預測性 AI 讓停電不必停工

December 17, 2018 Teresa Meek

維持設備運作是任何工廠的第一要務,而半導體廠房所面對的風險更鉅。即使只是短短數秒的斷電,也可能對生產線產生巨大影響。曾經在某家廠房僅因一瞬間的斷電就導致產能降低百分之 20

而就算是高科技園區內,斷電也可能是司空見慣的事情,迫使每一間廠房投資備援發電機。原則上,半導體工廠使用柴油不斷電系統 (DUPS),在正常運作時間儲存電力,以備斷電時繼續供電。

但是 DUPS 系統同樣會故障。事實上,DUPS 系統因移動零件過多和工廠環境極端,通常均無法達到百分之 100 的可靠度。柴油發電機意外停機加上臨時斷電,這種事情經常發生。 半導體生產系統非常複雜,一旦停止就無法輕易再啟動。生產線關閉後,工廠需數日的時間才能夠恢復,輕易損失數十萬美元的成本。

例如,假設電力中斷導致工廠的空氣濾淨系統關閉。視斷電時間長短與生產線上的矽晶類型而定,產品甚至可能遭受永久性的損害。即使是未損害半導體產品的情況,生產延遲仍可能導致違反客戶契約,產生賠償責任。

避免停機

顯然地,維持柴油發電機正常運作是關鍵之一,但這些是複雜的機械系統,並不容易維護。同時更因半導體製程需要耗費大量電力,一間廠房的 DUPS 系統就可能需要10 台、20 台甚或是更多的柴油發電機。

完全依賴人工檢查的工廠,勢必因為無法辨識可行動的問題資料而面臨停機的風險。例如讀取電流數據能判斷是否發生問題,卻無法判定是 DUPS 的哪一部分故障。更糟糕的是,待用電產生影響之時,系統本身即已受到可觀的損傷,隨時均可能故障。

有些工廠會定期使用可攜式診斷儀器來測試 DUPS,但若問題發生在兩次定期測試之間,則仍無法及時察覺。 而且可攜式儀器雖能偵測到嚴重問題,感測器的限制卻使其無法偵測到細微的不平衡或零件的磨耗。 沒有 DUPS 障礙預警,工廠就無法維修,必須等待設備隨時可能徹底損壞或已經發生故障後才能應變。

利用分析工具進行預測性維護

NEXCOM Predictive Diagnostic Maintenance (PDM) 系統適用於 DUPS,能在突發性斷電時讓產線繼續運作,不遭中斷。PDM 解決方案以非侵入式的方法持續監控 DUPS 系統中的每一個機組。此系統利用震動分析,能在發生損傷或故障之前偵測百分之 85 的電源供應問題。

DUPS 系統的每一個機組均連接至一組加速計及軸承座,收集垂直與水平的震動頻率。

震動感測器則將輸入的資料解譯,透過指示面板即時顯示狀態。最後,如圖 1 所示,由 NEXCOM SCADA 工作站補足整個 PDM 解決方案的最後一環,為整組 DUPS 系統即時儲存、分析並顯示各種數據陣列。

圖 1. NEXCOM 的 PDM 系統測量 DUPS 震動頻率。

「我們的系統能在極早期階段還能運作之時就辨識出具體的損傷。例如,我們不僅能判斷有軸承發生損傷,還能指出是軸承的哪一個部分。」NEXCOM Intelligent Systems 副總裁 David Lee 表示。「這讓工廠主管擁有兩個月或更長的時間能採購新零件。然後也能預先規劃維修時間。」

遠端監控功能可偵測軸承動作異常的情況,防止發生損傷而危害供電。工廠主管可設定警示提醒何時應維護,無需再進行人工檢查。

設備診斷的資訊處理則在邊緣(即工廠)進行,以利第一時間通知主管任何問題。當系統偵測到異常,即傳送警示至控制室或主管的手機應用程式。即使仍需數月才會發生故障,主管可獲知哪一個零件錯位或開始磨損。

這讓主管獲得充裕的時間能夠提早採購替換零件。然後,也能安排在耗電量相對低的時段進行安裝,以降低維修期間斷電的風險。

Lee 表示:「DUPS PDM 系統曾讓一位客戶能將停電造成的停機時間降至幾乎等於零。」

NEXCOM 的 PDM 系統提供圖形使用者介面,以利分析及呈現大量的資料。它能夠即時顯示數值與趨勢,並提供選項以設定條件警報,在數值指定範圍內觸發。Intel® 處理器提供高效能圖形處理的能力,分析大量的歷程資料,如圖 2 所示。

圖 2. NEXCOM 的 PDM 系統收集資料以在邊緣及雲端進行即時分析。

主管能透過易用的視覺化介面將大量的資料轉化為易懂的圖表,輕鬆查看過去的變化型態。研究這些資料能幫助他們知道應確切在何處設定警示。如此可避免其他系統常見的誤報並及早解決問題,避免停機而造成龐大損失。

改善營運與產品

收集的資料也會送往雲端,建立機器運作的完整歷程記錄供主管日後存取,用於進行預測性維護、營運成本分析及其他各種商業分析。

除了工廠主管之外,其他人也能利用雲端資料。柴油發電機廠商可利用 AI 與資料分析來試圖進一步改善產品。

利用感測器與預測性維護來監控並維持 DUPS 系統,讓一旦系統故障即面臨龐大損失的半導體工廠營運方式大幅改變。穩定的產能是這些工廠的第一要務。NEXCOM 的 PDM 系統讓他們安心,知道備援的柴油發電機能在每當需要時順利發動。

而在工廠主管體會到物聯網預測性分析的效益之後,現在更開始評估擴大應用 PDM 系統。濕度與溫度控制同樣是半導體生產的關鍵,讓排氣與空調系統成為 NEXCOM 的 PDM 這類解決方案的絕佳舞台。

作者簡介

Teresa Meek

Teresa Meek is an independent writer and editor with a background in journalism (Miami Herald, Newsday) who now specializes in content marketing. She writes blog posts, case studies, white papers, video scripts, and ghosted thought leadership pieces for major brands. Her clients have included Dell, Hewlett-Packard, Microsoft, Coca-Cola, Delta, Humana, JPMorgan Chase, and many other Fortune 500 companies. She is the author of the Amazon ebook Say It With Feeling: Business Writing in the Internet Age. She would be delighted to connect with you on LinkedIn or Twitter.

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