ショップフロアデータ分析をマスター：IoT対応工場のためのツール

新しいショップフロアデータ収集・分析ツールが、IoT時代の工場オペレーションデジタル化の負担を軽減

より連携した製造業への動きが勢いを増し、メーカーが工場フロアデータの収集を始める中、高速で効率的なデータ分析の必要性がますます重要になっています。データ収集と分析ツールは、デジタル製造/インダストリー4.0時代において極めて重要であり、メーカーは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で武装し、設備総合効率（OEE）、機械稼働率、機械/スピンドル利用率などの主要業績指標（KPI）を活用しています。

多くの製造データ収集と機械監視オプションがあり、ほとんどがショップフロア監視パッケージや製造実行システム（MES）で少なくとも基本的な製造指標分析を提供しています。場合によっては、オートメーション企業が既存のITプロバイダーと提携しており、例えばオートメーションサプライヤーのABB Inc.（ノースカロライナ州ケーリー、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）が最近発表した提携は、ABBの産業オートメーションと運用技術（OT）の専門知識と、HPEのハイブリッドIT経験とソフトウェアポートフォリオを組み合わせるものです。

OTとITの連携

2017年11月に発表されたABB/HPEパートナーシップでは、ABBのAbilityデジタル提供とHPEのハイブリッドITソリューションが組み合わされます。Ability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稼働し、パフォーマンス、セキュリティ、クロスサイトコラボレーションの要件に応じて、産業プラントとデータセンターのお客様の希望する場所、またはMicrosoftパブリッククラウドに導入されます。

このパートナーシップでは、「エッジコンピューティング」を用いて、コンピューティングリソースを必要とされる場所に近づけます。ABBとHPEは、インフラを制御・監視するAbilityデータセンターオートメーションと、HPEのITインフラオートメーションソフトウェアOneViewを統合します。「率直に言えば、私たちだけではこれはできません。このハイブリッドにはパートナーが必要で、OT/ITの融合が必要です」と、ダブリン拠点のABBグローバルデータセンターソリューション担当グループバイスプレジデント兼責任者、Ciaran Flanagan氏は述べています。今日大きくサイロ化されているITとOTを組み合わせることで、「巨大な機会があり、急速に成熟しつつある」と同氏は付け加えます。

リモート産業環境向けのセキュアなエッジデータセンターを提供するABB/HPEパートナーシップでは、RittalラックインフラにABBの産業用電力分配システムとHPEのソフトウェア定義インフラとサービスを使用します。「プロトコルレイヤーはOTとITで大きく異なります」と、HPEグローバル製造業担当バイスプレジデントのVolkhard Bregulla氏は指摘します。「IT側はかなり先を行っています。」ABB-HPEソリューションは2018年上半期に提供予定です。

ショップデータの収集と分析

ショップフロアでは、監視とデータ収集の多くのオプションがあり、ほとんどが少なくとも基本的な機械分析を提供し、一部は高度なショップフロア分析を提供しています。

機械を監視する際、ショップマネージャーはまず、特定の機械が稼働中か、ダウンしているか、オフラインかを知る必要があります。機械がプログラム制御下にあるかどうかを知ることは極めて重要だと、Memex Inc.（オンタリオ州バーリントン）の社長兼CEO、David McPhail氏は述べています。「接続方法に関してはアグノスティックです。」

MemexのMERLIN（Manufacturing Execution Real-Time Lean Information Network）Tempusプラットフォームでは、プロセス製造と離散製造の両方で、オンプレミスまたはクラウド環境で機械を接続できます。MERLIN Tempusは、ダッシュボードを備えたMESソフトウェアで、FANUC FOCAS、MTConnect、OPC、その他のプロトコルを使用して工作機械をインターネット経由で接続します。

レガシーの非インテリジェント設備向けに、MemexはMTConnectインターフェースを開発しました。「機械から16のデジタル入力信号があります」とMcPhail氏は説明します。「3つのデータストリームがあります：設備からのもの、人的資本からのもの（人間が制御するもので、機械では伝えられないもの）、ERPのような外部ソリューションからのものです。」

ユーザーはTempus MESをショップフロアで実行できます。これはManufacturing Operations Management（MOM）ポートフォリオで、機械ステータスをチェックするためのものだとMcPhail氏は言います。「通常、私たちの担当者がタブレットでソフトウェアを実行し、ショップフロアを歩き回ります。オペレーターが部品で困っているとしましょう。『社内のお客様をサポート』というメッセージが届きます。これによりオペレーターが受動的から能動的なモードに切り替わります。」

「カスタムプログラミングは不要です」とMcPhail氏は続け、システムに分析ツールが含まれていると述べています。「データ収集部分が基盤です。私たちが選んだビジネスケースはOEEですが、TPM（全面的予知保全）など他の指標も挿入可能です。本質的には、パフォーマンス不良の財務的インパクトを計算します。」

Memexは、今年後半にリリース予定のFOEE（Financial OEE）モジュールを開発中で、これによりショップは最適でない設定で設備を稼働させるコストを計算できます。このモジュールは、ショップマネージャーに「現在、トップパフォーマンスよりこのくらい低く稼働しており、このレベルで稼働し続ける毎時間がこれだけのコストになる」と示します。

監視は必須、だが分析麻痺は回避

データ監視/分析を設定するショップにとっての大きな疑問は、どれだけのデータを収集すべきかです。業界は「ビッグデータ」分析の必要性を煽りますが、平均的なショップにとっては、少ない方が良い場合があります。

「お客様と協力して方程式を理解します。『どうすれば』は既知の実体です。『なぜ』、それを支えるビジネスケースが、Memexが取り組むものです」とMcPhail氏は述べています。

一部の企業は、CAEデータのようなシミュレーション環境を含む大規模なビッグデータ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『デジタル排気ガス』と呼んでいます」とMcPhail氏は付け加えます。「Mazakマシンで、すべてのタグを購読すると、データ量で圧倒されます。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？」

別の開発元、Predator Software（オレゴン州ポートランド）は、2人規模のショップから大規模製造組織まで、Predatorスイートのショップフロア監視アプリケーションを提供しています。Predator SoftwareのオートメーションおよびOEM関係担当ディレクター、Mike Rogers氏によると、「Predator MDC（機械データ収集）が監視のコア製品で、Mori、OPC、OPC/UAなど20以上のプロトコルで、ショップフロアのあらゆるものを監視できます。」

データ収集と分析は、今日ではショップにより受け入れられています。「これが最もホットなトピックになるでしょう」とRogers氏は言います。「みんな欲しがっているが、すべての人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みます。小規模なショップは走る前に歩くことを学ぶ必要があります。そうでなければ圧倒されます。」

重要なのは、お客様をシンプルなことに集中させることだと同氏は指摘します。例えば、「機械はサイクルするか？ 止まっているか？ 動いているか？ … 圧倒されるプロセスになり得ます」とRogers氏。遭遇する問題の一つは、「組織内でこれを推進し続けるチャンピオンを見つけること」だと述べています。

PredatorのMDCソリューションは直感的なインターフェースを備え、ユーザーが簡単に始められるとRogers氏は言います。「MDCには組み込みのチャート作成とレポートエンジンがあります。順列を実行すると、2万〜3万のレポートがどこかにあります。」MDCは、ショップフロアデータ収集、監視、制御、通信を対象としたPredatorの8つのコア製品の一つです。すべての製品は1つのデータベースで動作し、MDCを購入するとDNC通信モジュールも付属します。Predator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 Accessデータベースをサポートし、Microsoft SQL Express、SQL Server、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可能です。

OEEを追う

大小問わずショップはOEE指標に細心の注意を払う必要があります。これにより機械オペレーターとマネージャーが効率を最適化できます。プロセスを可視化し、ショップ担当者が変化する状況を素早く見て、理解し、反応できるようにすることが重要です。

「データ収集とデータ分析の両面を提供でき、それをアラカルトでもフルソリューションでも提供できます」と、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ジェネラルマネージャー、Jeff Price氏は述べています。5MEのFreedomスイートでは、ソフトウェアと、多様な機械をリンク・制御するための利用可能なハードウェアが得られます。

「私たちのチームはOTタイプのデバイスと長い歴史があり、プラント内のほぼすべての資産に対応するインターフェースやアダプターを持っています。多くはCNCコントローラー上にあります」とPrice氏は付け加えます。「レガシーコントローラーがある場合、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用意しています。」Freedom eLogソフトウェアとともに、5MEはカスタマイズ可能なスマートボードによるデータ可視化を提供し、フラットスクリーンTVに表示すると同氏は説明します。

「スマートボード技術では、ダッシュレットやウィザード（円グラフや棒グラフ付きのデータコレクション）をスマートボードに保存できます」と同氏は言います。スマートボードはRaspberry Pi組み込みシステムを使用し、データが最も必要とされる場所で処理速度を向上させます。「Raspberry Piをスマートボードで使用し、ショップフロアへの可視化を推進しています」とPrice氏。「長年、自動車プラントではアンドンボードがありましたが、それらはかなり硬直的です。」

クラウドまたはオンプレミスにあるFreedomサーバーがデータ処理を行う場所です。提供される接続性により、お客様は業界がすでに達成したゲイン（リーン製造やシックスシグマなど）を基盤に構築できるとPrice氏は述べ、「そのプロセス全体をショートカットします」と付け加えます。「ほとんどのお客様がOEEで最低20%の生産性向上を見込めます。OEEは可用性、パフォーマンス、品質で構成されます。可用性は最適レベルで稼働しているか、パフォーマンスはあるべきレベルで生産しているか、品質は純粋な歩留まりの問題です。」

OEE指標だけでも、ショップは大きなパフォーマンス向上を実現できると同氏は言います。「可用性で大きなゲインがあります。初期改善で30日以内に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。「軽量なITフットプリントで、コントローラー上の処理能力を活用します。100台の機械を4週間で接続できます。」

Price氏は、ショップがデータを最も重要なものに絞り込む必要があると付け加えます。「分析ツールによります。私たちは『ドリップ』と呼んでいます。データリッチ、インフォメーションプアです。システムが適切な指標を提示すれば、得られる改善は山ほどあります。」

最初のデータステップを踏み出す

特に大きなOT/IT予算のない小規模ショップは、工場データ監視の価値に簡単には納得しません。「ベースラインを理解しようとしています」とPrice氏は言います。「機器がどれくらいの頻度で稼働しているかといったことです。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。彼らは理解していません。」5MEの顧客であるTextron、Bell Helicopter、Caterpillar、Schlumberger、Cumminsはビッグデータに関心がありますが、すべてがユースケースを持っているわけではないとPrice氏は述べ、予知保全に一つのユースケースを見ています。

「データ収集と分析は、小規模ショップから大企業まで、あらゆる現代的メーカーに不可欠です」と、Cimco Americas Inc.（イリノイ州ストリームウッド）のCEO、Jody Romanowski氏は述べています。「正確なリアルタイムデータは、設備、プロセス、人員のいずれであっても、改善可能な領域を特定するのに役立ちます。そのデータが大幅な改善を達成するために必要です。」Cimcoのショップフロア提供であるMDC-Maxは、構造化された自動生産監視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、小規模ショップと大規模メーカーの両方にメリットをもたらすとRomanowski氏は言います。

「お客様がリアルタイムデータ分析を検討する際、データポイントの幅広い範囲に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3〜5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、プロジェクトをシンプルに保つことです」と同氏は述べています。「その後、メーカーは徐々にさらなるデータポイントの分析を開始できます。OEEの文脈では、すべてのメーカーが品質パラメータの完全で一貫した分析に苦労しています。」

「機械データの収集にビッグデータアプローチを推奨しません」とRomanowski氏は続けます。「シンプルに保ち、最初は手の届く果実を収穫し、そこから経験と克服した課題を積み上げることをアドバイスします。世界中のショップフロアで事業を展開する企業が、ビジネスユニット全体を含めてグローバルに一貫した概要を得ようとすると、プロジェクトの複雑さは劇的に増大しますが、必ずしもビッグデータの観点からではありません。代わりに、複雑さは通常、レガシー機械/システムや異なる手順、文化の扱いから生じます。これにより、最初のフェーズを可能な限り運用面からシンプルに保ち、ERP統合などの戦術的目標に焦点を当てることがさらに重要になります。」

データを収集しても適切に分析していないショップには、新しい分析ツールが優位性をもたらす可能性があります。「多くの場合、現在のソフトウェアが制限的すぎたり、硬直的すぎたり、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に合わせてスケールし、対応できる十分な柔軟性があります。データはあらゆるデバイスで簡単にアクセスでき、レポートやリアルタイムダッシュボードのように意味のある形で集約されなければなりません。」

中国天津近郊のCimcoのお客様では、他の機械に影響を与える生産性のボトルネックとなる重要な機械がありました。「限定されたデータポイントでシンプルなMDC-Maxシステムを導入したところ、その特定機械の稼働率が30%向上しました」と同氏は指摘し、「それにより、その特定のボトルネックを解消し、他のすべての機械の生産性も向上させました。この場合の投資回収期間は4ヶ月未満と推定されました。」