NI狀態監控方案 發揮智慧系統維護功效

國家儀器技術行銷工程師 吳維翰

邁向工業4.0時代，企業一旦有效運用虛實整合系統(CPS)、工業物聯網乃至大數據分析等相關技術，即可望實現諸多效益，而綜觀如今已被業界廣泛的潛在效益項目，「預防維護」無疑是極具誘因的一環，因為只要做好此項工作，便可防範於未然，有效避免生產線停線狀況，進而提升產能穩定度，背後牽動的商業利益著實巨大。

國家儀器(NI)技術行銷工程師吳維翰認為，在此前提下，舉凡設備狀態監控及預防維護等相關解決方案，肯定是偌大工廠智慧化拼圖當中的亮點所在，因此也為NI鋪陳莫大發揮空間。主要是因為，NI多年來一直是相當活躍的機器狀態監控供應商，始終將振動分析列為主要發展方向，迄今已累積15年以上歷練。

總結來說，NI所能提供的設備狀態監控及預防維護方案，大抵分為三大區塊，一是前端儀器設備，用以採集聲音、振動等訊號，二是中間層的分析法則與函式庫，三是後端呈現工具。吳維翰形容，NI在此部份的產品供應，期初多是組件式的工具型態，方便用戶透過DIY滿足己身需求，既能撙節成本又可掌握技術自主性，惟近年市場對於Turnkey Solution的需求已見提升，所以NI也從善如流，已開始朝著此面向發展。

回顧NI投入狀態監控應用的歷程，係始於2000年，當年第一套產品為階層分析工具包，相隔4年後才陸續推出聲音與振動測量套件，一直到2014年，該公司推出NI InsightCM Enterprise軟體解決方案，標榜適用於線上狀態監控情境，除了有能力擷取與分析感測器資訊外，也可產生告警，並協助維運人員顯示及管理相關數據，還可簡化大量監控系統的部署作業負擔。

設備狀態監控  適用範圍堪稱廣闊

吳維翰進一步解釋，論及設備狀態監控的應用領域，其實相當廣闊，只要內含轉動的機械，無論是發電機、風力渦輪機、鍋爐、壓縮機、鼓風機、泵、馬達、齒輪、變壓器、HVAC、離心機、冷卻塔…等等項目，就算已儘可能運用耐磨材質，終究難以全然避免耗損、壽命告終等問題；早在過去，由於設備狀態監控應用尚不發達，企業別無他法，只能藉由定期保養，來發揮防杜漸之效，然而才剛保養完卻在短時間內失效的悲慘案例屢見不鮮，足見定期保養並非理想方式，唯有透過必要儀器及管理軟體套件，使維運人員能在設備開始出現異狀之際，即能適時加以掌握，繼而展開對應措施，及早排除障礙根源，如此才稱得上是積極有效的做法。

除了定期保養外，製造企業倚重的設備管理措施，即是人工巡檢，看似比起定期保養更為主動積極，然而這般模式仍有其缺點，包括了效率偏低、容易出錯、高風險工作環境有危及人身安全之虞，再加上勞動力日益萎縮，可供調派的巡檢人力捉襟見肘。

吳維翰說，為了解決傳統管理模式的缺失，多數製造企業紛紛亟思推動維護系統的智慧化，過往基於「預先安排的維護」、「突發性維護」的故障排除機制，已轉變為兼具「偵測退化」、「性能預測」、「故障預防」等特質的智慧式機制。

全面性解決方案  實現預測性故障診斷

在此同時，原本為製造企業仰賴的維護技術元素，包括手動操作、獨立式系統，以及有限的資料，分別演變為線上連續監控、整合式系統，以及先進感應。著眼於智慧維護系統蔚為主流，NI遂推出InsightCM Enterprise產品，其為一套高整合度的軟硬體解決方案，可用於線上狀態監控，有助於讓企業在操作與維護設備時，能夠增加對於機械健康狀態的洞察力；細究其蘊含的功能項目，則含括擷取動態和靜態資料、管理資料、分析波形資料、配置和監控節點、視覺化原始資料與結果、使用者認證和安全措施、產生並管理警示，以及與現有IT設備整合。

至於InsightCM Enterprise系統架構，前端有基於NI CompactRIO的狀態監控系統，後端則可銜接企業基礎設施，並擁有資料庫歷史記錄，而在中間的核心層，則包括了兩項關鍵機制，一是InsightCM Server，主要肩負資料分析、系統管理、設備與使用者身份驗證，及資料管理等任務，另一則是InsightCM Data Explorer，負責遠端分析與呈現擷取的資料、即時監控，以及提供標準振動圖等工作。

其中CompactRIO系統本質為週期與事件記錄器，主要是基於NI cRIO-9068，可支援市面上多達75%~80%的設備類型，稱得上是高性價比的多通道部署方案，常用配置情境為馬達泵浦的配電箱，與配電箱之外的加速規、速度計、溫度計、油壓計聯袂運作。譬如中鋼，便利用CompactRIO建構線上監診系統。

InsightCM伺服器內含Enterprise Gateway(用於將資料匯出到外部軟體)、Systems Manager(Web-based的用戶設定工具)兩道機制，為一套運行在Windows Server OS的企業軟體。此外，InsightCM Data Explorer則利用原始數據進行分析，其分析功能包含了方均根(RMS)、峰對峰值、實際峰值、絕對峰值、DC Offset、Crest Factor、積分？微分等不同項目，也兼可支援英制單位與公制單位。