振动

振动
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振动（英语：vibration），指一个物体相对于静止参照物或处于平衡状态的物体的[往复运动]]。一般来说振动的基础是一个系统在两个能量形式间的能量转换，振动可以是周期性的（如单摆）或随机性的（如轮胎在碎石路上的运动）。

• 振动是宇宙普遍存在的一种现象，总体分为宏观振动（如地震、海啸）和微观振动（基本粒子的热运动、布朗运动）。
  • 一些振动拥有比较固定的波长和频率，一些振动则没有固定的波长和频率。两个振动频率相同的物体，其中一个物体振动时能够让另外一个物体产生相同频率的振动，这种现象叫做共振，共振现象能够给人类带来许多好处和危害。
  • 不同的原子拥有不同的振动频率，发出不同频率的光谱，因此可以通过光谱分析仪发现物质含有哪些元素。
  • 在常温下，粒子振动幅度的大小决定了物质的形态（固态、液态和气态）。不同的物质拥有不同的熔点、凝固点和汽化点也是由粒子不同的振动频率决定的。我们平时所说的气温就是空气粒子的振动幅度。
  • 任何振动都需要能量来源，没有能量来源就不会产生振动。物理学规定的绝对零度就是连基本粒子都无法产生振动的温度，也是宇宙的最低温度。
  • 振动原理广泛应用于音乐、建筑、医疗、制造、建材、探测、军事等行业，有许多细小的分支，对任何分支的深入研究都能够促进科学的向前发展，推动社会进步。
• 指物体的全部或一部分沿直线或曲线往返颤动，有一定的时间规律和周期。语出《墨子·尚同中》：“是以举天下之人皆恐惧振动惕栗，不敢为淫暴。

常见振动种类

• ①汽车--行驶中的振动对汽车部品的故障发生和寿命影响的试验。最近几年，电动汽车的振动试验越来越多。发动机、汽车音响、安全气囊冲击、NVH、etc.。

②铁道交通--振动对列车部品等故障影响的试验。列车搭载电子设备、轨道附近的设备（信号切换机、ATC）、etc.。 ③运输行业--卡车、轮船等的运输中，产品是否故障、损伤、外包装擦伤等的试验。 ④飞机--发动机产生的振动，受到气流的振动、起飞降落受到的振动和冲击，会不会发生故障等以及耐久性确认。 ⑤地震--确认部件、房屋、建筑物等的耐震性。

振动分析的应用

• 设备长时间运作需求定期维修维持其作业品质。但为了提高产品良率，也相应提高机台维修标准，因而往往造成频繁停机送修，增加生产成本。
  • 在工业4.0与智慧制造的积极发展之下，智慧诊断监测技术的市场需求殷切，使机械故障诊断技术包括新型感测器、特征工程及分析手法，以及近年新颖的人工智慧(Artificial Intelligence, AI)加值技术纷纷前仆后继地被提出与商品化。
• 透过使用智慧化零组件/模组，或是在机台内、外部加装位置、力量、加速度、振动、噪音、温湿度等各类型感测器，结合资通讯、机电系统应用技术(例如物联网、云端运算、巨量资料、人工智慧)，使机台具备重要的运作能力，例如资料即时(Real Time)撷取、记录与传输等；
  • 再配合相应的致动器、控制装置、使机台具备运作状态与效能监控及最佳化、健康状态分析与故障预测，可达到智慧机械之功能。
• 机械故障与维修一直都是密不可分。一般机械故障维修模式可分为事后维修(Break-Down Maintenance, BDM)、定期维修(Time-Based Maintenance, TBM)、状态监测(Condition-Based Maintenance, CBM)与近几年产业关注的预兆诊断。
• 机械故障维修:
  • ・事后维修--待故障发生后再修理，一般用于对制造流程影响不大之机械设备，或业者已备好零部件备品，能于短时间内完成修复者。
  • 但当机台产生故障后，需要尽速维修上线，临时的订购会造成备品成本提高，维修人力调用不顺，于临时性维护时，也会降低生产效率，若关键零件毁损，恐易导致重大事故，需承担更高风险。
  • ・定期维修--以固定维修周期的方式进行排修保养，不论设备是否已损坏，都会依照时间或使用情况进行更换，有时会造成维护频率过高、人力与成本提高，但若降低维修频率，又会导致设备生产品质与良率问题，也有可能遇到设备提前失效的可能，一样必须承担事后维修之风险。
  • ・状态监测--在设备运行时，便借由各种量测方法来获得状态讯息，并进行机械设备之监测，再根据性能指标评估维修项目，进而早期检知异常情况以判断要更换之时间。**可降低设备无预警停机、减少定期维护成本、提高设备之稼动率与防止不必要的拆卸降低机械精密度，延长设备寿命。
  • ・预知维护--此部份为状态监测之进阶功能，经由状态监测之大数据资料与实际维护经验，根据人类专家所定义之数据与标签(Label)，透过人工智慧进行学习与判断，建立复杂的预估模型，以达到更精准之设备损坏时间预估，同时持续监测收值，获取充分的数据，用以进一步提升预估准确度。
• 智慧振动感测器加持,半导体/微制程生产有保障:
  • 为了因应工业自动化与稳定制造之需要，温湿度、位移、力量、振动等等，各式感测器纷纷崭露头角，其中机械系统之异常导致机构振动变异，便适合应用振动感测器。
  • 半导体产业之制程中，许多晶圆与载具堆叠紧密，需依靠机械手臂精准的搬运，进行各项制程的运作，其空间狭窄的通道，使得一般现行的感测器因距离过长、资料传输、体积与供电等等的问题，无法牵线至适当的量测位置，因此采用MEMS微机电之外接感测器，适合应用于半导体与微制程技术。
• 即时监测掌握异常状况,振动感测分析软体登场:
  • 感测器的终端使用者，向部分业者购买市售振动感测系统后，虽然取得相关的程式介面(API)，但仍需投入专家对机械之机构进行研究，往往要针对各项的常用特征、欲分析的项目，开发程式载入数据，花费大量时间分析作图。
  • 一般使用者若未有充足专业知识，例如缺乏机构之知识，势将难以下手分析振动讯号，因此现今产业上也逐渐出现功能化的分析软体，例如：轴承特征频率分析、马达特征频率分析，搭配设备贩售，透过使用者输入电机型号，读取该型号机构资讯如轴承珠数、外内环直径、马达操作转速等等，以公式换算特征频率，同时标出频谱中特征频率的峰值(Peak)。

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