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研華科技，2016年6月—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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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，且需滿足如高效運(yùn)算、現(xiàn)場存儲與分布式I/O配置等需求，故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)重任；而機(jī)器手臂原廠的監(jiān)管軟件價格昂貴，更讓制造廠商望而卻步。令人欣喜的是，研華根據(jù)工廠實(shí)況通過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化符合廠端所需的機(jī)器手臂監(jiān)測方案，同時使現(xiàn)場收集的信息輕松與廠商自行開發(fā)的廠務(wù)系統(tǒng)無縫整合，從而以最具成本效益的方式達(dá)到實(shí)時監(jiān)診與預(yù)防保養(yǎng)的目的。

系統(tǒng)需求

對于高科技面板制造業(yè)而言，玻璃基板重且易碎,機(jī) 器手臂就成為其在生產(chǎn)線取放的得力干將，如全球知名臺灣面板制造企業(yè)在全臺超過十座的工廠內(nèi)，以六千支的機(jī)器手臂來執(zhí)行搬運(yùn)與傳遞物料等作業(yè)，但其維護(hù)保 養(yǎng)一般待到機(jī)器手臂完全故障才維修，或是等到年檢時才檢修。如此操作不僅無法充分掌握機(jī)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(yùn)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-或預(yù)警故障發(fā)生的設(shè)備監(jiān)測解決方案，以便在機(jī)器輕微異常時立即安排檢修，以優(yōu)化機(jī)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)百道工序，目前該公司于每條生產(chǎn)線均安裝了至少數(shù)十支機(jī)器手臂，而機(jī)器手臂的異常狀況則可經(jīng)由比對提早預(yù)防，這也要求設(shè)備監(jiān)測解決方案必須滿足每秒1000筆 的模擬量信號高速采集以保證準(zhǔn)確記錄設(shè)備狀態(tài)。其次，由于所有收集的現(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，為避免龐大數(shù)據(jù)長時間占用網(wǎng)絡(luò)帶 寬，且監(jiān)測系統(tǒng)必須扮演中繼站的角色提供數(shù)據(jù)存儲功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時數(shù)據(jù)收集。再則，雖然工廠面積大且產(chǎn)線分散，但產(chǎn)線額外容納新設(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(diǎn)。

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(jī)器手臂監(jiān)測與預(yù)防保養(yǎng)解決方案，可滿足該面板制造企業(yè)高速采集數(shù)據(jù)的需求。其中，所選的研華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”,內(nèi)建Intel處理器的APAX-5580不但是一臺可提供高效運(yùn)算的工業(yè)計算機(jī)，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(jī)器手臂上的傳感器（Current Transformer），APAX-5580可以將APAX-5017H模塊收集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)則可通過工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和用戶設(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(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)，以利用詳細(xì)的電流變化分析機(jī)械手臂是否存在異常。

不同于傳統(tǒng)PLC只能處理簡單邏輯的功能，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(kuò)展多規(guī)格模塊等功讓其足以擔(dān)負(fù)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)下與其所開發(fā)的應(yīng)用軟件順利整合；而緊湊式外型與無風(fēng)扇設(shè)計也使APAX-5580非常適合在空間有限的工廠環(huán)境中應(yīng)用。精簡硬件數(shù)量方面，研華則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，以擴(kuò)展多個模擬量輸入模塊APAX-5017H，既省下額外的其他設(shè)備（如：交換機(jī)）的費(fèi)用，也同時讓機(jī)器手臂監(jiān)測解決方案以最少的硬件成本發(fā)揮最大的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。

專案導(dǎo)入

系統(tǒng)架構(gòu)圖

機(jī)器手臂檢測與預(yù)防保養(yǎng)解決方案系統(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，并已為眾多半導(dǎo)體與高科技大廠導(dǎo)入了相關(guān)解決方案。以該面板制造企業(yè)為例，原廠房內(nèi)的機(jī)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(jī)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時，就曾精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)異常電流信號，不日機(jī) 器手臂確實(shí)出現(xiàn)無法正常運(yùn)作的狀況，這也使該面板制造企業(yè)更堅信導(dǎo)入此設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的必要性。此外,相較于因大量舊設(shè)備使用至報廢導(dǎo)致以高額成本添置新設(shè)備的做法，加值預(yù)警系統(tǒng)所需維護(hù)費(fèi)僅占整組機(jī)器手臂不到一成的更新費(fèi)用，這等同于讓廠商省下了高額的設(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)測解決方案監(jiān)控超過300支機(jī)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)測的效果。

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