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為了提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品良率，越來越多的制造企業(yè)開始引進(jìn)具有高效、持久及高精的機器人應(yīng)用，在汽車、面板、晶圓、金屬、化工、塑料、食品等領(lǐng)域，工業(yè)機器手臂都在工廠內(nèi)扮演著不可或缺的關(guān)鍵角色。然而，當(dāng)數(shù)量眾多的機器手臂被導(dǎo)入自動化生產(chǎn)作業(yè)流程時，設(shè)備突發(fā)故障卻成為影響產(chǎn)能的一大隱患，特別是對需要24小時不停機生產(chǎn)的高科技廠商而言，任何一條生產(chǎn)線的停擺都將造成莫大的損失。因此，通過傳感器來收集機器手臂信息以提前發(fā)現(xiàn)潛在問題已成為提升產(chǎn)能穩(wěn)定度的重要一環(huán)。

項目介紹

預(yù)防性維護(hù)措施大多需要高速且大量地收集模擬信號，且還需進(jìn)行高效運算、現(xiàn)場存儲與分布式I/O配置，所以一般功能簡易且封閉式的可編程自動化控制器（PLC）很難肩負(fù)如此重任；而機器手臂原廠的監(jiān)管軟件又價格昂貴，著實讓制造廠商望而卻步。所幸，據(jù)工廠實況，研華可通過PC-based的APAX系列可編程自動化控制器（PAC）與模塊化的各類感測模塊客制出符合廠端所需的機器手臂監(jiān)測方案，同時還可以讓現(xiàn)場收集的信息輕松地與廠商自行開發(fā)的廠務(wù)系統(tǒng)無縫整合，從而以具成本效益的方式達(dá)到實時監(jiān)診與預(yù)防保養(yǎng)的目的。

系統(tǒng)需求

對于高科技的面板制造業(yè)而言，玻璃基板重且易碎,機器手臂就成為其生產(chǎn)在線取放的得力干將，像全球知名的臺灣面板制造業(yè)就在全臺超過十座的工廠內(nèi)，以六千支的機器手臂來執(zhí)行搬運與傳遞物料等作業(yè)，但其維護(hù)保養(yǎng)一般都要等到機器手臂完全故障才會進(jìn)行維修，或是等到年檢時才會進(jìn)行檢修。這樣的做法不僅無法充分掌握機器手臂的「健康」?fàn)顩r，且一旦突發(fā)故障，輕則使產(chǎn)線停止運轉(zhuǎn)，重則導(dǎo)致產(chǎn)能不足而無法如期交貨。因此該公司開始尋找可預(yù)防無預(yù)警故障發(fā)生的設(shè)備監(jiān)測解決方案，以便在異常狀況出現(xiàn)時就立即安排檢修，藉此優(yōu)化機器手臂的使用效率并降低維護(hù)成本。

由于生產(chǎn)面板需要多達(dá)數(shù)百道的工序，目前該公司每條生產(chǎn)線都安裝了至少數(shù)十支的機器手臂，而機器手臂的異常狀況可以經(jīng)由比對發(fā)現(xiàn)征兆而提早預(yù)防，因此設(shè)備監(jiān)測解決方案必須能高速采集每秒1000筆的模擬量信號以保證準(zhǔn)確的記錄設(shè)備狀態(tài)。其次，由于所有收集來的現(xiàn)場信號需要回傳至中控室進(jìn)行監(jiān)控管理與數(shù)據(jù)分析，為避免龐大的數(shù)據(jù)量長時間占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，監(jiān)測系統(tǒng)還必須扮演中繼站的角色提供數(shù)據(jù)存儲功能，以便讓系統(tǒng)定時收集數(shù)據(jù)。再則，雖然工廠面積大且產(chǎn)線分散，但產(chǎn)線能額外容納新設(shè)備的空間相當(dāng)有限，所以分布式的數(shù)據(jù)采集與精簡化的硬件配置也是本項目必須考慮的重點。

系統(tǒng)概述

研華以APAX-5000系列PAC控制器搭配模擬量輸入模塊與分布式工業(yè)以太網(wǎng)總線所規(guī)劃出的機器手臂監(jiān)測與預(yù)防保養(yǎng)解決方案，可滿足這家面板制造企業(yè)高速擷取數(shù)據(jù)的需求。其中，所選研華的APAX-5580控制器曾在第十四屆中國自動化年度評選中斬獲2016年中國自動化創(chuàng)新產(chǎn)品獎,其內(nèi)建Intel處理器的APAX-5580不但是一臺可提供高效運算的工業(yè)計算機，也是一款可靈活整合各種I/O模塊的控制平臺，此外,通過12通道模擬量輸入模塊APAX-5017H來連接六軸機器手臂上的傳感器（Current Transformer），APAX-5580可以將APAX-5017H模塊收集來的模擬量信號暫存于內(nèi)部硬盤內(nèi)，而中控室的監(jiān)測系統(tǒng)即可通過工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)并根據(jù)用戶設(shè)定的時間（每隔五分鐘或每隔十分鐘）定時收集工業(yè)計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)，以詳細(xì)的電流變化信息分析機械手臂是否有異常狀況。

不同于傳統(tǒng)的PLC只能處理簡單的邏輯功能，APAX-5580是集多種功能于一身的PAC控制器，高速數(shù)據(jù)處理、大容量內(nèi)存與儲存空間、支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)接口、可擴展各式各樣的模塊等功能讓其足以擔(dān)負(fù)起數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的重要任務(wù)，并以分布式架構(gòu)來收集前端大量的模擬量信號；PC-based的開放式環(huán)境還能輕松地讓使用者在PC架構(gòu)下所開發(fā)出的應(yīng)用軟件順利整合；而緊湊式外型與無風(fēng)扇設(shè)計也讓APAX-5580非常適合在空間有限的工廠環(huán)境中應(yīng)用。至于精簡硬件數(shù)量方面，研華則是利用了雙插槽背板模塊APAX-5002來提供菊花鏈（Daisy Chain）工業(yè)以太網(wǎng)連接功能，藉此可擴展多個模擬量輸入模塊APAX-5017H，既省下額外附加的其他設(shè)備（如：交換機）的費用，同時也讓機器手臂監(jiān)測解決方案能以最少的硬件成本發(fā)揮最大的系統(tǒng)經(jīng)濟效益。

專案導(dǎo)入

系統(tǒng)架構(gòu)圖

結(jié)論

研華在設(shè)備監(jiān)診與預(yù)防保養(yǎng)領(lǐng)域擁有多年的豐富經(jīng)驗，并已為不少半導(dǎo)體與高科技大廠導(dǎo)入了相關(guān)的解決方案。以此面板制造企業(yè)為例，之前廠房內(nèi)的機臺監(jiān)診系統(tǒng)就使用了研華的方案，因此當(dāng)該公司決定為機器手臂導(dǎo)入監(jiān)測系統(tǒng)時也第一時間尋求研華的協(xié)助。在此套解決方案還在測試階段之時，就曾精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)異常電流信號，不出幾日機器手臂也確實出現(xiàn)無法正常運作的狀況，因此讓該面板制造企業(yè)更堅定的相信導(dǎo)入這樣的設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)有其必要性。此外,相較于因大量舊設(shè)備使用到無法維修導(dǎo)致花大錢換新設(shè)備的做法，通過預(yù)警系統(tǒng)所需的維護(hù)費僅占整組機器手臂更新不到一成的費用，這等同于讓廠商省下了大筆的設(shè)備更新成本。目前該公司中科廠區(qū)的廠房已利用研華監(jiān)測解決方案來監(jiān)控超過300支的機器手臂，與此同時,該制造企業(yè)也在計劃分批次在其他廠房內(nèi)建置同樣的系統(tǒng)以達(dá)到全面監(jiān)測。