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研華科技 張守廷

作者簡介

張守廷（1971-），男，吉林人，工程師，工學學士，畢業于天津大學自動化系，現就職于研華科技，多年從事工業網絡、自動控制、測試測量與故障診斷系統的市場研究、產品設計、運行維護與教學工作，曾參與多個項目的設計與實施并發表多篇論文與專著。

摘要：針對金屬切割帶鋸機這類空間有限的機械設備，研華設計了型號為MIC-1810的掌上型數據采集嵌入式計算機（DAQ）。經過改造后的MIC-1810精致緊湊、節省空間、可在惡劣環境下工作，并將收集到的數據經WebAccess/MCM實現可視化管理，從而為帶鋸機提供低成本高效益的預防維護監測系統。

關鍵詞：工業4.0；嵌入式計算機；研華科技；帶鋸機；預防維護

Abstract: Aiming at the limited mechanical equipment of the metal cutting band sawing machine, Advantech designed the handheld data acquisition embedded computer (DAQ) model of MIC-1810. After modification, the MIC-1810 which is compact and delicate saves a space and works under the bad environment. Also, the data collected via WebAccess/MCM implement visual management, which provides band sawing machine with low cost and effective preventive maintenance monitoring system.

Key words: Industry 4.0; DAQ; Advantech; Band-sawing machine;Preventive maintenance

1　項目簡介

在“工業4.0”的概念下，智能工廠除了力求制造技術的革新外，機臺監測與預防保養亦是優化生產流程中重要的一環。與傳統例行維護或意外故障后才維修的做法不同，預防性維護能通過實時的狀態監測與大數據分析提前發現并排除即將出現的故障隱患。以金屬切割帶鋸機為例，若能事先收集數據并預測出設備在執行數萬次鋸切作業后，切削刀具或其它零組件即將出現的損壞，設備制造商即能實時為客戶進行維護，而工廠管理者也不用等到完全毀損后才急著找設備供應商安排維修，借此減少設備的停機時間以提升工廠的整體生產力，同時也能提高生產線的制造良率。

預防保養系統雖可利用無風扇計算機加裝數據采集卡的方式來完成機械設備的數據收集，但機械設備的控制箱能容納硬件的空間并不多，而且隨著硬件數量的增加，機箱內的布線也會變得復雜且影響美觀，同時還會增加維護與管理的困難度。研華針對這類空間有限的機械設備設計了一款掌上型數據采集嵌入式計算機（DAQ embedded computer）讓設備制造商可以方便且快速地將預防保養系統整合進機械設備內；同時研華還提供定制化服務，不僅能協助用戶優化數據采集精確度，還能透過專業的工業設計來塑造高階產品的形象，從而提升機械設備的市場競爭力。

2　系統需求

專為各種金屬加工提供帶鋸機的臺灣某精密機電公司是全球首屈一指的專業設備制造商。成立四十年來，其不僅生產超過百種機型的鋸切系統，產品更已銷售至80多個國家，且受到西門子、施耐德電氣、波音等知名企業的認可與應用。近來，該公司為順應“工業4.0”的趨勢，積極投入創新應用的開發以提高產品附加價值，而機臺監測與預防保養即是其想導入的新功能之一。

研發初期，該公司原本打算選用美商的USB數據采集模塊，可仔細估算后發現成本過高可能會使擁有新功能的帶鋸機失去市場競爭優勢；但若以計算機加裝數據采集卡的方式，除了占用較多空間且布線也更為復雜外，均不符合該公司需求，因而尋找更具成本效益的解決方案。

該公司除了對價格、尺寸與外觀有特別的要求之外，新的解決方案還要提供各種功能，包括快速取樣的多通道模擬I/O以采集機臺信息、多信道數字I/O以控制機臺、網絡端口上傳數據至后臺的管理系統，以及軟件開發工具以便加速系統開發。再則，由于帶鋸機的使用環境相對嚴苛，如鋸切作業易制造粉塵、切削與輸送工件則會產生振動、馬達轉動時的瞬時電壓會出現噪聲干擾等，因此解決方案亦要能解決這些問題來確保系統能順利取得精確的相關數據。

3　系統概述

研華的MIC-1810是全球首創在PC-based控制平臺上整合數據采集模塊與訊號處理轉換模塊（signal conditioning and processing transducer）的嵌入式計算機，將其安裝在金屬切割帶鋸機的控制機箱內來連接電流傳感器與電阻式溫度傳感器（RTD），設備制造商就能精準地采集帶鋸機切割時所產生的訊號，并以此數據為機臺建模，再從中歸納找出相關零組件需要維護或更換的特征值，從而達到預防保養的目的。

為了讓MIC-1810能夠精致緊湊，研華設計產品時從傳統嵌入式計算機進行“減肥計劃”以去除部分不需要的系統功能并采取無風扇設計，因而這款計算機的尺寸僅有手掌般大小；而內建的端子臺能直接鎖定傳感器的訊號線，既節省空間又能免除布線的麻煩；導軌式安裝則能方便地裝設在各式機臺的配電箱或控制機柜內；具有耐振動與抗臟污的特色可以保障系統即使在惡劣的使用環境也能穩定運作。另外，提供多個I/O通道的MIC-1810可從模擬輸入信道采集的電流與溫度的訊號來對機臺進行實時監測；并利用數字輸入與輸出信道來控制工件在輸送帶的進出以及機器開啟與停止等動作；以太網絡端口則負責將機器信息上傳至云端以進行遠程監控。

軟件方面，MIC-1810內附的WebAccess/MCM既是軟件開發工具也是基于瀏覽器的機臺狀態監控軟件，其除了可實現節省軟件授權費外，工程師也無須編程，只需通過簡單的設定就能設計出預防保養系統，而這套軟件所提供的多項設備監診功能亦能加速完成系統設計，譬如：可將所收集來的訊號直接轉成實際物理量而省去用戶額外花時間建置對照表（mapping table）、提供快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform）來過濾噪聲，可使訊號分析變得更簡單，示波器則能實時顯示訊號波形借此來確認設備是否正常運作。最終，所有上傳至云端的數據可通過WebAccess/MCM實現機臺狀態的可視化管理，讓用戶可以充分掌握所有設備的運作情況。

圖1 系統架構圖

4　結語

致力于技術創新和工藝改革的這家金屬切割帶鋸機制造商，其帶鋸機不僅曾獲臺灣金點設計獎，美國鋼鐵中心也曾評比其為切削服務產業中品牌第一的公司。因此，為了維持最佳的品牌形象和企業聲譽，該公司對于設備內所要使用的相關產品亦有相對較高的要求。而具備低成本、高效益特色的MIC-1810不論是性能或外觀都能滿足其需求外，研華還提供了專業且貼心的定制化服務，既解決客戶訊號采集干擾的問題，也額外為客戶設計專屬的標志（logo），讓提供機臺監測與預防保養功能的帶鋸機能以更高的附加價值熱銷全世界。

摘自《2017今日自動化技術應用在中國》