曹永誠：做工廠智慧化先降低期望！以敏態(tài)模式建構(gòu)智慧閉環(huán)

降低不預(yù)期停機只能靠AI？機臺異常偵測與分類(FDC)敏態(tài)案例解析

文：曹永誠

發(fā)布時間： 2019-07-15 11:35:00

曹永誠工業(yè)4.0 智慧製造生產(chǎn)製造管理企業(yè)數(shù)位化轉(zhuǎn)型

機臺設(shè)備是工廠的基礎(chǔ)，當機臺發(fā)生不預(yù)期停機，不管對交期還是成本衝擊都很大。如何有效地降低不預(yù)期停機的機率，甚至於達到預(yù)知保養(yǎng)(PdM)的層次，正是現(xiàn)在大家所追求的目標。但說真的，大家對此的期望都太高了。因為不管是不預(yù)期停機的避免，乃至於預(yù)知保養(yǎng)，都是無法100%做到的理想境界。

因為就算不計成本的在機臺上裝滿了各式各樣的感測器，仍有百密一疏的可能性。

既然如此，何不就讓夢想只歸夢想，改以『摸著石頭過河』的務(wù)實漸進手法，採用敏態(tài)模式，建構(gòu)公司內(nèi)的智慧閉環(huán)並持續(xù)推動運作。讓公司的智慧程度可以隨著閉環(huán)一次次的持續(xù)運轉(zhuǎn)而得以持續(xù)提升，這或許是更有效且劃算的模式。

圖一、FDC(機臺異常偵測與分類)的架構(gòu)圖

我們以SEMI所定義的FDC?(Fault Detection and Classification, 異常偵測與分類) 為案例來說明。FDC的架構(gòu)如圖一所示，透過機臺運作時感測器所讀到的時間序列數(shù)據(jù)、機臺產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)數(shù)據(jù)或良率，以及機臺定期保養(yǎng)後校正的數(shù)據(jù)等，透過大數(shù)據(jù)分析或AI數(shù)學(xué)模型，以預(yù)測機臺的健康程度，避免不預(yù)期停機。

?畢其功於一役並不實際

但受限於感測器的成本與可安裝的位置等條件的限制，其實機臺的數(shù)學(xué)模型所能預(yù)測的有其極限。當然不同的機種、製程與機構(gòu)的設(shè)計方式，極限各自不同，但現(xiàn)實面就是，目前製造業(yè)工廠的機臺現(xiàn)狀尚有很大的進步空間，極難一步到位。更頭痛的是，由於機臺是設(shè)備商所設(shè)計的，但運作與製程設(shè)計卻是製造業(yè)工廠的事?，F(xiàn)況是：二者的關(guān)係屬於買賣關(guān)係。

一般來說，製造業(yè)工廠往往會怕設(shè)備商知道太多運作數(shù)據(jù)與製程參數(shù)後，會不小心把資訊透漏給同業(yè)，因此往往不願意回饋設(shè)備商太多可以安裝更多感測器來強化智慧的資訊。

但製造業(yè)工廠若想運用這些強化智慧的資訊，自行動手改造機臺安裝更多感測器卻也很難做到，畢竟專業(yè)不同，且強行改機不但耗時費力，事後改造比起設(shè)計階段就規(guī)劃安裝的難度更高，甚至於有機構(gòu)上永遠無法克服的先天障礙。

所以這也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)會開始風(fēng)行的緣故，畢竟透過雲(yún)端互聯(lián)形成設(shè)備商與工廠由買賣關(guān)係，逐漸提升為協(xié)作關(guān)係，以共同創(chuàng)造雙贏，雖尚有些必要機制得先被催生出來，但絕對是未來的大趨勢。只不過在現(xiàn)階段，我們還是得先針對現(xiàn)狀，想辦法提升工廠的競爭力。

圖二、FDC(機臺異常偵測與分類)的運作流程圖 (1/2)

累積亡羊補牢?強化機臺智慧

因此，在先天有極限、設(shè)備有瓶頸，加上投資報酬率的考量之下，若奢望可以直接建立機臺數(shù)學(xué)模型，以AI預(yù)測，讓工廠智慧化一步登頂?shù)南敕ǎf真的可遇不可求，得視各種客觀條件是否到位。所以，換另一種角度思維，比較簡單有效的可行流程則是『摸著石頭過河』的漸進模式。

如圖二與圖三的流程圖，透過一次次的異常發(fā)生後的根因分析，與預(yù)防措施所建立的甄別模型，先以Rule-based模式進行。不管這Rule是採用上下限(UCL/LCL)、數(shù)學(xué)函數(shù)還是AI數(shù)學(xué)模型，我們可以將這一次次的智慧成果，設(shè)計成一個個微服務(wù)智慧元件，然後串接到前文所說的工廠數(shù)據(jù)高速公路上。

以這一個個的智慧元件將工廠的機臺等同加上一層層的保護機制，一點一滴地提升了工廠的智慧程度。依照我過去的經(jīng)驗，這智慧保護機制就像網(wǎng)一樣，一層層覆蓋上去，當達到某個臨界數(shù)量之後，不預(yù)期停機的機率就會開始非線性的大幅下降，直到某個飽和點才會趨緩。也就是說，成效此時就會開始展現(xiàn)。這過程不能太心急，智慧元件的數(shù)量與不預(yù)期停機的機率之間，確實是正相關(guān)，但是呈S曲線，得有些耐心持續(xù)推動才能看到成效。

圖三、FDC(機臺異常偵測與分類)的運作流程圖 (2/2)

以智慧閉環(huán)?匯聚眾人之智

這種模式乍看之下似乎不會那麼令人驚豔，卻是極為有效的方式。不但簡單有效，更重要的是，就是因為這模式夠簡單所以很容易就可以全員一起努力，集合眾人的力量逐步把智慧不止文件化、而且IT化、而且自動化。這模式就好比是一個閉環(huán)(Closed loop, 閉迴路)一樣，透過這個智慧閉環(huán)的流程、制度、工具與文化的建立，公司可以把眾人的智慧逐漸匯聚，持續(xù)沉澱與結(jié)晶，形成正向的公司新文化，最後變成工廠提升競爭力的基礎(chǔ)。