QC測定データの製造システムへの統合

モノのインターネット（IoT）—そしてより広い意味での第4次産業革命（インダストリー4.0）—は、今日の製造業における遍在する新しいパラダイムであり、製造業者の運営方法または運営計画に大きな影響を与えます。設備総合効率（OEE）の改善は、重要な新しいIoT要件であり、OEEを最適化するには、品質ラボと製造現場の両方から収集された測定データとテストデータを含む、組織全体にわたる正確で最新のデータが必要です。

測定および検査データ収集の速度、量、および精度を向上させることは、効率を改善し、高品質の部品を一貫して製造するために不可欠な強力な洞察を提供するため、重要です。品質管理の目的で高精度の測定データを取得/収集するという点で、これらの利点への最も明確な道は、ワイヤレスおよびモバイルの検索テクノロジーから得られます。

ワイヤレスデータ収集システムは、モバイルであり、堅牢に暗号化および保護されている必要があり、無制限の距離やゲージの互換性から、使いやすさや自動化された製造操作への実用的な統合まで、さまざまなニーズに適している必要があります。最高のワイヤレスデータ収集システムは、生産性を劇的に向上させ、エラーの可能性を排除し、完全なドキュメントを提供し、データ取得プロセスを自動化できます。システムには、単一の従業員が使用する場合でも、統合された品質管理システムを備えた会社全体で使用する場合でも、これらすべてのメリットを含める必要があります。

メーカーが正確でタイムリーで完全な測定および検査データを収集する必要がある理由はたくさんあります。 OEE、リーン、およびシックスシグマのイニシアチブでは、最高の品質管理手法をサポートするために信頼できるデータが必要です。製造業者、特に医療、生物医学、航空宇宙、防衛などの業界の製造業者は、規制要件を満たし、重要な部品の製造に関する追跡可能で信頼性の高いドキュメントを提供する必要があります。

データ収集システムの一般的な制限

人為的エラーと遅延の可能性： キー測定値を手動で追跡するように作業者に求めるシステムでは、細部に非常に正確な注意を払う必要があり、1回のシフトで数十回、場合によっては数百回も実行されます。これは、最初から行われている場合でも、一貫して実行するのは困難で非現実的です。 。教育は別の問題です。従業員は、データを完全に理解し、正確に収集して転記するために必要な背景を持っていない可能性があります。数字の入れ替わり、小数点の置き忘れ、および同様の問題が一般的に発生する可能性があります。さらに、従業員は測定値をキャプチャして記録するために生産作業を停止する必要があり、全体的な生産性が低下する可能性があります。

デジタルセキュリティの問題： 測定データの送信に使用されるセキュリティで保護されていないネットワークは、ハッカーが企業のデータへのより一般的なアクセスを取得するための侵入を提供する可能性があります。適切なデジタルセキュリティ対策を講じずに測定データを送信すると、重大なセキュリティリスクが発生する可能性があります。

スケーラビリティの欠如： ビジネスの成長と多様化により、1つの施設または複数の場所に分散する可能性のあるより多くの品質管理プロセスが必要になる可能性があります。せいぜい、データ収集システムがスケーラブルでない場合、個別のデータ収集プロセスを設定することは時間がかかり、面倒であり、混乱、不正確さ、および通信の遅延につながる可能性があります。さらに悪いことに、製品の拒否、失敗、および顧客との法的な影響が生じる可能性があります。

サンプリング戦略による不完全な分析： サンプリング戦略では、生成された各コンポーネントの100％測定によって提供される全体像を提供することはできません。この構造は、一部の従来のQCプロセスに共通しており、ドリフトする生産公差を予測および特定できなくなる可能性があります。さらに、この戦略は、100％の部品検査と追跡可能な文書を必要とする医療や軍隊などの業界にとっても選択肢ではありません。

拒否の可能性の増加： 拒否されたすべての部分は、失われたお金、時間、およびリソースを表します。 100％の測定によって提供される完全な洞察がなければ、製造業者は追加の費用を負担するだけでなく、顧客との関係を損なう可能性があるリスクがあります。拒否される可能性のある部品が顧客に届く場合、特に厳格な規格への準拠が必要な場合、その結果は、壊滅的ではないにしても、深刻な影響を与える可能性があります。

新しいシステムはデータ収集を改善、近代化、合理化

基本的な原則は、メーカーがインダストリー4.0の要件を満たすために大量の測定データを正確かつ一貫して取得できるようにすることです。今日のワイヤレス測定データ収集システムは、インダストリー4.0向けに完全で、スケーラブルで、安全で、堅牢である必要があります。つまり、自動化、操作の容易さ、合理化されたスケーラビリティ、堅牢なデータ暗号化と保護、無制限の距離と送信の妨げのない使用を通じて、基本的なメリットを提供します。その結果、生産性が向上し、エラーが減少し、完全なドキュメントが提供され、自動化によって推進される信頼性の高いデータ取得プロセスが実現します。

短波無線周波数を使用して携帯電話、コンピューター、およびワイヤレス電子デバイスを相互接続する最新のワイヤレスネットワークテクノロジーで動作することにより、はるかに高速、より広い帯域幅、およびより長い範囲でより高いデータスループットが可能になります。このようなシステムには、次のようなさまざまな重要なメリットがあります。

自動化： 従業員が測定値を記録するために繰り返し作業を停止しなければならない場合、生産性は確かに悪影響を受けます。また、手動のデータ収集プロセスでは、レコードデータベースにエラーが発生する可能性があり、精度が大幅に低下し、欠陥が永続化する可能性があります。最新の測定データ収集システムでは、ボタンを押すだけで測定データを送信できるため、時間を大幅に節約できます。たとえば、データを書き込んでからコンピュータに入力する場合に比べて、ボタンを押す方が少なくとも4倍高速です。

自動化は、品質管理測定データ収集プロセス全体で最大化され、プロセス効率とキャプチャされた測定の精度が向上します。自動タイムスタンプなどの機能は、トレーサビリティと品質管理/生産仕様への準拠に必要な、各データポイントに関する重要なコンテキストを提供します。受信を確認するメッセージを測定ツールに送り返すことも役立ちます。

速度： より高いビットレートと50ミリ秒未満のデータ移動時間の超高速接続を使用するシステムと超低遅延ネットワークにより、フルキャパシティーでも遅延なく大量のデータを処理できます。

操作のしやすさ： 測定データ収集プロセスの確立は、複数のレベルで抵抗に見舞われる可能性があります。会社の経営陣にとって、新しい方法を導入することが具体的な利益をもたらすかどうかは不確実である可能性があります。オペレーターにとって、新しいプロセスを学ぶとき、未知のことや恐れを感じるかもしれません。これらの懸念を和らげるために、使いやすさは最優先事項であり、オペレーターはすぐに自信を持てるようになり、データ収集プロセスは短期間で最適化されます。たとえば、操作のしやすさはモバイルアプリにまで及び、ラップトップなどのより大きなハードウェアを現場に持ち込む必要がなくなります。

汎用性： 新しいネットワークトポロジ構造は、多くの単純または複雑な状況に合わせて構成でき、分散リモートゲートウェイも利用できます。今日のシステムのモジュール構造により、新しいデータ収集システムを取得することなく、品質管理測定データ収集プロセスを簡単に拡張または縮小できます。データは、無線送信機が組み込まれているか、エンドノードが外部に取り付けられているゲージからゲートウェイに送信され、Android™またはiOS ^® の両方で操作できます。 モバイルプラットフォームとWindows ^® ラップトップ、デスクトップPC、シンクライアントPC、サーバーなどのベースのコンピューター。リピーターとブリッジのコンポーネントは、PLCやその他の高速シリアル自動化装置に直接接続して、リアルタイムのデータ収集やリモートマシン操作を行うこともできます。

無線測定の場合、無線が組み込まれた無線測定ツールを使用すると非常に生産性が高く、データ収集に使いやすくなります。また、測定データ収集システムが、さまざまな電子精密ツールやゲージブランドと互換性があることも有利です。バックパックラジオは機能を拡張し、邪魔にならず、簡単に取り付けることができます。最新の測定データ収集システムのユーザーは、ゲートウェイが1つしかない従来のシステムとは異なり、データ収集の中央ポイントまたは分散ポイントとして機能する複数のゲートウェイを利用できます。コンパクトなゲートウェイとリピーターは、手のひらに簡単に収まります。

さらに、データ収集のアプリケーションは非常に多様であり、システムはそれらすべてのアプリケーションをカバーするのに十分な汎用性を備えている必要があります。最新の測定データ収集システムは、自動車や農業から、防衛、航空宇宙、医療、エネルギーなどの高度に規制された業界のすべての部品やコンポーネントの100％測定に至るまで、ほぼすべてのユースケースに適応できます。

スケーラビリティ： 最新のデータ収集システムは、広範囲のアプリケーションと距離で正確な測定データを確実かつ正確に取得するように設計されています。短距離での1つまたは少数の測定ツールから、大規模な工場で数百ヤード離れた場所に多数の測定ツールがある構成、または複数の施設で1マイルに広がる構成まで、距離の拡大とアプリケーション要件の増加に測定データとして簡単に対応できます。コレクションの要件は進化し、成長します。

最も単純なアプリケーションでは、PortableSchemeはモバイルデバイス上で実行されるワイヤレスアプリを特徴としています。この簡単なセットアップでは、最大30フィート（10メートル）のデータをモバイルデバイスに送信する無線が組み込まれた1つのワイヤレス測定ツールを使用できます。または、モバイルデバイスによっては、ポータブルスキームに、最大30フィート（10メートル）のデータ送信用にモバイルアプリに接続する5〜8個の測定ツールが含まれる場合があります。また、ユーザーは1つ（または複数）のワイヤレス測定ツールから最大30フィート（10メートル）の測定データを、USBゲートウェイを備えたラップトップまたはPCに簡単に送信できます（図1）。

典型的なスキームでは、製造業者は、最大200フィートの距離にわたるデータ収集プロセスで20の測定ツールをサポートするために、測定データ収集システムを実行するコンピューターまたはラップトップを持つことができます。このセットアップには、1つのUSBゲートウェイが含まれており、測定ツールのバックパックエンドノードにより、伝送範囲が30フィートから200フィートに拡大されます（図2）。

大規模ファクトリスキームの例では、20の測定ツールがブリッジとリモートゲートウェイを使用して、データ送信範囲の合計を数百フィートまたはヤードに拡大できます（図3）。また、エンタープライズスキームでは、測定データの送信を数百ヤードから1マイル以上に増やすことができます。リモートゲートウェイ、ブリッジを使用し、場合によってはリピーターを追加することで、100を超える測定ツールを組み込むことができます。各リモートゲートウェイは、20の測定ツールを容易にすることができます。さらに長距離の場合は、八木長距離アンテナをスキームに組み込むことができます（図4）。

堅牢なデータ暗号化と保護： データセキュリティは、軍隊を含むすべてのメーカーにとって最優先事項です。品質管理測定データ自体はハッカーにとって特に価値がないかもしれませんが、サイバー犯罪者は、品質管理データの送信に使用されるネットワークをスプーフィングして、デジタルインフラストラクチャへのより一般的なアクセスを取得することができます。測定データ収集システムは、安全性の高いワイヤレスプラットフォームを特徴とするセキュリティ対策など、さまざまな対策を通じてこの問題に対処します。転送されるデータは、パッシブかアクティブかに関係なく、データへの外部アクセスを完全に防止する多層アプローチを使用して暗号化されます。

さらに、モバイルアプリはスマートフォンやタブレットのOSに接続しないため、重要なポイントでの意図しないアクセスが制限されます。優れたセキュリティを維持することには、無線送信の新たな脆弱性に頻繁に対処して、システムを今後も安全に保つことも含まれます。これにより、測定データ収集システムのサプライヤはペースを維持することに専念する必要があります。

距離に制限がなく、送信に支障がない場合： リモートゲートウェイ、ブリッジ、およびリピーターを活用することで、効率的で信頼性の高いデータ伝送フレームワークが提供されます。システム構造には、モバイルアプリを実行するモバイルデバイスと一緒にバックパックや組み込み無線機などのコンポーネントを含めることも、ブリッジ、ゲートウェイ、リピーターを利用して、大規模な工場構成で送信範囲を大幅に拡大することもできます。

最新の測定データ収集システムのソフトウェアアプリケーションは、ワイヤレスネットワークを使用して、複数の測定ツールから情報を収集します。ワイヤレスネットワークは、測定ツールの組み込みワイヤレステクノロジーまたはエンドノードに依存して、データを収集してPCに中継します。データ収集システムは、ネットワークコンポーネントに信号を送信して、送信を確認し、データを要求することもできます。システムのハードウェアコンポーネントは、USBゲートウェイ、リモートゲートウェイ、ブリッジエクステンダー、およびエンドノードです。エンドノードは、測定ツールに接続される無線送信機/受信機です。 USBゲートウェイは、PCに接続された無線送信機/受信機です。リモートゲートウェイはUSBゲートウェイと同じですが、ブリッジエクステンダーを使用してリモートゲートウェイとPC間の信号をブーストすることにより、PCからの通信範囲を拡張します。リモートゲートウェイの範囲はUSBゲートウェイと同じですが、PCから非常に離れた場所に設置できます。

導入されたシステムアーキテクチャに関係なく、結果として、データ収集が必要なすべての運用ポイントから品質管理測定データを収集するための、信頼性が高く、正確で、高速なソリューションが得られます。

実用性： 充電式のエンドノードとワイヤレス測定ツールを使用すると効率的であり、バッテリーの交換とそれに関連するコストが不要になります。また、過酷な店舗環境で使用するためのIP67レベルの保護を提供するエンドノードとワイヤレス測定ツールの使用を検討してください。ほとんどの既存のSPC、MRP、およびERPプログラムに適応できることは、測定データ収集システムのもう1つの利点です。

考慮すべきその他の詳細と機能

• ゲートウェイまたはモバイルデバイスからの動作距離は、ワイヤレス測定ツールの場合、最大30フィート（10メートル）です。

• ゲートウェイからの動作距離は、バックパックエンドノードで最大200フィート（61メートル）です。

• 1つのゲートウェイシステムは、主にキャリパー、マイクロメーター、インジケーターなど、最大20の測定ツールを処理します。

• リモートゲートウェイを追加すると、サポートされる測定ツールの数がそれぞれ20ずつ拡大し、リピーターは伝送範囲をマイルに拡大できます。

• エンドノード無線は、メインシステムがダウンしているかビジー状態の場合、最大10個の読み取り値を保存できます。

• 放送範囲は、リモートゲートウェイとブリッジの間で最大2,000フィート（610メートル）です。

• 測定データ収集システムで提供される仮想マルチプレクサは、多くの入力（ツールデータ）を受け取り、仮想COMポートである単一の出力リソースを介してそれらを共有します。仮想マルチプレクサはツールデータを取得し、それらをCOMポートに送信して、SPCソフトウェアおよびその他のSWパッケージを処理します。

• リモートクライアントソフトウェアを介したLAN経由のデータ収集サーバーへのリモートアクセス。

• さまざまな展開に対応するオプションのアンテナタイプ。

サプライヤーの知識、サービス、およびサポートは、測定ワイヤレスデータ収集システムを選択する際の鍵となります。品質管理の専門知識と組み合わされた深いレベルの経験は、成功する実装を確立するのに大いに役立ちます。

この記事は、L.S。の先端技術部門のディレクター、研究開発およびゼネラルマネージャーであるジェフウィルキンソンによって書かれました。 Starrett Company（マサチューセッツ州、アソル）。詳細については、こちらをご覧ください 。