化被動(dòng)為主動(dòng)！讓設(shè)備個(gè)性化管理的“預(yù)測性維修

文：黃正傑 2020-09-01

發(fā)布時(shí)間： 2020-09-01 11:56:00

監(jiān)控預(yù)警 大數(shù)據(jù)分析 人工智慧AI 數(shù)位轉(zhuǎn)型

前陣子想把家中冷氣機(jī)整理一下，請師傅來幫忙清洗。師傅一拆開來看，說我們冷氣機(jī)要定期清洗，否則壽命會(huì)不長。事實(shí)上，我們常對使用設(shè)備或資產(chǎn)定期進(jìn)行維護(hù)或維修，例如：汽車定期保養(yǎng)、電燈壞了請工務(wù)來修理。同樣的，工廠使用的生產(chǎn)設(shè)備或資產(chǎn)，也需要維護(hù)與維修。在大數(shù)據(jù)、人工智慧、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展下，工廠設(shè)備進(jìn)一步發(fā)展預(yù)測性維修(PdM, Predictive Maintenance)方法來確保設(shè)備正常運(yùn)作，提升生產(chǎn)效率。

預(yù)測性維修就是設(shè)備個(gè)性化

預(yù)測性維修是一種利用各種技術(shù)手段來協(xié)助設(shè)備、品質(zhì)、生產(chǎn)部門等決策者進(jìn)行重要設(shè)備或資產(chǎn)進(jìn)行檢測、保養(yǎng)、維護(hù)的管理手段。事實(shí)上，預(yù)測性維修是業(yè)界對於設(shè)備、資產(chǎn)維護(hù)管理成熟度的表現(xiàn)，可以分為4級(jí)：

1.反應(yīng)性維修(Reactive Maintenance)：當(dāng)設(shè)備資產(chǎn)壞了才進(jìn)行維修或替換，例如：燈管壞了進(jìn)行替換燈泡、印表機(jī)壞了叫廠商進(jìn)行維修。?

2.預(yù)防性維修(Preventative Maintenance)：定期安排設(shè)備資產(chǎn)檢查，以發(fā)現(xiàn)是否有維修或替換零件需求。目前許多企業(yè)均針對重要設(shè)備、資產(chǎn)進(jìn)行預(yù)防性維修。

3.情況依賴維修(Condition-based Maintenance)：時(shí)常監(jiān)視設(shè)備資產(chǎn)損壞狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，即排定時(shí)間立即進(jìn)行維修。

4.預(yù)測性維修(Predictive Maintenance)：根據(jù)設(shè)備資產(chǎn)監(jiān)視狀況，預(yù)測可能維修或更換零件時(shí)間，企業(yè)可以提前安排時(shí)間進(jìn)行維修。

現(xiàn)代企業(yè)針對重要的生產(chǎn)設(shè)備、資產(chǎn)通常採用預(yù)防性維修的手段。預(yù)防性維修基本想法來自於設(shè)備生命週期的澡盆形狀式曲線。如下圖所示，設(shè)備初期時(shí)較不穩(wěn)定，經(jīng)過校調(diào)後，逐漸穩(wěn)定，設(shè)備發(fā)生錯(cuò)誤率保持在恆定水準(zhǔn)，直到臨界點(diǎn)後，設(shè)備老化將會(huì)開始產(chǎn)生許多錯(cuò)誤。以此，在設(shè)備穩(wěn)定期間，就可以依時(shí)間定期地依據(jù)平均設(shè)備錯(cuò)誤時(shí)間(MTTF, Mean-Time-to-Failure) 進(jìn)行檢測、校調(diào)、維護(hù)。

平均設(shè)備錯(cuò)誤時(shí)間計(jì)算可能來自於設(shè)備製造商的實(shí)驗(yàn)室理論數(shù)據(jù)、其他工廠經(jīng)驗(yàn)或製造業(yè)本身營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，但皆缺乏考慮設(shè)備可能受到工廠環(huán)境、不同設(shè)備利用不同物料、不同零配件等情場景影響，造成設(shè)備發(fā)生問題時(shí)間點(diǎn)並不一致。例如：同樣型號(hào)的勞斯萊斯引擎，設(shè)置在不同航空公司、不同飛行路線與環(huán)境、不同飛行員、不同維修保養(yǎng)團(tuán)隊(duì)等，自然會(huì)有不同的設(shè)備出錯(cuò)時(shí)間與壽命。以此，預(yù)測性維修即希望能即時(shí)監(jiān)控每一個(gè)設(shè)備狀況，針對其個(gè)性化情況進(jìn)行分析與維修。

圖、設(shè)備維修的澡盆曲線理論(資料來源： apexridge.com)

預(yù)測性維修為企業(yè)降本提效

設(shè)備預(yù)測性維修可說是工業(yè)4.0、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智慧最常實(shí)踐的工業(yè)應(yīng)用，能運(yùn)用在不同行業(yè)：

1. 航空業(yè)：飛機(jī)引擎安裝感測器，協(xié)助航空公司監(jiān)測引擎飛行時(shí)狀況，並能預(yù)估引擎壽命，並排定維修時(shí)間，減少飛機(jī)臨時(shí)維修而影響客戶滿意度及航班延遲損失。

2. 工程業(yè)：煉油、挖礦等工程業(yè)，利用感測器監(jiān)測各個(gè)工程現(xiàn)場機(jī)具設(shè)備使用狀況並預(yù)測可能損壞時(shí)間，減少因?yàn)闄C(jī)具損壞而影響工程進(jìn)度，也有利工程師安排維修順序與路徑。

3. 製造業(yè)：製造業(yè)利用預(yù)測維修監(jiān)控與預(yù)測重要生產(chǎn)設(shè)備狀況，避免停機(jī)造成生產(chǎn)停頓而影響訂單達(dá)交；此外，亦可減少零配件庫存、提升生產(chǎn)品質(zhì)。

4. 運(yùn)輸業(yè)：運(yùn)輸業(yè)透過監(jiān)測交通工具的運(yùn)行狀況，讓調(diào)度人員或卡車司機(jī)可以清楚知道車輛狀況，提前進(jìn)行車輛保養(yǎng)或順路至保養(yǎng)廠，以減少車輛損壞造成運(yùn)送延遲、駕駛安全，並能減少車輛油耗與維修成本。

預(yù)測性維修的技術(shù)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)、人工智慧、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)如何協(xié)助企業(yè)進(jìn)行預(yù)測維修呢? 以下舉出幾個(gè)新創(chuàng)科技應(yīng)用案例：

1. 維修檢測機(jī)器人：勞斯萊斯飛機(jī)引擎公司利用小型蟑螂?yún)f(xié)作機(jī)器人，協(xié)助人力不易檢測的微小引擎零件處，節(jié)省人工與時(shí)間成本。

圖、勞斯萊斯引擎公司小型維修機(jī)器人(資料來源： 勞斯萊斯)

2. VR/AR遠(yuǎn)端維修：Skylight公司利用智慧眼鏡、虛擬實(shí)境等技術(shù)，協(xié)助現(xiàn)場維修人員維修步驟指示、螺絲是否鎖緊偵測、維修紀(jì)錄提醒等。

3. 聲音異常偵測：Auguscope公司產(chǎn)品利用超音波聲音、設(shè)備震動(dòng)檢測，能夠偵測溢漏偵測、泵浦汽蝕、蒸汽疏水閥壓差等隱藏異常訊號(hào)，即時(shí)通知現(xiàn)場工程師。

4. 電壓異常偵測：Semiotic Labs將感測器放在機(jī)電控制盤，偵測電壓訊號(hào)，分析直流電馬達(dá)異常訊號(hào)；這種作法可以減少傳統(tǒng)上在馬達(dá)或設(shè)備上安裝震動(dòng)(vibration)偵測的成本。

5. 數(shù)字孿生分析：Seebo公司提供協(xié)助企業(yè)建立數(shù)字孿生流程模型，協(xié)助流程導(dǎo)向工廠建立整體設(shè)備預(yù)測維修、生產(chǎn)效率分析與生產(chǎn)品質(zhì)預(yù)測等方案。

圖、數(shù)字孿生設(shè)備預(yù)測維修(資料來源： Seebo)

結(jié)論

設(shè)備運(yùn)作良窳影響著工廠生產(chǎn)力，亦關(guān)乎生產(chǎn)品質(zhì)與達(dá)交能力。在新興技術(shù)發(fā)展下，企業(yè)運(yùn)用設(shè)備異常偵測、設(shè)備情況即時(shí)監(jiān)測、設(shè)備壽命預(yù)測等方式，將設(shè)備維修從被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，是工廠進(jìn)行數(shù)位轉(zhuǎn)型的第一步。

黃正傑

你喜歡挑戰(zhàn)不斷隆起的技術(shù)高原、探索無限寬廣的創(chuàng)新領(lǐng)域嗎? 那麼我們是同路人。黃正傑，臺(tái)大資管博士，協(xié)助鼎新進(jìn)行前瞻技術(shù)研究與應(yīng)用發(fā)展。歷經(jīng)IT架構(gòu)技術(shù)顧問、供應(yīng)鏈管理顧問、軟體產(chǎn)業(yè)分析師等多項(xiàng)職務(wù)，並兼任文化大學(xué)助理教授。讓我們一起從創(chuàng)新與變革角度，探索新興技術(shù)！

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