TWI618018B - 應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統。電表連接於設備機台，量測設備機台之用電資訊。設備機台加工週期內之用電資訊作為用電樣本。將用電樣本上傳至雲端伺服器，並設定複數個特徵點。將設備機台之用電資訊即時上傳至雲端伺服器，與用電樣本進行特徵比對，經比對後取得設備機台之機台稼動率、產能效率及產品良率，並計算設備機台之整體設備效率。

Description

應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統

本發明是關於一種應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統，特別是關於一種利用產品於加工週期之用電樣本，即時比對設備機台的用電資訊，簡單且有效地進行產品製造管理之方法及其系統。

在發展工業4.0之趨勢下，發展具備設備智慧聯網的智慧工廠，符合即時監控、機器與機器間通訊以及大數據分析等條件，將是企業能加入整個產業網路，有效運用相關資源的基本要求。為達到上述目標，現有技術是利用資料採集與監控系統(Supervisory control and data acquisition, SCADA)來建置現有工廠，使其具有監控程式及資料收集能力的電腦控制系統。舉例而言，在現有設備上裝設開關、感測器、控制器等以收集機台資訊，經由無線網路傳送到資料庫或雲端，再藉由軟體程式分析而得到即時資訊或進行大數據分析。

然而，上述方式必須花費額外的軟硬體建置費用，配合人員訓練操作成本及後續維護費用，對許多中小型企業而言是龐大的負擔，且產生之效益可能更低於投入建置的成本。另外，工廠內之設備機台多出自不同製造商，每個設備機台間的資料格式大多無法相容，在資料收集上需要進一步的整合或進行資料轉換，更加增添了設備連網的困難度。如何在可負擔的建置成本下，使這些設備機台的製造資訊能簡單且有效被收集、監控及分享，將是建構設備智慧聯網以及發展可分享製造產能之智慧工廠的最大關鍵。

有鑑於此，本發明之發明人思索並設計一種應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統，針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統，以解決習知之利用資料採集與監控系統需要耗費大量建置與維護成本之問題。

根據本發明之一目的，提出一種應用電力用量特徵之製造管理方法，其包含下列步驟：設置電表連接於設備機台，量測設備機台之用電資訊；藉由記錄設備機台於工件從開始加工到結束之加工週期內之用電資訊，取得用電樣本；將用電樣本上傳至雲端伺服器，並設定用電樣本之複數個特徵點；將設備機台操作時之用電資訊即時上傳至雲端伺服器，與用電樣本進行特徵比對，取得設備機台之機台稼動率、產能效率及產品良率；以及藉由機台稼動率、產能效率及產品良率取得設備機台之整體設備效率。

較佳地，用電資訊可包含設備機台之電流、電壓或輸出功率。

較佳地，複數個特徵點可包含加工週期內之複數個最高輸出功率及複數個最低輸出功率，以及複數個最高輸出功率與複數個最低輸出功率對應之複數個時間點。

較佳地，應用電力用量特徵之製造管理方法可進一步包含以下步驟：當用電資訊與用電樣本進行特徵比對時，若複數個特徵點相符，則雲端伺服器記錄工件為良品，若複數個特徵點不相符，則雲端伺服器記錄工件為不良品。

較佳地，應用電力用量特徵之製造管理方法可進一步包含以下步驟：當用電資訊小於預設用電量，若未超過預設時間，則雲端伺服器判斷設備機台為待機狀態，若超過預設時間，雲端伺服器判斷設備機台為停機狀態。

根據本發明之另一目的，提出一種應用電力用量特徵之製造管理系統，其包含設備機台、電表以及雲端伺服器。設備機台是設置以對工件進行加工。電表是連接於設備機台，並量測設備機台之用電資訊。雲端伺服器是網路連接於電表，接收電表即時上傳之用電資訊，與用電樣本之複數個特徵點進行特徵比對，取得設備機台之機台稼動率、產能效率及產品良率，並取得設備機台之整體設備效率。其中，用電樣本為該電表記錄工件由開始加工到結束之加工週期內之用電資訊，並將用電樣本上傳至雲端伺服器。

較佳地，用電資訊可包含設備機台之電流、電壓或輸出功率。

較佳地，複數個特徵點可包含加工週期內之複數個最高輸出功率及複數個最低輸出功率，以及複數個最高輸出功率與複數個最低輸出功率對應之複數個時間點。

較佳地，雲端伺服器可於用電資訊與用電樣本之特徵比對產生異常時，產生警示訊息。

較佳地，應用電力用量特徵之製造管理系統可進一步包含顯示器，連接於雲端伺服器，即時顯示設備機台之機台稼動率、產能效率及產品良率。

承上所述，依本發明之應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統，其可具有一或多個下述優點：

(1) 此應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統僅利用電表與設備機台連接，無須設置額外的感測裝置或資料收集裝置，使得建置成本大幅降低，以最簡單的方式完成設備智慧聯網的建構。

(2) 此應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統能取得設備稼動率、產能效率及產品良率之資訊，同時兼顧設備管理、生產管理以及品質管理等面向，即時且有效地整合各種生產製造的相關資訊。

(3) 此應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統係偵測電力用量之資訊，無需考慮設備機台本身的系統或資料處理介面是否相容，適用於各種類型之設備機台，提高此方法及系統之實用性與相容性。不直接連接設備機台之控制器，亦可避免影響原本製程，增加使用上之安全性。

為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請同時參閱第1圖及第2圖，第1圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理系統之實施例之方塊圖，第2圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理方法之實施例之流程圖。如第1圖所示，應用電力用量特徵之製造管理系統包含設備機台10、電表20以及雲端伺服器30。本實施例之設備機台10可包含各種工具加工機，例如沖床、CNC車床等，對工件90進行加工製造，但本發明不以此為限，其他進行生產製造之設備機台(如射出成型機)，亦適用於本發明之應用電力用量特徵之製造管理系統。設備機台10的供電端連接於電表20，量測設備機台10之用電資訊。這裡主要之用電資訊包含供應至設備機台10之電流及電壓，此外，電表20亦可取得輸出功率作為用電資訊。當設備機台10啟動後，隨著機台操作過程，設備的負載會有所變化，用電資訊也會隨著變動。藉由電表20量測設備機台10之用電資訊，即可取得相關的製程資訊。相較於以往要設置開關來偵測開關機、設置感測器監控工件數量或工作週期、設置影像辨識裝置監控產品良率等，本實施例透過用電資訊的分析即可達成。此種方式不但減少了硬體設置，也沒有設備與資料格式相容性的問題，不但降低設置成本，更能有效率的取得生產過程中的資訊。

電表20取得的用電資訊，藉由網路上傳至雲端伺服器30，雲端伺服器30包含分析資料之處理器及儲存用電資訊的資料庫。上傳的資料經由分析比對後，提供操作者或管理者相關製程的資訊，以進一步作為生產管理與產能安排之用。此處對應於上述系統之應用電力用量特徵之製造管理方法包含如第2圖所示之步驟S1~S5，其內容分述如下。

步驟S1：設置電表連接於設備機台，量測設備機台之用電資訊。設備機台10可對工件90進行加工，在進行生產或加工製程時，當中的生產管理資訊可藉由連接之電表20所量測的用電資訊來取得。

步驟S2：藉由記錄設備機台於工件從開始加工到結束之加工週期內之用電資訊，取得用電樣本。一般產品在首次生產時，都會先試做或進行試產，此時將工件90由開始加工到結束完成時的週期，作為完成產品的一個加工週期，記錄在這個加工週期當中每個時間點的用電資訊，將其作為後續比對之用電樣本。在這當中，時間點的設定是將加工週期均分為複數個時間間隔，在每一個時間間隔均記錄設備機台10的用電資訊，時間間隔的長短可視不同製造過程的工時來改變，亦可直接設定固定的時間間隔來記錄用電資訊。

步驟S3：將用電樣本上傳至雲端伺服器，並設定用電樣本之複數個特徵點。針對加工週期當中收集的用電資訊，電表20藉由網路上傳至雲端伺服器30，儲存於資料庫當中，針對不同工件或不同產品製程，資料庫儲存對應之用電樣本以供後續特徵比對。除此之外，雲端伺服器30之處理器能執行軟體應用程式，設定用電樣本之複數個特徵點。特徵點之設定可採加工週期內之複數個最高輸出功率及複數個最低輸出功率，以及上述功率值對應之時間點來作為用電樣本的特徵點。詳細特徵點之說明將於以下實施例詳細描述。

步驟S4：將設備機台操作時之用電資訊即時上傳至雲端伺服器，與用電樣本進行特徵比對，取得設備機台之機台稼動率、產能效率及產品良率。在設備機台10正式進行加工生產時，電表20依據設定之時間間隔持續量測設備機台10之用電資訊，並即時上傳至雲端伺服器30。此時雲端伺服器30之處理器能執行軟體應用程式，將即時上傳之用電資訊與資料庫中的用電樣本進行比較。比較之方式是針對特徵點進行特徵比對，當特徵點均相符時，記錄工件為良品，亦即完成一個正常工作週期。相對的，若加工週期當中有一個以上之特徵點不相符，則判斷有異常發生，記錄工件為不良品。

步驟S5：藉由機台稼動率、產能效率及產品良率取得設備機台之整體設備效率。雲端伺服器30除了對加工週期的用電樣本進行比對外，在加工週期之間，仍會繼續偵測設備機台的用電資訊，當用電資訊(如電流量)持續小於預設用電量時，雲端伺服器30會依據維持時間的長短來判斷設備機台10的狀態。當維持時間沒有超過預設時間，判斷設備機台10為正常待機狀態，經由換料或補料後會繼續另一加工週期。但若維持時間超過預設時間，則判斷設備機台為停機狀態，此時可能是停線維修機台。針對上述資訊，雲端伺服器30可以取得加工製程中的機台稼動率、產能效率及產品良率，並依下列公式取得機台設備之整體設備效率。

整體設備效率=機台稼動率 產能效率 產品良率 (1)

其中，機台稼動率為機台實際工作時間佔計畫工作時間的百分比，產能效率為實際生產產能與計畫排程產能之比率，產品良率則為生產良品數量佔實際生產數量之百分比。上述製造管理資訊與特徵比對之關係將於以下實施例詳細說明。

請參閱第3圖，其係為本發明之特徵點設定之實施例之示意圖。如前述實施例之步驟所示，經由電表連接設備機台，可以取得設備機台依據時間軸所產生之用電資訊。本實施例以輸出功率為例，當機台執行不同操作時，產生之負載會有所變化，經電表量測後即能取得如圖中波形所代表之用電資訊。進一步，擷取工件由開始加工到完成的加工週期T當中，輸出功率的值作為用電樣本，將其上傳至雲端伺服器。雲端伺服器會依據使用者選擇的特徵點設定規則，定義用電樣本中的特徵點。本實施例之特徵點設定，是選擇加工週期各時段當中，輸出功率最高及最低的五個點，將上述十個點的輸出功率值與其對應的時間點作為此用電樣本的特徵點。特徵點的設定規則並不侷限於本實施例的選擇方式，其他選擇特定時間點之用電資訊亦包含於本發明特徵點設定的範疇當中，例如選擇固定時間間隔當中的最大輸出功率與最小輸出功率作為特徵點。

在完成用電樣本之特徵點設定後，可將其儲存於雲端伺服器的資料庫，作為特徵比對的標準。對設備機台而言，電表會持續監測用電資訊並上傳至雲端伺服器來進行特徵比對，比對後雲端伺服器即能判斷設備機台之操作狀態及產品之產出狀態，進而分析機台稼動率、產能效率及產品良率。詳細分析的方式如第4A圖至第4C圖所示。

請參閱第4A、4B、4C圖，其係為本發明之特徵點比對之實施例之示意圖。第4A圖、第4B圖及第4C圖分別表示不同的特徵點比對情況，其分別說明如下：

請同時參閱第4A圖及第4B圖，其中電表所記錄的用電資訊為沿著時間軸的輸出功率，第4A圖中具有兩個符合用電樣本之特徵點的用電資訊，第4B圖中則有三個，因此雲端伺服器可判斷在圖中的時段當中，設備機台分別完成兩個及三個工件的加工。相較於加裝感測器或監測裝置於機台上，本實施例依據設備機台的用電資訊分析，即能取得設備機台實際產出的數量，確實能以最低的硬體需求及最有效率的方式來計算產能。同時，將設備機台實際產量與預設排程的產量相比，便能得到設備機台的產能效率。在這當中，由於工件加工的週期時間(cycle time)為固定，影響產能效率的主要因素就在於換料或補料時的待機時間T _c，待機時間T _c越短，生產的數量就能增加，相反的，若待機時間T _c越長，產能效率就會隨之降低。

利用監測用電資訊的另一優點則是除了計算產量外，還能同時判斷設備機台狀態，進而監控設備機台的機台稼動率。如第4A圖所示，在兩個加工週期之間，設備機台的輸出功率為零，相較於原本待機時間T _c仍具有一定的輸出功率，顯然有所異常。此處判斷的方式是設定預設用電量及預設維持時間T _a，當用電資訊低於預設用電量時，監控其維持時間是否超過預設值。當用電資訊低於預設用量未超過預設維持時間T _a，則判斷設備機台為正常待機狀態，亦即進行換料或補料的待機時間T _c，待機時間T _c長短僅影響產能效率。相對的，當用電資訊低於預設用量超過預設維持時間T _a，則判斷設備機台為停機狀態，亦即進行維修的停機時間T _s，此時停機時間T _s不但影響產能效率，也會影響設備機台的機台稼動率，當設備機台停機時間越長，使得實際工作時間佔計畫工作時間的比例越低，則機台稼動率就越低。

除了監控機台稼動率與產能效率之外，應用電力用量特徵之製造管理方法還能監測產品良率。請參閱第4C圖，其用電資訊同樣為電表所記錄沿著時間軸的輸出功率。但在第二個工作週期時，經由特徵比對，第六個特徵點的輸出功率與用電樣本有所不同，此時雲端伺服器判斷此工作週期產出之產品為不良品NG。特徵比對不符合可能包含多種原因，例如選擇錯誤的加工程式來加工工件、工件材料放置或位置錯誤等，這都會使得加工程序時電力負載產生變化，因此，當特徵比對不符合時，可判斷此加工週期之產品產生異常，經由不良品NG數量與實際生產數量的比較，可以計算產品的生產良率，雲端伺服器可進一步還可在良率低於預設標準時發出警示訊息。

目前針對特徵比對是設定的特徵點有一個以上不相符即視為異常，也就是當用電資訊或對應之時間點不符均視為異常。然而在實際執行時，可設定一定的誤差容忍範圍，例如特徵點之輸出功率值在用電樣本的上下3%仍視為正常。這裡設定的範圍依據不同設備機台與不同產品製程有所改變，並不局限於本實施例之設定比例。另外，若用電資訊當中輸出功率相符但對應之時間點不符，則可能是機台加工速度調整，此時同樣可設定時間點的誤差容忍範圍，在未超過範圍時仍判斷為比對相符。或者將新的特徵點上傳至雲端伺服器，建立不同加工速度的用電樣本，提供後續用電資訊的比對。

請同時參閱第5圖，第5圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理系統之另一實施例之示意圖。如圖所示，應用電力用量特徵之製造管理系統包含第一工廠111及第二工廠121，第一工廠111包含第一設備機台11，第二工廠121包含第二設備基台12與第三設備機台13。本實施例之設備機台類型與前述實施例類似，因此不重複說明，而設備機台的數量可以工廠實際配置加以改變，並不侷限於本實施例之數量。第一設備機台11連接第一電表21，第二設備機台12與第三設備機台13分別連接第二電表22與第三電表23，如前述實施例所述，上述電表量測各個機台的用電資訊，並將用電資訊上傳至雲端伺服器31進行監控比對。此處用電資訊收集及傳輸的方式可包含第二工廠121的資料收集器41，以有線或無線傳輸方式收集第二電表22與第三電表23之用電資訊後，再一同上傳至雲端伺服器31之資料庫311。或者，第一電表21直接具備儲存及無線通訊傳輸等功能，使其能直接透過通訊網路上傳至雲端伺服器31的資料庫311儲存。收集到的用電資訊藉由處理器312執行應用程式進行特徵比對之後，取得機台稼動率、產能效率及產品良率之生產資訊，這些訊息能即時傳送到使用者之顯示裝置42，例如手機、平板電腦之螢幕，顯示上述生產資訊。同樣的，若比對產生異常，也可傳送異常的警示訊息至顯示裝置42，通知操作者或管理者進行對應處理。

上述之第一工廠11與第二工廠121，可能設於不同位置或不同地區，或者分屬不同企業，但藉由電表上傳的用電資訊，即能透過雲端伺服器了解其中生產加工的狀態，對於產能的監控與安排上，更有效率且具備更大的運用彈性。另外，相較於習知資料採集與監控系統，即便包含利用電表進行電量監測，也僅用於工廠進行節能的能源管理上，若欲取得生產管理或設備管理的資訊，就必須額外設置監控的硬體裝置，或者擷取原機台資訊後，轉換成相容格式才能取得相關資料。相較之下，本實施例應用電力用量特徵之製造管理方法及系統，能以簡單的電表設置來取代資料採集與監控系統，並以更有效率且即時的資料收集，來達成製造管理的目標。同時，除了透過雲端伺服器即時監控各個機台或是整體工廠設備，並整合各個設備機台的用電資訊，進行大數據分析，更能解決發生異常用電特徵的問題，提升整體製造程序的效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧設備機台
11‧‧‧第一設備機台
12‧‧‧第二設備基台
13‧‧‧第三設備機台
20‧‧‧電表
21‧‧‧第一電表
22‧‧‧第二電表
23‧‧‧第三電表
30、31‧‧‧雲端伺服器
41‧‧‧資料收集器
42‧‧‧顯示裝置
90‧‧‧工件
111‧‧‧第一工廠
121‧‧‧第二工廠
311‧‧‧資料庫
312‧‧‧處理器
S1~S5 ‧‧‧步驟
T‧‧‧加工週期
T_a‧‧‧預設維持時間
T_c‧‧‧待機時間
T_s‧‧‧停機時間
NG‧‧‧不良品

第1圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理系統之實施例之方塊圖。

第2圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理方法之實施例之流程圖。

第3圖係為本發明之特徵點設定之實施例之示意圖。

第4A、4B、4C圖係為本發明之特徵點比對之實施例之示意圖。

第5圖係為本發明之應用電力用量特徵之製造管理系統之另一實施例之示意圖。

S1~S5‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種應用電力用量特徵之製造管理方法，其包含下列步驟： 設置一電表連接於一設備機台，量測該設備機台之一用電資訊； 藉由記錄該設備機台於一工件從開始加工到結束之一加工週期內之該用電資訊，取得一用電樣本； 將該用電樣本上傳至一雲端伺服器，並設定該用電樣本之複數個特徵點； 將該設備機台操作時之該用電資訊即時上傳至該雲端伺服器，與該用電樣本進行特徵比對，取得該設備機台之一機台稼動率、一產能效率及一產品良率；以及 藉由該機台稼動率、該產能效率及該產品良率取得該設備機台之一整體設備效率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之應用電力用量特徵之製造管理方法，其中該用電資訊包含該設備機台之一電流、一電壓或一輸出功率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之應用電力用量特徵之製造管理方法，其中該複數個特徵點包含該加工週期內之複數個最高輸出功率及複數個最低輸出功率，以及該複數個最高輸出功率與該複數個最低輸出功率對應之複數個時間點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之應用電力用量特徵之製造管理方法，進一步包含以下步驟： 當該用電資訊與該用電樣本進行特徵比對時，若該複數個特徵點相符，則該雲端伺服器記錄該工件為一良品，若該複數個特徵點不相符，則該雲端伺服器記錄該工件為一不良品。
5. 如申請專利範圍第1項所述之應用電力用量特徵之製造管理方法，進一步包含以下步驟： 當該用電資訊小於一預設用電量，若未超過一預設時間，則該雲端伺服器判斷該設備機台為一待機狀態，若超過該預設時間，該雲端伺服器判斷該設備機台為一停機狀態。
6. 一種應用電力用量特徵之製造管理系統，其包含： 一設備機台，係設置以對一工件進行加工； 一電表，係連接於該設備機台，並量測該設備機台之一用電資訊； 一雲端伺服器，係網路連接於該電表，接收該電表即時上傳之該用電資訊，與一用電樣本之複數個特徵點進行特徵比對，取得該設備機台之一機台稼動率、一產能效率及一產品良率，並取得該設備機台之一整體設備效率； 其中，該用電樣本係為該電表記錄該工件由開始加工到結束之一加工週期內之該用電資訊，並將該用電樣本上傳至該雲端伺服器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之應用電力用量特徵之製造管理系統，其中該用電資訊包含該設備機台之一電流、一電壓或一輸出功率。
8. 如申請專利範圍第6項所述之應用電力用量特徵之製造管理系統，其中該複數個特徵點包含該加工週期內之複數個最高輸出功率及複數個最低輸出功率，以及該複數個最高輸出功率與該複數個最低輸出功率對應之複數個時間點。
9. 如申請專利範圍第6項所述之應用電力用量特徵之製造管理系統，其中該雲端伺服器於該用電資訊與該用電樣本之特徵比對產生異常時，產生一警示訊息。
10. 如申請專利範圍第6項所述之應用電力用量特徵之製造管理系統，進一步包含一顯示器，係連接於該雲端伺服器，即時顯示該設備機台之該機台稼動率、該產能效率及該產品良率。