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基於容器化技術之智慧型預測保養系統

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基於容器化技術之智慧型預測保養系統

●技術簡介:
本IPMC系統可在機台尚未故障前,事先偵測出機台可能的異常徵兆,更能預測其剩餘壽命,如此即可據以在其損壞前更換零件或安排保養時程,如此即可有效地避免機台無預警之失效,減少大量損失。IPMC亦利用雲端運算與容器技術的快速佈署、故障轉移、及輕量化等優勢,來精進IPMC系統效能與其可移植性。
●技術之科學突破性:
IPMC系統內之ABPM機制為了因應機台結構複雜之需求,使其更具通用化,內含下列模組,如圖(b)所示:
1. 資料品質模組:針對所收集到的資料進行資料品質的確認,避免造成垃圾進垃圾出之問題發生。2. 資料前處理模組:不同的感測器資料有時候需要不同的資料前處理方式。因此設計一個通用化的資料前處理模組,讓使用者自由應用所需之方法。3. 演算法庫:設計演算法庫的概念,可因應不同設備需求,自動置入適合的演算法來萃取出老化特徵,並針對該關鍵設備進行健康狀態的監控。4. 設備健康指標(DHI):產出關鍵設備之健康指標,為方便控管需將所有監控中的設備健康狀態標準化,即將此DHI值轉換到0~1之間,便於整廠之管理作業。5. 剩餘壽命預測模組:透過演算法庫中所產出之老化特徵,當關鍵設備進入生病的狀態,即針對關鍵設備進行剩餘壽命的預測。其中ABPM的剩餘壽命預測模組即是應用時間序列預測架構(TSP Scheme)來建立預測模型,如圖(b)中右上角所示。TSP架構應用信息準則來建立時間序列分析的平均數模型及變異數模型,以解決設備隨時間失效的複雜未來趨勢,並預防設備因變異過大而導致平均數模型失效的問題,其內含:1.TSP Modeling Module:根據設備歷史資料,建立設備衰老特徵的平均數與變異數的最佳化模型。2. RUL Prediction Module:根據預測老化特徵值去推估設備衰老趨勢,並輸出設備當下的剩餘壽命。3. PreAM Module:當設備進入不穩定狀態導致容易造成無預警當機時,或低於使用者給予最低之前置時間時,能給予使用者綠、藍、褐與紅色燈號預知警示,告知使用者何時須立即去執行維護,如圖(c)所示。4. 死亡相關性指標(DCI):評估當下設備狀態與預測死亡值之間的相關程度,當與預測死亡值相關程度大於門檻値時,給予使用者設備老化狀況的警示。DCI值定義為0到1,值越大意味著更接近死亡。當DCI的值高於閾值(DCIT)時,即表示此裝備快接近死亡,需要立即維護。相反的當DCI接近0時,表示即使此裝備雖生病了,但還沒有立即進入死亡狀態的危險,如圖(d)所示。IPMC系統架構設計如圖(e)所示,把IPM的每個元件封裝成容器(Container),透過Kubernetes容器調度技術自動化維運管理,讓所有容器化服務能擁有負載平衡、失效移轉、健康偵測與運算資源分配等進階支援。
●技術之產業應用性:
為了確保生產機台有很高的稼動率與良好的生產品質,預測保養在各生產廠商都有急迫性需求。然而,現今多數提供服務或系統的廠商都是以「預防保養」或「定期保養」為主。IPMC基於5個主要特點:1)各零件老化特徵的模型建立、2)關鍵零組件的剩餘壽命預測、3)具備預測零件死亡相關性指標、4)具備機台生產資料之雲端貯存能為、和5)能快速導入與平展等,在市場上的產品中脫穎而出。基於這5個特點,IPMC系統更可以提供競爭產品所不能提供的先進功能,如圖(f)黃色區塊所示,包含:容器化服務(Containers)、雲端資料匯整、自動搜尋老化特徵(Aging Feature)、預測剩餘壽命(RUL)、死亡相關性指標(DCI)、與預警機制模組(PreAM)。IPMC系統利用上述特點可以快速地平行展開至全廠生產機台並有效地管理,且能確保生產品質,從而達到機台零停機與產品幾乎零缺陷的目標。
IPMC實際產業應用例主要為面板產業與吹瓶機產業:
1.群創光電T6廠乾蝕刻製程:在乾蝕刻機台中Turbo pump協助在製程中穩定壓力、保持生產品質。由於乾蝕刻過程會產生揮發物使得Turbo pump在抽Chamber內的氣體進行維持壓力作業時,一併將揮發物吸出,使得Turbo pump葉片上沉積汙染分子,致軸偏度歪斜進而導致Turbo pump腔體炸裂損壞到乾蝕刻機台本身,如圖(g)。群創光電的T6廠共有170多個Turbo pumps 需監控其健康狀態與剩餘壽命,若以原IPM系統進行,監控一個Turbo pump 需要一台CPA,需要大量的硬體及維護成本,且手動維運這些程式與其預測模型更是個複雜挑戰。因此,改以容器化智慧型預測保養系統導入其產線,如圖(h),可克服上述問題,目前已成功導入並監控16個 Turbo pumps健康狀態,現在已完成驗收,未來可望簽訂全廠導入合約。2.銓寶LSS8直線式吹瓶機:目前已針對線性軸承、線性滑軌滑塊、自潤軸承、吹拉組、以及公轉彎道等5個不同的關鍵零組件導入IPMC,維護界面如圖(i),線性軸承部份距離上次保養已超過7個月,正常6個月更換一次,目前已使用14個多月,約超過2.3倍。線性滑軌滑塊部份經由IPMC系統發出警示已於2021/2/25進行更換。銓寶工業導入IPMC系統用於LSS8吹瓶機之關鍵零組件維護計畫,其整體投資報酬率為363%與產品導入回收期為7.8個月。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/847fbcd9-9491-4b72-8e28-c4f0ea4fad80?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:廖肯音

  • 電話:06-2757575分機34240

  • 地址:701台南市東區大學路1號

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 AIoT智慧應用

  • 所屬代表參展單位:國家科學及技術委員會

  • 主要應用領域:資訊與通訊

位置 更多資訊

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  • 技術成熟度:量產上市

  • 展示目的:商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:技術授權/合作、自行洽談

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