所代表的意義為何，再回報給 GuardianAI。
「波形有差異，不一定代表設備異常或故障，這必須借助工程師確認與判斷，才能知道差異所代表的意義，」郭勇成強調，藉由人與 AI 間的良性互動，讓 GuardianAI 可以更精準的反應設備使用狀況，突破過去維保作業只能仰仗設備原廠提供的規格或是單憑維修工程師經驗的種種限制。
如此一來，工廠便可依據 GuardianAI 資訊規劃維修作業，並從故障風險最高的機台開始檢視，同時讓其他設備維持正常運行，未來還能進一步整合控制系統中的產能、良率等資訊進行綜合分析，找出優化製程、提高產線運作效率的關鍵。
GuardianAI 以三大特色實現導入成本低且快速的效益
與其他 AI 預測性維護解決方案相比，GuardianAI 的特色可以體現在三個部分。首先，使用 GuardianAI 不需要加裝感測器等額外元件，只要透過設備內既有的變頻器便可蒐集數據。其次，頻譜分析對算力的需求不大，運用一般標準規格的工業電腦或設備本身內建的工業電腦即可以進行運算，因此工廠不需要將資料上傳至雲端，只要在邊緣端就能進行 AI 訓練和運算。最後，工程師不需寫程式，因此即便沒有資料科學經驗，也能輕鬆上手 GuardianAI。
也因為這三點特色，製造業在導入 GuardianAI 時只需負擔軟體授權費，不必負擔太多硬體成本，讓導入成本更低且時間更快。「只要在 IPC 安裝軟體、插上網路線，GuardianAI 就可以開始運作，整體導入時間幾乎不到一天，」洛克威爾自動化軟體與控制產品部經理高永勳說。
從廢水廠與離岸大型機組的導入實例，洞察 GuardianAI 的具體效益
高永勳進一步表示，目前已經有廢水廠與離岸大型機組導入 GuardianAI，且展現不錯的成效。
例如某廢水廠運用 GuardianAI 監控泵浦運作狀態，不只降低非計畫性停機的頻率，以避免需要安排調度工程師至現場維修設備的狀況，也讓維修人力調度更充裕。同時透過 GuardianAI ，還可以根據電流波形判斷設備需要哪些維護保養措施，再據此規劃維修人力及任務，讓維保作業更精準。
另一個實際案例是應用在離岸大型機組，並藉著沉水泵浦更換變頻器的機會，順勢導入GuardianAI 監控其運作狀態，希望能精準掌握設備運作狀態、降低維護人力的需求。高永勳說明，沉水泵浦多置放於水面下，不適合安裝感測器，因此過往很難蒐集設備數據，然而 GuardianAI 透過變頻器收集數據的做法，剛好能突破環境限制，讓沉水泵浦的運作也能被有效監控。
總體來說，透過 GuardianAI 的數據分析和監控功能，可以幫助製造業提高生產效率、降低成本與最佳化資源利用的效率，從而提升產業競爭力，並助力製造業讓維保作業更精準高效。
文章來源:科技報橘
已發佈 2024年8月14日