設(shè)備也要健康管理! 看科技如何管理設(shè)備健康?

發(fā)布時(shí)間： 2021-05-17 11:12:00

科技意會(huì) 預(yù)測(cè)維修

個(gè)人要維持健康，需要常常定期檢查；如有異常，則需請(qǐng)醫(yī)生診斷，進(jìn)而治療。那麼影響工廠運(yùn)作的生產(chǎn)設(shè)備呢? 影響生命安全的汽車呢? 在新興科技的協(xié)助下，設(shè)備的健康管理能夠更即時(shí)、更客觀、更精細(xì)、更自動(dòng)化，並能提升設(shè)備價(jià)值。設(shè)備健康管理是什麼呢? 新科技又帶來(lái)什麼管理趨勢(shì)? 本文將介紹設(shè)備健康管理概念、特色及發(fā)展趨勢(shì)。

前幾年，因感覺(jué)到心悸現(xiàn)象，醫(yī)生透過(guò)跑步機(jī)心電圖、連續(xù)7天心電圖記錄來(lái)偵測(cè)我的心臟跳動(dòng)狀況，並判斷是否有異?，F(xiàn)象；醫(yī)生還進(jìn)一步利用抽血，檢查膽固醇、血脂肪狀況，來(lái)了解身體狀況，進(jìn)而建議運(yùn)動(dòng)或服藥等治療方法。我自己也買了Apple Watch來(lái)隨時(shí)監(jiān)測(cè)心跳狀況。

同樣地，汽車、輪胎、生產(chǎn)設(shè)備等設(shè)備資產(chǎn)也需要時(shí)常檢查、判斷是否異常、進(jìn)行修理或維護(hù)。由於感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備資產(chǎn)的檢查也從定期檢查到隨時(shí)監(jiān)控；其中，最為重要的管理技術(shù)即是「故障預(yù)測(cè)與健康管理(簡(jiǎn)稱：PHM)」。本文將簡(jiǎn)單介紹PHM概念、新趨勢(shì)與應(yīng)用，看看現(xiàn)代設(shè)備健康管理新方向。

《延伸閱讀：讓設(shè)備個(gè)性化管理的”預(yù)測(cè)維修》

PHM的概念

故障預(yù)測(cè)與健康管理(Prognostics and Health Management; PHM)，顧名思義就是希望能在資產(chǎn)或設(shè)備故障之前能發(fā)現(xiàn)徵兆，進(jìn)而進(jìn)行零部件更換、維修等管理動(dòng)作，以降低設(shè)備故障、停機(jī)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失或效率，並能提高設(shè)備使用壽命。故PHM包含了「預(yù)知」(Prognostics )與「診斷」(Diagnostics)兩部份。

如下圖所示，一個(gè)設(shè)備由正常運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始，早期可能稍微出現(xiàn)一些輕微的問(wèn)題 (A點(diǎn))，但仍不影響機(jī)器正常運(yùn)作。但是若不及早處理，可能到了某些時(shí)間點(diǎn) (B點(diǎn))，這時(shí)可能一些零件就會(huì)發(fā)生明顯的損壞；若是再不進(jìn)行處理，最後將會(huì)發(fā)生整個(gè)系統(tǒng)失效造成嚴(yán)重的問(wèn)題 (C點(diǎn))。

圖、故障預(yù)測(cè)與健康管理示意圖(資料來(lái)源：Tims)

事實(shí)上，早在70年代，JSF, F35等飛機(jī)研發(fā)時(shí)，就已經(jīng)採(cǎi)用了故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)方法，使得設(shè)備的故障率降低了50%。一般來(lái)說(shuō)，PHM有以下幾個(gè)維度：

1.感測(cè)(Sensing)：觀察或量測(cè)設(shè)備運(yùn)作狀況(如：切削效率)、參數(shù)狀況(如：潤(rùn)滑油、溫度)、損害狀況(如：刀具的磨損狀況)。這很像是中醫(yī)望、聞、問(wèn)、切等各種方式，或是西醫(yī)則利用聽(tīng)筒、心電圖偵測(cè)、抽血等，來(lái)獲取人們生理訊號(hào)。

2.預(yù)知(Prognosis)：預(yù)知目的在於偵測(cè)設(shè)備異常。設(shè)備異常並不見(jiàn)得代表故障，有可能來(lái)自於更換材料，或不同製程等使用環(huán)境產(chǎn)生差異，也可能是設(shè)備或零部件隨著使用自然地老化衰退。正如同人們跑步時(shí)，心跳會(huì)較快或者年紀(jì)漸長(zhǎng)骨質(zhì)會(huì)較疏鬆等。

3.診斷(Diagnosis)：根據(jù)異常的訊號(hào)，診斷可能失效模式或者判定損害嚴(yán)重性，以建立健康的指標(biāo)。這正像是醫(yī)生根據(jù)血液中的膽固醇濃度判斷是否異常、心電圖判斷心臟是否異常，並綜合年紀(jì)、健康記錄等，研判影響身體健康的嚴(yán)重程度。

4.管理(Management)：根據(jù)診斷設(shè)備的健康狀況或預(yù)估設(shè)備剩餘壽命，就可進(jìn)行零部件替換、參數(shù)調(diào)整、停機(jī)維修等各項(xiàng)管理手段。正如同醫(yī)生建議平常多運(yùn)動(dòng)，或是必須透過(guò)服藥來(lái)治療。

科技驅(qū)動(dòng)新PHM管理

由於感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展，使得故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)能從過(guò)去依靠定期檢查、老師傅經(jīng)驗(yàn)判斷，轉(zhuǎn)變成隨時(shí)監(jiān)控、客觀數(shù)據(jù)分析、乃至於壽命預(yù)測(cè)等。以下說(shuō)明幾項(xiàng)新趨勢(shì)：

1.即時(shí)偵測(cè)預(yù)警：透過(guò)感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，讓汽車、生產(chǎn)設(shè)備等運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，可隨時(shí)傳送給管理者與使用者，立即判斷處理異常狀況。例如：Navister貨車公司，提供司機(jī)、保修廠貨車狀況警訊、配件更換需求、保修服務(wù)時(shí)間分析；鼎新電腦設(shè)備雲(yún)，亦提供生產(chǎn)工廠、設(shè)備商，掌握生產(chǎn)設(shè)備稼動(dòng)率、參數(shù)狀況及異常警訊。

圖、設(shè)備健康狀況即時(shí)偵測(cè)預(yù)警(資料來(lái)源：鼎新設(shè)備雲(yún))

2.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析：過(guò)去判斷設(shè)備異常的方式來(lái)自於老師傅的經(jīng)驗(yàn)，更科學(xué)一點(diǎn)透過(guò)失效模式與效應(yīng)分析 (Failure Mode and Effects Analysis; FMEA)，利用工程手法將失效模式 (如：鑽孔速度減慢) 及潛在失效原因 (如：皮帶磨損、主軸軸承磨損) 進(jìn)行對(duì)應(yīng)，並依照設(shè)備發(fā)生失效狀況嚴(yán)重性、發(fā)生頻率、容易偵測(cè)性進(jìn)行打分。

一旦發(fā)現(xiàn)綜合分?jǐn)?shù)高，則立即進(jìn)行零部件更換或維修等動(dòng)作。這種手法已經(jīng)用在航太或者汽車製造公司行之有年。然而，專家的判斷的準(zhǔn)確度、記錄與分析手法繁複等，在小型的製造公司不容易施行。

在感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)位化記錄並透過(guò)大數(shù)據(jù)分析、AI等技術(shù)，可以更精確、簡(jiǎn)單地進(jìn)行判斷。例如：主軸軸承磨損是否可利用攝影機(jī)或利用震動(dòng)感測(cè)器蒐集數(shù)據(jù)? 分析同類軸承或過(guò)去相同設(shè)備軸承運(yùn)轉(zhuǎn)歷史狀況，以判定是否異常? 是否衰退一定程度? 是否到了更換時(shí)候?

進(jìn)一步還可以將重要零部件或設(shè)備參數(shù)狀況等多種感測(cè)與維修數(shù)據(jù)等歷史記錄同時(shí)分析，以預(yù)測(cè)設(shè)備剩餘壽命。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析的方法以事實(shí)為基準(zhǔn)，並能同時(shí)分析多種數(shù)據(jù)，能更客觀與精細(xì)地判斷。

圖、AI異常偵測(cè)(資料來(lái)源：治略公司)

3.形成管理迴路：一旦設(shè)備健康狀況數(shù)據(jù)化及更精確分析後，就可以與控制器進(jìn)行結(jié)合形成自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)適的管理迴路。例如：交通號(hào)誌根據(jù)車流量狀況，自動(dòng)切換紅綠燈以最佳化車流、機(jī)器手臂根據(jù)材料狀況自行最佳化調(diào)整參數(shù)、生產(chǎn)設(shè)備間根據(jù)設(shè)備狀況與負(fù)荷度，協(xié)調(diào)工單生產(chǎn)排程。

4.設(shè)備資產(chǎn)服務(wù)化：設(shè)備商將PHM管理機(jī)制予以服務(wù)化，從中就可以提供更好顧客售後服務(wù)、維修服務(wù)，甚至從中產(chǎn)生新的利潤(rùn)來(lái)源。例如：勞斯萊斯飛機(jī)引擎、Navister貨車、John Deere農(nóng)機(jī)具等都是很好的例子。

結(jié)論

設(shè)備如同人類的身體，會(huì)受傷也會(huì)老化，良好設(shè)備健康管理可以確保順暢運(yùn)作、安全保障以及提高效率、延長(zhǎng)壽命。故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)在感測(cè)器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智慧的協(xié)助下，能夠?qū)崿F(xiàn)更即時(shí)、更客觀、更精細(xì)、更自動(dòng)化，並能協(xié)助設(shè)備資產(chǎn)服務(wù)化，提高設(shè)備價(jià)值。

黃正傑

你喜歡挑戰(zhàn)不斷隆起的技術(shù)高原、探索無(wú)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(wèn)、供應(yīng)鏈管理顧問(wèn)、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)！

更多案例