産業オートメーション探究：種類、メリット、インダストリー4.0での役割

産業オートメーションは長年私たちと共にあります。しかし、含まれる全タイプをご存知ですか？インダストリー4.0にどう適合するかご存知ですか？本記事では産業オートメーションについての最も一般的な疑問にお答えします。

産業オートメーションとは？

産業オートメーションは、オペレーターとの相互作用の有無にかかわらず、反復タスクを自動的に実行できる全ての技術と方法論を含む非常に広い用語です。

産業オートメーションの世界は非常に広く、産業に適用可能な技術も多岐にわたります。ロボット、PLC、空圧システム等による反復タスク実行を含むだけでなく、産業の多くの他プロセスに適用し、より大きな付加価値を提供する他の技術もあります。

産業オートメーションとインダストリー4.0の関係

今日、産業オートメーションをインダストリー4.0抜きで理解することはできません。産業オートメーションは生産プロセスの自然な進化として出現しました。蒸気機関、電気、最初のロボットとオートマタの出現で既に起きました。インダストリー4.0が提供するのは、これら全ての伝統的システムを相互接続し、生産プロセス全体の共同管理と診断を行う能力です。また、このデータを分析し、競争力、品質、メンテナンスを改善できます。

これら全てにより、I4.0の利点は非常に明確です：

• 市場での製品進化への迅速な改善と適応。
• デジタルシステムによりプロセスを大きな困難なく変更可能で、最終製品の更なるカスタマイズ。
• 同一ライン内でのより機敏な参照変更、重複不要で異なるピース・製品を同一ポジションで製造可能。
• 製造パラメータへのより多くの制御、従って品質向上。

産業オートメーションの種類

ATRIAでは多数の産業オートメーションプロジェクトに取り組み、タスク自動化を可能にする技術を使用してきました。これらの技術には：コンピュータビジョン、協働ロボティクス、産業用ロボティクス、AGV/AMR、拡張現実があります。

これら技術の詳細を紹介します：

• コンピュータビジョン： 異なるタイプの画像を通じて環境の視覚情報を取得可能。例えば、ピース計測、欠陥検出、位置決め等の応用開発が可能。

• 協働ロボティクス： 人とロボットが共存しなければならないワークステーションやエリアにロボットアームを追加可能。このタイプのロボットは環境変化に反応する様々なタイプのセンサーを含みます。

• 産業用ロボティクス： 協働ロボットでは扱えない重量物等で、反復タスク自動化に使用される従来型。例えば、一位置から別位置へのピース移動。

• AGV、AMR、AIV： 無人搬送車（AGV）、自律移動ロボット（AMR）、知能自律車両（AIV）は一般的に生産工場内の資材輸送に使用。この他、以下の実施プロジェクトで見られる通り、異なるワークステーションでの機能テスト等、他用途も可能。フィルガイド型、マッピング型等、AGVにも種類あり。詳細はこちら。

• 拡張現実： メンテナンス、タスクガイダンス、職場エルゴノミクス改善等に使用。ATRIAでは産業用プロジェクター、スマートグラス、タブレット等の携帯デバイスで作業。詳細は拡張現実記事と産業メンテナンスへのAR適用記事をご覧ください。

より複雑な問題を解決できるこれら技術の組み合わせ例：

• ロボティクス＋ビジョン＋AI： 組立、配置、ピース輸送用ロボットシステムや、ピース位置特定やカオス状態でのピッキングタスク実行用ビジョンシステムについて多くの方がご存知でしょう。しかし、これら技術には更なる可能性があります。
  ATRIAでは、従来型コンピュータビジョンシステムでは解決できない最複雑ケースに人工知能を活用します。AI使用により、空間内位置特定やピース良否判定だけでなく、新状況、障害、エラーへの適応が可能になります。
  コンベアで製品が流れ、ロボットがピックアップして箱詰めするケースを想像してください。従来型ビジョンシステムでは、1つ以上の「良品」パターンを決定し、それに合えば梱包有効、否则は廃棄となります。
  AI導入により、新たな「不良」ケースの出現を評価し、評価用特定ポイントに分離し、変化と変動に対応したより複雑で汎用性の高い応用を実装できます。例はこちら。

• ロボティクス＋ビジョン＋AGV/AMR： もう一つの興味深い組み合わせは、協働ロボットと移動プラットフォーム（AGV、AMR、AIV）の統合です。この統合によりプロセス柔軟性が得られ、ロボットが各ワークステーション間を独立移動でき、各ステーションごとにロボット投資が不要になります。これにより、他タスク実行時の待機時間も最適化されます。さらに、コンピュータビジョンシステムを含め、自律プラットフォームの配置公差・偏差を吸収し、作業対象ピースを正しく参照可能。MIRとURとAIビジョンシステムを組み合わせたプロジェクトもご覧ください。

産業オートメーションのメリット

産業オートメーションは企業の生産プロセスに大きなメリットをもたらせます。最も興味深いものをいくつか紹介します：

• 生産性向上： 産業オートメーションにより生産プロセスの更なる継続性が可能。毎日の実働時間と年間実働時間を最大化し、年間365日24時間生産可能。これにより更なる生産性と競争力が得られます。
• 品質向上： パラメータのリアルタイム制御・可視化、コンピュータビジョンカメラによるピース可視化、他のインテリジェント制御プロセスにより、生産ライン全体でより高い品質が実現。
• 柔軟性： 産業オートメーションプロセスにより、生産ライン能力を向上させ、新製品や変更の処理が可能になり柔軟性が改善。
• 運営コストの競争力強化： 産業オートメーションは、前述の全メリット（廃棄削減、品質向上、生産性向上）により運営コストを削減。
• 情報収集： オートメーションのもう一つの興味深い側面は、ステーションとマシンを構成する要素から大量情報を収集できる可能性。これにより、特定パラメータがプロセスに影響することがわかれば予防保全を改善可能。不良品削減とライン効率向上も可能。
• 安全性： オートメーションにより、危険や妥協を伴うタスク、身体的消耗や怪我を引き起こすタスクから人を解放し、より安全な生産プロセスを実現。

産業オートメーションの応用

産業オートメーションには多くの応用があります。今日はそのうちいくつかを紹介します。一部は汎用的で異なるセクターと生産プラントに適用可能、他は特定業界向けです：

• ピースピッキング： 一位置から別位置へのピース移動は自動化される可能性が最も高いタスクの一つ。各応用は異なり、異なる設定や要素が必要。複雑形状のカオスピースピッキングは現在可能。これには3Dビジョン技術とロボットクローの適切な設計が必要。Yumi ABBを使用したプロジェクトをご覧ください。
• 品質管理： ピース品質管理は多くの場合手動で実施され、非常に単調なタスク。異なるコンピュータビジョン技術で自動化可能、プラスチック・金属ピースの欠陥検出、様々な構成等。このタイプのタスク自動化により、生産の100%検査がより効率的かつ高速に可能。私たちが作った例はこちら。
• 製薬業界： 薬剤・錠剤の充填プロセス、箱詰め、包装等は、自律ワークセルでほぼ自動化済み。
• 農業： オートメーションは農業セクターに既に存在し、遠くない将来さらに進展予定。自律トラクターと収穫機モデル、散布とプランテーション検査を担当するドローンが既に存在。これによりタスク並列化が可能で、ますます要求厳しいセクターで競争力強化。私たちのお気に入りプロジェクトの一つをご覧ください。

• IT応用： IT世界関連タスクの自動化は非常に重要。大量データ収集と適切な処理を大規模チーム不要で可能に。供給関連全情報（在庫自動チェック、特定数量到達時の自動発注等）にも関連。
• 鉱業： このセクターは、オペレーションでのオートメーションメリットにより大変革中。特に自律車両使用により、採掘と解体両方で労働者が曝露するリスク大幅削減。これにより人々はより安全にタスク遂行可能。

産業オートメーションを企業に導入するには？

説明した内容は非常に興味深いかもしれませんが、企業でどう実行するか疑問が生じるかもしれません。
最初から多くの評価必須要因を考慮する必要があります：

• アプリケーションの最終目標
• 難易度
• 提供可能な経済的リターン
• 時間コスト
• アプリケーション立ち上げに必要なリソース
• その他、各応用固有の更なる具体的要因

また、「インダストリー4.0イネーブラー」と呼ばれる企業（ATRIA等）が存在し、これら全タスクを信頼性高く機敏に実行します。

産業オートメーションシステム導入のステップ

まず、アプリケーション目的、利用可能な時間、オートメーション実行に利用可能な投資を定義する必要があります。
この時点で、オートメーション実行方式を検討必須。多くの場合、技術検証と習熟を可能にする小規模プロジェクトから始めるのが有益。これにより投資リスクを大幅に低減し、実現可能性を確保。他の場合、最終ロケーションでの産業実装に直接進む必要あり。
以下、産業オートメーションプロジェクト実行の一般的ステップ：

• 計画。 実装する自動化システムを設計するため、生産プロセスの深い知識が必要。サプライヤー選定、実装タイムライン、利用可能リソースも含む。
• 組立管理。 制御停止、メンテナンス、週末を考慮し、設置・テストフェーズでの影響最小化。
• 要素統合。 新自動化システムは既存システムと連携、通信、接続必要。通信システムを適応させ正常動作確保。
• 実行とプログラミング。 新自動化システムを新ロケーションに設置。多くの場合プログラミングは事前インストール済みで、この段階で時間節約。要素相互接続、移動要素設置、その他必要な補助作業実施。
• 検証。 システム設置後、プロセスが正しく最適に動作するか検証と再調整実施。
• メンテナンス計画。 メンテナンスは適正動作の鍵。適切に文書化されたメンテナンス計画を準備。
• トレーニング。 自動化プロセス管理で非常に重要なポイント。ステーションの良好な運用はそれらの良好な使用と密接に関連。
• トラブルシューティング。 自動化システムには、可能な限りワイヤレスセンサーと検出器を装備し、メンテナンスと故障検知を容易化。

ATRIAでは、クライアントニーズとプロセスに適応した様々なオートメーションプロジェクトを実施してきました。詳細はこちら。

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関連プロジェクト：

• ブレード付きシャフト組立の自動化
• ビジョンと二腕協働ロボットによるピッキング
• URとビジョンによるテープからのピック＆プレース（射出後）