TWI623840B

TWI623840B - 適應性機台稼動率分析系統及方法

Info

Publication number: TWI623840B
Application number: TW106124237A
Authority: TW
Inventors: guo-kai Liao; Wu-Jie Wu; Qin-Yao Zhang; ren-zhong Liao; Guang-Qin Lu
Original assignee: Chunghwa Telecom Co Ltd
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2018-05-11
Also published as: CN109284885A; TW201908995A

Abstract

本發明提供一適應性機台稼動率分析系統及方法，係利用機台設備加裝電流感測器插座方式即時偵測運轉電流，並分別提出三種運轉分析模式，以及適應性機台特徵分析方法，可依機台運轉性能差異動態調整機台特徵、加工與自行定義之電流分析門檻，並結合運轉電流歷史值，自動學習機台關機、待機、加工與自訂狀態，適用廠區各種馬達機械設備。同時提出機台ID識別與稼動率分析方式，可利用電流感測器插座之ID碼，自動識別機台編號及統計各機台之運轉結果，掌握生產瓶頸達到機台運轉履歷管理目的。

Description

適應性機台稼動率分析系統及方法

本發明係關於一種依據工廠機台設備之使用效率需求，提供一套適應性機台稼動率分析系統及方法。

在智慧製造與節能意識高漲下，如何衡量機台設備使用效率為一重要議題。傳統製造工廠機台設備(例如：成衣廠紡織機)大多為馬達機械設備並無提供通訊整合介面，加上不同產品加工工序需求，工廠產線之多種機型廠牌設備更增加設備使用效率分析難度。

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適應性機台稼動率分析系統及方法，本發明提出適應性機台特徵分析方法，透過機台設備加裝電流感測器插座，並結合即時運轉電流與歷史值，自動學習機台關機、待機、加工與自訂狀態，可適用廠區各種機台。並設計機台ID識別與稼動率分析方式，利用電流感測器插座之ID碼(訊號大小或訊號頻率)，自動識別機台編號並統計各機台之運轉結果(包含停機、待機、加工及自訂狀態之運轉時數與次數)，同時依據設定之機台稼動率公式，計算提供機台稼動率，進而掌握生產瓶頸並達到機台運轉履歷管理目的。

本發明提供一種適應性機台稼動率分析系統，其包含：一機台電流感測與ID碼產生插座模組，係設有一公一母雙向轉接插座，直接加裝機台電源線插頭與電源插座間，並透過機台專屬ID碼設定，於偵測機台運轉電流的同時產生ID訊號；一機台運轉電流分析模組，係利用該機台電流感測與ID碼產生插座模組之機台運轉電流，進行運轉電流特徵值分析；一機台運轉電流歷史模組，該機台運轉電流歷史模組依設定之分析週期時間，記錄每一分析週期時間之等運轉電流特徵值，並提供適應性機台特徵分析模組；一適應性機台特徵分析模組透過運轉電流特徵值，依機台運轉性能差異適應性調整機台特徵、加工與自行定義之電流分析門檻，同時與即時機台運轉電流比對，進一步分析提供停機、待機、加工與自行定義之機台狀態；以及一機台ID識別與稼動率分析模組，利用該機台電流感測與ID碼產生插座模組之ID碼，識別機台編號並統計各機台之運轉結果，同時依據設定之機台稼動率公式，計算提供機台稼動率。

其中運轉電流特徵值分析包含最大電流值模式、最小電流值模式、加工電流模式、分析週期時間、暫存器大小數量、加工電流條件、歷史最大電流平均值、歷史最小電流平均值、歷史加工電流斜率值及大小值、即時運轉電流。其中加工電流條件係為電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間。

其中運轉結果包含停機、待機、加工及自訂狀態之累積運轉時數與累積運轉次數。

其中適應性機台特徵分析模組亦可執行機台運轉異常分析，監測運轉電流歷史資料之每一分析週期之最大電流平均值、最小電流平均值與加工電流斜率值與大小值，當歷史資料趨勢異常(例如：兩筆落差過大或是斜率變化過大)，即判定主機設備異常。

本發明提供一種適應性機台稼動率分析方法，步驟包含：依需求設定機台設備數量，以及於每一機台之機台電流感測與ID碼產生插座模組設定專屬ID識別碼；結合自動分析週期時間則設定週期時間；其中週期時間包含日、週、月或自行定義時間；而自行定義時間表示為可自由定義起始時間與結束時間；再依現場需求設定機台加工電流模式條件(電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間…)與稼動率公式；依需求設定機台加工電流模式條件與稼動率公式，自動識別機台編號並統計各機台之運轉結果。

承上所述，依本發明之適應性機台稼動率分析系統及方法，相較於現有技術具有下列優點：本發明之機台電流感測與ID碼(訊號大小或訊號頻率)產生插座模組，提供一公一母雙向轉接插座，可直接加裝機台電源線插頭與電源插座間，並透過機台專屬ID碼設定，偵測機台運轉電流的同時開始產生ID訊號(電流、電壓、PULSE...等)。解決傳統CT電流量測技術，必須固定於電源插座上，並且沒有提供機台識別機制之限制。

1.本發明之機台運轉電流分析模組共提供三種分析模式，分別為a.最大電流值分析模式b.最小電流值分析模式c.加工電流分析模式，依據設定之分析週期時間，透過過濾器、比較器、排序器..等方式動態更新最大機台運轉電流與最小機台運轉電流之暫存器內容，其中分析週期時間與暫存器大小數量可以透過平台或工具設定；並依據設定之機台加工電流模式條件(電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間…)，計算分析出機台加工電流模式，以提供機台狀態分析所需之即時運轉電流特徵值。

2.適應性機台特徵分析模組透過運轉電流歷史資料與即時運轉電流特徵值，可依機台運轉性能差異適應性調整機台特徵、加工與自行定義之電流分析門檻，並與即時機台運轉電流比對，能自動分析提供停機、待機、加工與自行定義之機台狀態，解決傳統固定式電流門檻分析技術，因機械元件老化、馬達溫度變化或加工負載不同造成之機台運轉狀態錯誤判斷問題。

3.適應性機台特徵分析模組亦可執行機台運轉異常分析，監測運轉電流歷史資料之每一分析週期之最大電流平均值、最小電流平均值與加工電流斜率值與大小值，當歷史資料趨勢異常(例如：兩筆落差過大或是斜率變化過大)，即判定主機設備異常。

4.機台ID識別與稼動率分析模組，利用本發明電流感測插座之ID碼(訊號大小或訊號頻率)，自動識別機台編號並統計各機台之運轉結果(包含停機、待機、加工及自訂狀態之運轉時數與次數)，同時依據設定之機台稼動率公式(例如：加工時間/8小時標準作業工時)，計算提供機台稼動率，進而掌握生產瓶頸並達到機台運轉履歷動態管理目的。

101‧‧‧機台電流感測與ID碼產生插座模組

102‧‧‧機台運轉電流分析模組

103‧‧‧機台運轉電流歷史模組

104‧‧‧適應性機台特徵分析模組

105‧‧‧機台ID識別與稼動率分析模組

S201~S205‧‧‧步驟流程

S301~S322‧‧‧步驟流程

圖1係為本發明之適應性機台稼動率分析系統之架構示意圖。

圖2係為本發明之適應性機台稼動率分析方法之流程圖。

圖3係為本發明之適應性機台稼動率分析方法之流程圖。

圖4係為本發明之實際工廠產線配置之架構圖。

圖5係為本發明之實際工廠產線配置之架構圖。

圖6係為本發明之時間電流關係圖。

圖7係為本發明之時間電流關係圖。

圖8係為本發明之時間電流關係圖。

圖9係為本發明之時間電流關係圖。

為利貴審查委員了解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本創作配合附圖，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，未必為本創作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、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱圖1，為本發明之適應性機台稼動率分析系統之架構示意圖，分別由機台電流感測與ID碼產生插座模組101(訊號大小或訊號頻率)、機台運轉電流分析模組102、機台運轉電流歷史模組103、適應性機台特徵分析模組104及機台ID識別與稼動率分析模組105。機台電流感測與ID碼產生插座模組101(訊號大小或訊號頻率)提供一公一母雙向轉接插座，直接加裝機台電源線插頭與電源插座間，並透過機台專屬ID碼設定，於偵測機台運轉電流的同時產生ID訊號(電流、電壓、PULSE等)。而機台運轉電流分析模組102利用機台電流感測與ID碼產生插座模組101之機台運轉電流，進行運轉電流特徵值(最大電流值模式、最小電流值模式、加工電流模式)分析，其中分析週期時間、暫存器大小數量與加工電流條件(電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間)可以透過平台或工具設定；而機台運轉電流歷史模組103會依設定之分析週期時間記錄歷史運轉電流特徵值，並提供適應性機台特徵分析模組104。適應性機台特徵分析模組104透過運轉電流歷史資料與即時運轉電流特徵值，可依機台運轉性能差異適應性調整機台特徵、加工與自行定義之電流分析門檻，同時與即時機台運轉電流比對，進一步分析提供停機、待機、加工與自行定義之機台狀態。此外機台ID識別與稼動率分析模組105，利用機台電流感測與ID碼產生插座模組101之ID碼(訊號大小或訊號頻率)，可自動識別機台編號並統計各機台之運轉結果(包含停機、待機、加工及自訂狀態之累積運轉時數與累積運轉次數)，同時依據設定之機台稼動率公式(例如：加工時間/8小時標準作業工時)，計算提供機台稼動率。

請參閱圖2，為本發明之適應性機台稼動率分析方法之流程圖，首先步驟S201使用者設定機台設備數量與機台ID識別碼，步驟S202再決定是否結合自動分析週期時間，若是，步驟S203設定好所要之分析週期時間，步驟S204並進行機台加工電流模式條件(電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間…)與稼動率公式設定，最後步驟S205適應性機台稼動率分析。

請參閱圖3，為本發明之適應性機台稼動率分析方法之流程圖，主要分為插座模組ID訊號讀取識別(步驟S301)、機台運轉電流讀取分析(步驟S303)、適應性機台特徵分析(步驟S308)、機台運轉狀態分析(步驟S312)、機台運轉分析(步驟S317)與機台稼動率計算(步驟S322)，分別敘述如下：插座模組ID訊號讀取識別(步驟S301)：讀取機台電流感測與ID碼產生插座模組之ID訊號，ID訊號可為電流、電壓、PULSE等，透過訊號大小或訊號頻率分析方式進行機台ID碼判斷(步驟S302)，識別機台ID編號後開始進行各機台之稼動率分析。

機台運轉電流讀取分析(步驟S303)：讀取機台電流感測與ID碼產生插座模組之機台運轉電流，進行最大電流值模式(步驟S304)、最小電流值模式(步驟S305)、加工電流模式(步驟S306)三種運轉電流特徵值分析，並依設定之分析週期時間記錄運轉電流歷史資料(步驟S307)，分別說明如下：最大電流值模式(步驟S304)：依據設定之分析週期時間，先清除暫存器內容，再透過過濾、比較、排序...等方式篩選出較大之機台運轉電流，並動態更新於最大機台運轉電流之暫存器，其中分析週期時間與暫存器大小數量可以透過平台或工具設定。

最小電流值模式(步驟S305)：依據設定之分析週期時間，先清除暫存器內容，再透過過濾、比較、排序...等方式篩選出較小之機台運轉電流，並動態更新於最小機台運轉電流之暫存器，其中分析週期時間與暫存器大小數量可以透過平台或工具設定。

加工電流模式(步驟S306)：依據設定之機台加工電流模式條件，進行運轉電流大小、電流斜率大小、電流斜率趨勢、連續觸發時間、自行定義…等電流模式計算與分析。

運轉電流歷史資料(步驟S307)：記錄每一分析週期時間之歷史最大電流平均值、歷史最小電流平均值與歷史加工電流斜率值及大小值，歷史最大電流平均值公式如下：

Imax_ave_n：分析週期n之歷史最大電流平均值，Imax_data_n_j：分析週期n之較大j機台運轉電流值，Nmax：最大電流值模式之暫存器數量。

歷史最小電流平均值公式如下： Imin_ave_n：分析週期n之歷史最小電流平均值，Imin_data_n_j：分析週期n之較小j機台運轉電流值，Nmin：最小電流值模式之暫存器數量。

適應性機台特徵分析(步驟S308)：透過運轉電流歷史資料(步驟S307)以及最大電流值模式(步驟S304)、最小電流值模式(步驟S305)、加工電流模式(步驟S306)三種運轉電流特徵值之組合公式，計算機台特徵電流門檻(步驟S309)、加工電流門檻(步驟S310)與自訂電流門檻(步驟S311)，分別說明如下：機台特徵電流門檻公式(步驟S309)： Ith_cha：特徵電流門檻，Imin_ave_n：分析週期n之歷史最小電流平均值，Imin_data_i_j：最新分析週期i之較小j機台運轉電流值，N：歷史資料儲存數量，Nmin：最小電流值模式之暫存器數量。

加工電流門檻公式(步驟S310)：Ith_pro=F1(Ith_cha,Sis,Sit,Tc,Cu,I)Ith_pro：加工電流門檻，Ith_cha：特徵電流門檻，Sis：電流斜率大小，Sit：電流斜率趨勢，Tc：連續觸發時間，Cu：自行定義條件，I：即時機台運轉電流。

自訂電流門檻公式(步驟S311)：Ith_def=F2(Imax_ave_n,Imin_ave_n,Imax_data_i_j,Imin_data_i_j)Ith_def：自訂電流門檻，Imax_ave_n：分析週期n之歷史最大電流平均值n=1~N，Imin_ave_n：分析週期n之歷史最小電流平均值n=1~N，N：歷史資料儲存數量，Imax_data_i_j：最新分析週期i之較大j機台運轉電流值，j=1~Nmax，Nmax：最大電流值模式之暫存器數量，Imin_data_i_j：最新分析週期i之較小j機台運轉電流值，j=1~Nmin，Nmin：最小電流值模式之暫存器數量。

機台狀態分析(步驟S312)：透過機台運轉電流讀取分析(步驟S303)即時機台運轉電流，以公式或條件方式與適應性機台特徵分析(步驟S308)之電流門檻比對，進一步判斷求得機台停機狀態(步驟S313)、機台待機狀態(步驟S314)、機台加工狀態(步驟S315)與機台自訂狀態(步驟S316)，分別說明如下：機台停機狀態公式(步驟S313)：Moff：I<Ith_cha Moff：機台停機狀態，Ith_cha：特徵電流門檻，I：即時機台運轉電流。

機台待機狀態公式(步驟S314)：Mon：I>=Ith_cha Mon：機台待機狀態，Ith_cha：特徵電流門檻，I：即時機台運轉電流。

機台加工狀態公式(步驟S315)：Mpro：Ith_pro=ON Mpro：機台加工狀態，Ith_pro：加工電流門檻。

機台自訂狀態公式(步驟S316)：Mdef：Ith_def=ON Mdef：機台自訂狀態，Ith_def：自訂電流門檻。

機台運轉分析(步驟S317)透過機台狀態分析(步驟S312結果，統計機台停機、待機、加工及自訂狀態之累積運轉時數與累積運轉次數，分別說明如下：停機運轉統計公式(步驟S318)：Moff_tsum=Σ Moff(t),Moff_csum=Σ Moff(c) Moff_tsum：累積停機運轉時數，Moff(t)：停機運轉時間，Moff_csum：累積停機狀態發生次數，Moff(c)：停機狀態發生點。

待機運轉統計公式(步驟S319)：Mon_tsum=Σ Mon(t),Mon_csum=Σ Mon(c) Mon_tsum：累積待機運轉時數，Mon(t)：待機運轉時間，Mon_csum：累積待機狀態發生次數，Mon(c)：待機狀態發生點。

加工運轉統計公式(步驟S320)： Mpro_tsum=Σ Mpro(t)，Mpro_csum=Σ Mpro(c) Mpro_tsum：累積加工運轉時數，Mpro(t)：加工運轉時間，Mpro_csum：累積加工狀態發生次數，Mpro(c)：加工狀態發生點。

自訂狀態運轉統計公式(步驟S321)：Mdef_tsum=Σ Mdef(t)，Mdef_csum=Σ Mdef(c) Mdef_tsum：累積自訂狀態運轉時數，Mdef(t)：自訂狀態運轉時間，Mdef_csum：累積自訂狀態發生次數，Mdef(c)：自訂狀態發生點。

機台稼動率計算(步驟S322)：依據設定之稼動率公式(例如：加工時間/8小時標準作業工時)，計算提供機台稼動率。

機台稼動率公式如下：Ave=F3(Moff_tsum,Mon_tsum,Mpro_tsum,Mdef_tsum,Wstan,Tstart,Tend)Ave：機台稼動率，Moff_tsum：累積停機運轉時數，Mon_tsum：累積待機運轉時數，Mpro_tsum：累積加工運轉時數，Mdef_tsum：累積自訂狀態運轉時數，Wstan：標準作業工時，Tstart：開始時間，Tend：結束時間。

舉一實施案例來說明，如圖4所示，假使工廠產線共有4台紡織機台設備，編號由1至4，其中4號機台為備用機台，每一機台裝有機台電流感測與ID碼產生插座模組01，並設定專屬ID碼，1號機台ID碼為1,000、2號機台ID碼為2,000、3號機台ID碼為3,000及4號機台ID碼為4,000。當機台電流感測與ID碼產生插座模組與電源插座連接並供電時，開始偵測機台運轉電流及產生ID PULSE訊號。插座模組ID訊號讀取識別偵測到ID訊號後，進行機台ID碼判斷，自動識別機台編號並開始統計各機台之運轉結果(包含停機、待機、加工及自訂狀態之運轉時數與次數)，達到機台運轉履歷動態管理目的，並解決傳統CT電流量測技術，必須固定於電源插座上，無法進行機台識別之限制。

如圖5所示，假如工廠中2號機台因為例行性保養工作，需與4號機台進行調度以維持產線正常運作。當4號機台的電流感測與ID碼產生插座模組與電源插座連接並供電時，開始偵測機台運轉電流及產生ID PULSE訊號，而插座模組ID訊號讀取識別101偵測到4號機台ID訊號並ID碼識別OK後，開始統計4號機台之運轉結果，並且停止統計2號機台之運轉結果。

以4號機台為例進行適應性機台稼動率分析說明，經機台ID碼判斷後，讀取4號機台電流感測與ID碼產生插座模組之機台運轉電流，進行機台運轉電流讀取分析。假設設定之分析週期時間為上班日(週一至週五)8：00到17：00，以及暫存器大小為10，於分析週期每日開始時間8：00先清除最大電流值模式與最小電流值模式之暫存器內容。並設定機台加工電流模式條件，定義條件為運轉電流>Ith_cha、電流斜率上升且連續觸發>=3次(0.3秒)，開始執行以下三種運轉電流特徵值分析：如下表1、表2，最大電流值模式透過過濾、比較、排序等方式篩選出4號機台較大之運轉電流，並動態更新於最大機台運轉電流之暫存器，其中表1為更新前之狀態，表2為更新後之狀態。

如下表3、表4，最小電流值模式透過過濾、比較、排序...等方式篩選出4號機台較小之運轉電流，並動態更新於最小機台運轉電流之暫存器，其中表3為更新前之狀態，表4為更新後之狀態。

如圖6所示，加工電流模式S306以0.1秒中斷方式偵測4號機台運轉電流，並分析電流斜率變化，當滿足運轉電流>Ith_cha、電流斜率上升且連續觸發>=3次(0.3秒)條件時，即判斷為加工電流模式。

獲得運轉電流特徵值後，執行適應性機台特徵分析之機台特徵電流門檻與加工電流門檻計算，舉例說明如下：如圖7所示，機台特徵電流門檻，透過運轉電流歷史資料之歷史最小電流平均值，以及最新分析週期之較小機台運轉電流平均值進行計算。

如圖8所示，加工電流門檻透過電流大小、電流斜率大小、電流斜率趨勢、連續觸發時間、即時機台運轉電流等定義條件進行判斷。以本案為例當滿足運轉電流>Ith_cha、電流斜率上升且連續觸發>=3 次(0.3秒)條件時，即判斷為加工電流模式，加工電流門檻為ON。

如圖9所示，根據上述之機台特徵電流門檻(Ith_cha)與加工電流門檻(Ith_pro)計算結果，以及機台運轉電流讀取分析之即時機台運轉電流(I)，進一步分析機台狀態。提供分析說明如下：機台運轉分析透過機台狀態分析結果，統計機台停機、待機、加工及自訂狀態之累積運轉時數與累積運轉次數，舉例說明如下：週四：17：00機台運轉分析結果：週五：17：00機台運轉分析結果：

機台稼動率計算依據設定之稼動率公式(Ave=F3(Moff_tsum,Mon_tsum,Mpro_tsum,Mdef_tsum,Wstan,Tstart,Tend))，計算提供機台稼動率。舉例，分析時間為週四17：00~週五17：00，並設定稼動率公式為加工時間/8小時標準作業工時，可以依據上表內容完成機台稼動率計算，如下：

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。

Claims

一種適應性機台稼動率分析系統，其包含：一機台電流感測與ID碼產生插座模組，係設有一公一母雙向轉接插座，直接加裝機台電源線插頭與電源插座間，並透過機台專屬ID碼設定，於偵測機台運轉電流的同時產生ID訊號；一機台運轉電流分析模組，係利用該機台電流感測與ID碼產生插座模組之機台運轉電流，進行運轉電流特徵值分析；一機台運轉電流歷史模組，該機台運轉電流歷史模組依設定之分析週期時間，記錄每一分析週期時間之等運轉電流特徵值，並提供適應性機台特徵分析模組；一適應性機台特徵分析模組透過運轉電流特徵值，依機台運轉性能差異適應性調整機台特徵、加工與自行定義之電流分析門檻，同時與即時機台運轉電流比對，進一步分析提供停機、待機、加工與自行定義之機台狀態；以及一機台ID識別與稼動率分析模組，利用該機台電流感測與ID碼產生插座模組之ID碼，識別機台編號並統計各機台之運轉結果，同時依據設定之機台稼動率公式，計算提供機台稼動率；其中，該運轉電流特徵值分析包含最大電流值模式、最小電流值模式、加工電流模式、分析週期時間、暫存器大小數量、加工電流條件、歷史最大電流平均值、歷史最小電流平均值、歷史加工電流斜率值及大小值、即時運轉電流。
如申請專利範圍第1項所述之適應性機台稼動率分析系統，其中加工電流條件係為電流大小、斜率大小、斜率趨勢、連續觸發時間。
如申請專利範圍第1項所述之適應性機台稼動率分析系統，其中運轉結果包含停機、待機、加工及自訂狀態之累積運轉時數與累積運轉次數。
一種適應性機台稼動率分析方法，步驟包含：依需求設定機台設備數量，以及於每一機台之機台電流感測與ID碼產生插座模組設定專屬ID識別碼；結合自動分析週期時間則設定週期時間；依需求設定機台加工電流模式條件與稼動率公式，自動識別機台編號並統計各機台之運轉結果；利用該機台電流感測與ID碼產生插座模組之機台運轉電流，進行運轉電流特徵值分析；其中，該運轉電流特徵值分析包含最大電流值模式、最小電流值模式、加工電流模式、分析週期時間、暫存器大小數量、加工電流條件、歷史最大電流平均值、歷史最小電流平均值、歷史加工電流斜率值及大小值、即時運轉電流。
如申請專利範圍第4項所述之適應性機台稼動率分析方法，其中週期時間包含日、週、月或自行定義時間。