現場のデータ分析パズルを解く

新しい製造現場のデータ収集および分析ツールは、IoT 時代の工場運営のデジタル化の負担を軽減します

よりコネクテッドな製造業への動きが勢いを増し、製造業者が工場フロアのデータを収集し始めるにつれて、高速で効率的なデータ分析の必要性がこれまで以上に重要になっています。データ収集および分析ツールは、デジタル マニュファクチャリング/Industry 4.0 時代に最も重要です。製造業者は、次のような主要業績評価指標 (KPI) を活用して、工場フロア データをより効果的に収集、管理、分析するための新しいソリューションの準備を進めています。総合設備効率 (OEE)、機械の稼働時間、機械/スピンドルの使用率、およびその他の指標。

多くの製造データ収集および機械監視オプションが利用可能であり、そのほとんどが製造現場監視パッケージまたは製造実行ソフトウェア (MES) システムで少なくともいくつかの基本的な製造メトリック分析を提供しています。場合によっては、自動化企業が定評のある IT プロバイダーと提携していることがあります。たとえば、自動化サプライヤーの ABB Inc. (ノースカロライナ州ケアリー、チューリッヒ) と Hewlett Packard Enterprise Co. (HPE; カリフォルニア州パロアルト) が最近発表したパートナーシップなどです。 ABB の産業オートメーションと運用技術 (OT) の専門知識を、HPE のハイブリッド IT の経験とソフトウェア ポートフォリオと組み合わせます。

OT と IT の連携

2017 年 11 月に発表された ABB と HPE のパートナーシップでは、ABB の Ability デジタル製品が HPE のハイブリッド IT ソリューションと組み合わされます。能力ソリューションは、HPE ProLiant for Microsoft Azure Stack などのハイブリッド プラットフォーム上で実行され、パフォーマンス、セキュリティ、またはクロスサイトの要件を満たす必要に応じて、産業プラントやデータセンター、または Microsoft パブリック クラウド内の顧客の好みの場所に展開されます。コラボレーション。

このパートナーシップは、「エッジ コンピューティング」を使用して、コンピューティング リソースを必要な場所に近づけます。 ABB と HP は、インフラストラクチャを制御および監視する Ability データセンター オートメーションを、HPE の IT インフラストラクチャ自動化ソフトウェアである OneView と統合します。 「率直に言って、これは私たちだけではできません。このハイブリッドのパートナーが必要であり、OT/IT が必要です」と、ダブリンを拠点とする ABB のグループ バイス プレジデント兼グローバル データセンター ソリューションの責任者である Ciaran Flanagan 氏は述べています。 IT と OT を組み合わせることで、現在は大部分がサイロ化されており、「大きなチャンスがあり、急速に成熟していると考えています」と彼は付け加えました。

ABB と HPE のパートナーシップは、遠隔地の産業環境向けの安全なエッジ データセンターをユーザーに提供するだけでなく、ABB の産業用配電システムと HPE のソフトウェア デファインド インフラストラクチャおよびサービスを備えたリタール ラック インフラストラクチャも使用します。 「プロトコル層は、IT と OT では大きく異なります」と、HPE のグローバル製造業担当バイス プレジデントである Volkhard Bregulla 氏は述べています。 「IT 側はかなり進んでいます。」 ABB-HPE ソリューションは、2018 年前半に利用可能になります。

ショップ データの収集と分析

製造現場では、データを監視および収集するための多くのオプションが存在し、ほとんどの場合、少なくとも基本的な機械分析と高度な製造現場分析が提供されます。

マシンを監視する場合、ショップ マネージャーはまず、特定のマシンがいつ稼働しているか、またはダウンしているかオフラインになっているかを知る必要があります。 Memex Inc. (オンタリオ州バーリントン) の社長兼 CEO である David McPhail 氏によると、マシンがいつプログラム制御下にあるかを知ることが重要です。 「接続方法に関しては、私たちはそれにとらわれません」と彼は言いました。

Memex の MERLIN (Manufacturing Execution Real-Time Lean Information Network) Tempus プラットフォームを使用すると、プロセスおよびディスクリート メーカーは自社のマシンをオンプレミスまたはクラウド環境で接続できます。 MERLIN Tempus は、ダッシュボードを備えた MES ソフトウェアであり、FANUC FOCAS、MTConnect、OPC、およびインターネット経由で工作機械をリンクするためのその他のプロトコルを使用して接続できます。

従来の非インテリジェント機器用に、Memex は MTConnect インターフェイスを開発しました。 「マシンからの 16 のデジタル入力信号があります」と McPhail 氏は言います。 3 つのデータ ストリームがあります。人的資本から、人間が制御でき、機械が私たちに伝えることができないもの。また、ERP などの外部ソリューションからも利用できます。」

ユーザーは、製造オペレーション管理 (MOM) ポートフォリオである Tempus MES を製造現場で実行して、機械の状態を確認できると McPhail 氏は述べています。 「通常、従業員はタブレットでソフトウェアを実行し、製造現場を歩き回っています。オペレータが部品に問題を抱えているとしましょう。 「内部顧客をサポートしてください」というメッセージが表示されます。これにより、オペレーターは反応モードからアクティブ モードに変わります。

「カスタム プログラミングはありません」と McPhail 氏は続け、システムには分析ツールが含まれています。 「データ収集の部分は基本です。私たちが選択したビジネス ケースは OEE ですが、TPM (Total Predictive Maintenance) やその他の多くを挿入することもできます。基本的に、業績不振の経済的影響を計算します。」

Memex は、年内にリリースする FOEE (Financial OEE) モジュールを開発しています。このモジュールは、最適な設定よりも低い設定で機器を運用する店舗のコストを計算します。このモジュールはショップ マネージャーに、「現在、あなたは最高のパフォーマンスを下回っており、これだけのデルタがあり、[そのレベルで] 実行する 1 時間ごとにそれだけのコストがかかる」ことを示します。

モニタリングは必須ですが、分析麻痺は避けてください

データの監視/分析を設定するショップにとっての大きな問題は、どれだけのデータを収集する必要があるかということです。業界では「ビッグデータ」分析の必要性が強調されていますが、平均的なショップにとっては、少ないほうが多い場合があります。

「私たちはお客様と協力して方程式を理解しています。方法は既知のエンティティです。その理由、それを支えるビジネス ケース」は、Memex が取り組んでいるものです、と McPhail 氏は言います。

一部の企業は、CAE データなどのシミュレーション環境を含む大規模なビッグ データの問題に取り組んでいますが、ほとんどのショップではそうではありません。 「ビッグデータ、私たちはそれをデジタルエキゾーストと呼んでいます」とマクフェイル氏は付け加えました。 「Mazak マシンを使用する場合、すべてのタグに加入すると、その [データ量] に圧倒されます。本当にすべてのデータポイントを知る必要がありますか?」

別の開発者である Predator Software (オレゴン州ポートランド) は、Predator Software の自動化および OEM リレーション担当ディレクターである Mike Rogers 氏によると、2 人のショップから大規模な製造組織に至るまで、あらゆる現場監視アプリケーションの Predator スイートを目指しています。 「Predator MDC [マシン データ コレクション] は、監視用のコア製品であり、Mori、OPC、OPC/UA などの 20 を超えるさまざまなプロトコルを使用して、製造現場のあらゆるものを監視できます」と Rogers 氏は述べています。

今日のショップでは、データの収集と分析がより受け入れられています。 「それは最もホットな話題になるだろう」とロジャーズは言った. 「誰もがそれを望んでいて、誰もが持っているわけではありません。 … 大企業はビッグデータを望んでいます。小さな男は走る前に歩くことを学ぶ[必要がある].そうしないと圧倒されてしまうでしょう。」

鍵となるのは、「マシンがサイクルするか?座っていますか？実行中ですか？ …それは圧倒的なプロセスになる可能性があります」とロジャーズは言いました. 「私が遭遇する問題の 1 つは、組織内でそれを貫くチャンピオンを見つけることです。」

ロジャーズ氏によると、Predator の MDC ソリューションは直感的なインターフェイスを備えているため、ユーザーは簡単に使い始めることができます。 「MDC には [組み込みの] グラフ作成およびレポート作成エンジンがあります。順列を実行すると、20,000 ～ 30,000 件のレポートが得られます。」 MDC は Predator の 8 つのコア製品の 1 つで、製造現場のデータ収集と監視、制御、および通信を目的としています。製品はすべて 1 つのデータベースで動作し、顧客が MDC を購入すると、DNC 通信モジュールも入手できます。ロジャーズ氏によると、Predator のソフトウェアは、多くの小規模ショップで使用されている Microsoft の Access データベースをサポートしており、Microsoft SQL Express、SQL Server、および Oracle データベースもサポートしています。 Predator ソフトウェアは、オンプレミスでもクラウドでも動作します。

OEE に従う

規模の大小を問わず、店舗は OEE 指標に細心の注意を払う必要があります。これにより、機械のオペレーターと管理者は効率を最適化できます。プロセスを視覚化して、ショップの担当者が状況の変化をすばやく確認、理解し、対応できるようにすることが重要です。

5ME LLC (シンシナティ) のエグゼクティブ バイス プレジデント兼ゼネラル マネージャーであるジェフ プライス (Jeff Price) は次のように述べています。 5ME の Freedom スイートを使用すると、ユーザーはソフトウェアと利用可能なハードウェアを入手して、さまざまなマシンをリンクおよび制御できます。

「私たちのチームは OT タイプのデバイスに長い歴史があり、プラント内のほぼすべてのアセット (多くの場合、CNC コントローラー) へのインターフェースまたはアダプターを持っています」と Price 氏は付け加えました。 「レガシー コントローラがある場合、ネットワークに接続するためのハードウェア アプライアンスもあります」。 Freedom eLog ソフトウェアに加えて、5ME は薄型テレビに表示されるカスタマイズ可能なスマートボードを使用してデータの視覚化を提供します、と Price 氏は述べています。

「スマートボード テクノロジを使用すると、スマートボードに保存できるダッシュレットまたはウィザード (円グラフと棒グラフを含むデータのコレクション) を使用できます」と彼は言いました。スマートボードは Raspberry Pi 組み込みシステムを使用して、データが最も必要とされる場所の処理速度を向上させます。 「我々はスマートボードで Raspberry Pi を使用して、製造現場に視覚化を推進しています」と Price 氏は言います。 「何年もの間、自動車工場では Andon ボードを使用していましたが、それらはかなり硬直しています。」

クラウドまたはオンプレミスに配置された Freedom サーバーは、データ処理が行われる場所です。プライス氏によると、提供される接続性により、顧客は、業界がすでに達成した利益 (リーン生産方式やシックス シグマなど) を活用できるという。 「私たちはそのプロセス全体を短縮します」と彼は付け加えました。 「当社のお客様のほとんどは、可用性、パフォーマンス、および品質で構成される OEE により、少なくとも 20% の生産性向上を実感できます。可用性は [最適なレベルで] 稼働しているかどうか、パフォーマンスは本来あるべきレベルで生産しているかどうか、品質は純粋に歩留まりタイプの状況です。」

OEE 指標だけでも、ショップはパフォーマンスを大幅に向上させることができる、と彼は言いました。 「可用性は大きなメリットです。最初の改善は 30 日で 10 ～ 20% です。」 Freedom スイートは、Web 経由のソフトウェア インストールです。 「コントローラーの処理能力を活用することで、IT フットプリントが軽くなります。 4 週間で 100 台のマシンを作成できます。」

プライス氏は、店舗は最も重要なものまでデータを選別する必要があると付け加えました。 「それは分析ツールに依存します。私たちはそれをドリップと呼んでいます—データが豊富で、情報が乏しいです」と彼は言いました。 「システムが適切な指標を提示すれば、多くの改善が得られます。」

データの最初の一歩を踏み出す

すべての工場、特に OT/IT 予算があまりない小規模な工場が、工場データ監視の価値を簡単に納得できるわけではありません。 「人々は自分のベースラインを理解しようとしています」とプライスは言いました。 「あなたの機器はどのくらいの頻度で稼働していますか？まだギャップがあります。私たちの役割は、そのギャップを埋めることです。彼らはそれを理解していません。」 Textron、Bell Helicopter、Caterpillar、Schlumberger、Cummins などの 5ME の顧客はビッグデータに関心を持っていますが、そのすべてがその使用例を持っているわけではありません、と Price 氏は言いますが、予知保全でそのような使用法を 1 つ見ています.

Cimco Americas Inc. (イリノイ州ストリームウッド) の CEO である Jody Romanowski は、次のように述べています。 「正確なリアルタイム データは、機器、プロセス、人員のいずれであっても、改善できる領域を特定するのに役立ちます。そのデータは、大幅な改善を達成するために必要です。」 Cimco のショップフロア製品である MDC-Max は、構造化され自動化された生産モニタリングを提供するデータ収集ソリューションです。スケーラブルな MDC-Max は、小規模なショップと大規模な製造業者の両方に利益をもたらすことができると Romanowski 氏は述べています。

「顧客がリアルタイムのデータ分析を検討するとき、データポイントの全範囲に少し圧倒されることがよくあります。私たちのアプローチは、最初はプロジェクトをシンプルに保ち、3 ～ 5 つのデータ ポイントを分析して早期の成功を確保することです」と彼女は言いました。 「その後、製造業者はさらなるデータポイントの分析を徐々に開始できます。 OEE のコンテキストでは、すべてのメーカーが品質パラメーターの完全で一貫した分析に苦労しています。

「マシン データを収集するためのビッグ データ アプローチはお勧めしません」と Romanowski 氏は続けます。 「シンプルに保ち、最初は簡単に達成できる成果を上げてから、経験に基づいて構築し、課題を克服することをお勧めします。世界中で製造現場を運営している企業が、ビジネス ユニット間を含め、グローバルに一貫した概要を取得しようとすると、必ずしもビッグ データの観点からではありませんが、プロジェクトの複雑さが劇的に増加します。代わりに、複雑さは通常、レガシー マシン/システムおよび異なる手順や文化を処理することで増大します。これにより、プロジェクトの次の段階での ERP 統合などの戦術的な目標に焦点を当てながら、最初のフェーズを可能な限り運用可能かつシンプルに保つことにさらに重点が置かれます。」

データを収集しても十分に分析していない店舗では、新しい分析ツールが有利になる可能性があります。 「多くの場合、彼らの現在のソフトウェアは制限が多すぎたり、硬直したり、複雑すぎたりします」と Romanowski 氏は言います。 「MDC-Max は、お客様の将来のニーズを拡張して満たすのに十分な柔軟性を備えています。データはどのデバイスからでも簡単にアクセスできる必要があり、レポートやリアルタイムのダッシュボードなど、意味のある方法で集約する必要があります。」

中国の天津市外にある Cimco の顧客で、Romanowski 氏は、製造業者には生産性のボトルネックである重要なマシンがあり、他のマシンに影響を与えていると述べました。 「限られた数のデータ ポイントで単純な MDC-Max システムを稼働させると、製造業者はその特定のマシンで 30% 高い使用率を経験しました」と彼女は指摘しました。他のすべてのマシンでも生産性が向上します。この場合、投資の推定回収期間は 4 か月未満でした。」