化被動為主動！讓設備個性化管理的“預測性維修

文：黃正傑 2020-09-01

發(fā)布時間： 2020-09-01 11:56:00

監(jiān)控預警 大數(shù)據(jù)分析 人工智慧AI 數(shù)位轉型

前陣子想把家中冷氣機整理一下，請師傅來幫忙清洗。師傅一拆開來看，說我們冷氣機要定期清洗，否則壽命會不長。事實上，我們常對使用設備或資產(chǎn)定期進行維護或維修，例如：汽車定期保養(yǎng)、電燈壞了請工務來修理。同樣的，工廠使用的生產(chǎn)設備或資產(chǎn)，也需要維護與維修。在大數(shù)據(jù)、人工智慧、物聯(lián)網(wǎng)等技術發(fā)展下，工廠設備進一步發(fā)展預測性維修(PdM, Predictive Maintenance)方法來確保設備正常運作，提升生產(chǎn)效率。

預測性維修就是設備個性化

預測性維修是一種利用各種技術手段來協(xié)助設備、品質、生產(chǎn)部門等決策者進行重要設備或資產(chǎn)進行檢測、保養(yǎng)、維護的管理手段。事實上，預測性維修是業(yè)界對於設備、資產(chǎn)維護管理成熟度的表現(xiàn)，可以分為4級：

1.反應性維修(Reactive Maintenance)：當設備資產(chǎn)壞了才進行維修或替換，例如：燈管壞了進行替換燈泡、印表機壞了叫廠商進行維修。?

2.預防性維修(Preventative Maintenance)：定期安排設備資產(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)均針對重要設備、資產(chǎn)進行預防性維修。

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

4.預測性維修(Predictive Maintenance)：根據(jù)設備資產(chǎn)監(jiān)視狀況，預測可能維修或更換零件時間，企業(yè)可以提前安排時間進行維修。

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

平均設備錯誤時間計算可能來自於設備製造商的實驗室理論數(shù)據(jù)、其他工廠經(jīng)驗或製造業(yè)本身營運經(jīng)驗，但皆缺乏考慮設備可能受到工廠環(huán)境、不同設備利用不同物料、不同零配件等情場景影響，造成設備發(fā)生問題時間點並不一致。例如：同樣型號的勞斯萊斯引擎，設置在不同航空公司、不同飛行路線與環(huán)境、不同飛行員、不同維修保養(yǎng)團隊等，自然會有不同的設備出錯時間與壽命。以此，預測性維修即希望能即時監(jiān)控每一個設備狀況，針對其個性化情況進行分析與維修。

圖、設備維修的澡盆曲線理論(資料來源： apexridge.com)

預測性維修為企業(yè)降本提效

設備預測性維修可說是工業(yè)4.0、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智慧最常實踐的工業(yè)應用，能運用在不同行業(yè)：

1. 航空業(yè)：飛機引擎安裝感測器，協(xié)助航空公司監(jiān)測引擎飛行時狀況，並能預估引擎壽命，並排定維修時間，減少飛機臨時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)測各個工程現(xiàn)場機具設備使用狀況並預測可能損壞時間，減少因為機具損壞而影響工程進度，也有利工程師安排維修順序與路徑。

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

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

預測性維修的技術應用

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

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

圖、勞斯萊斯引擎公司小型維修機器人(資料來源： 勞斯萊斯)

2. VR/AR遠端維修：Skylight公司利用智慧眼鏡、虛擬實境等技術，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、設備震動檢測，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，即時通知現(xiàn)場工程師。

4. 電壓異常偵測：Semiotic Labs將感測器放在機電控制盤，偵測電壓訊號，分析直流電馬達異常訊號；這種作法可以減少傳統(tǒng)上在馬達或設備上安裝震動(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)助流程導向工廠建立整體設備預測維修、生產(chǎn)效率分析與生產(chǎn)品質預測等方案。

圖、數(shù)字孿生設備預測維修(資料來源： Seebo)

結論

設備運作良窳影響著工廠生產(chǎn)力，亦關乎生產(chǎn)品質與達交能力。在新興技術發(fā)展下，企業(yè)運用設備異常偵測、設備情況即時監(jiān)測、設備壽命預測等方式，將設備維修從被動轉為主動，是工廠進行數(shù)位轉型的第一步。

黃正傑

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