レガシー機械をデータ駆動資産へ転換し、現代オペレーションに対応

わずか2年前、Okuma Americaのブラッド・クリップスタイン氏がレガシー工作機械から運用データを絞り出そうとしたとき、制御キャビネットに数十本の配線を接続し、PLCを追加する必要があった。完了すると、データは工作機械からPLCへ、さらにハブやサーバーへと流れ、そこで蓄積された。

「今はEthernetやWi-Fiなど、さまざまな技術が使える」と、プロダクトスペシャリストスーパーバイザーのクリップスタイン氏。「だが30年以上前の設備にはそんな機能はなかった。データを取り出すには物理的にデバイスを制御キャビネットに配線しなければならなかった。今では新しい機械ならハード接続すら不要だ。ワイヤレスでできる。これが過去30〜40年の移り変わりだ」

クリップスタイン氏の仕事の一部は、新規・レガシー工作機械の両方で、顧客がインダストリー4.0の接続・デジタル化・データ駆動の世界へ離散的なステップで進めるのを支援することだ。

これらのメリットには以下が含まれる：

• 工場内またはリモートからのリアルタイム工作機械監視
• 生産性と品質の向上
• バイアスフリーなレポーティング
• 投資正当化
• 予知保全
• 新しいことを学び、最新プロセスの最前線にいることにワクワクする優秀な人材の獲得と定着

有線でも無線でも、工場デバイスから収集されたデータは、ショップオーナーがより賢いビジネス意思決定をするのを助ける。

分析データを手にすれば、作業員はショップフロア運営の可視性を高め、問題解決、プロセス改善、生産性向上に役立てられる。

最近の進歩により、ショップオーナーはレガシー工作機械でクリップスタイン氏のような専門家を必要としないかもしれない。

2019年、Okumaはエンジニアリングソリューションより低コストな代替として、古い機械からデータを収集する「NET BOX suite-C Quick」を発表した。略してNET BOX CQは、シグナルタワーに直接接続し、そこから信号を取り込むハブやデバイスに接続する。

NET BOX CQは3つの光学センサー（タワーの緑・黄・赤ライト用各1つ）を使用し、それらが収集する情報をコンピューターシステムが読み取れるフォーマットに変換する。自社ソフトウェアで収集されるデータを標準化するため、Okumaはオープンソースの一般的な通信プロトコルMTConnectを使用している。

「設置が簡単で、Okuma技術者は不要だ」とクリップスタイン氏はNET BOX CQについて語る。

まず、機械が稼働しているかどうかを見られることは、ショップオーナーが通常すべての設備を最大生産に回したいため、優れた指標だ。設備総合効率（OEE）を65〜85%の範囲に保ちたい。機械が稼働しているときだけ金を生むからだ。

「緑・黄・赤の情報を取得するだけで、時間経過に伴う傾向を追跡し、少なくともいつ、どのくらいの時間停止が発生したかがわかる」とクリップスタイン氏。「次のステップとして『なぜこれが起きたのか、なぜ毎日14:30に起き続けるのか』と問える。これでトレンド分析が可能になる。少なくとも正しい方向への一歩だ」

工場自動化プロバイダーFastemsの中央地域マネージャー、クリストファー・レズニー氏は、MTConnectとOkumaのソフトウェアがデータ収集の優れたビークルである一方、レガシー機械から利用できるデータ量の限られていることが、最新機械と比較した際の唯一の欠点ではないと指摘する。

「古いレガシー機械から、社内で使用されている他のソフトウェア（例えばERPシステム）へのインターフェースも、非常に限定的か存在しない」と同氏。「これら古い機械からのフィードバックメカニズムに関しても、ユーザーの安全プロトコルの観点で問題がある場合がある」

ショップフロア作業員は変化に備えなければならない

レズニー氏が指摘する制約があるにもかかわらず、OkumaやExcellerant Manufacturingのような企業が取り組めるデータと機械は豊富にある。

「大多数のショップがレガシー設備を持っている」と、Excellerant Manufacturing社長のジョン・カーペンター氏。「ほとんどの人が我々に来るのは、レガシー設備との実績のためだ。キャビネットの隅々まで知り尽くしている。何万台ものCNC工作機械を接続してきた経験から、レガシー設備を接続する最良の方法について、トレードシークレットと呼べるノウハウを蓄積してきた」

新規顧客への最初の目的は、彼/彼女が何を望んでいるかを理解すること。単に工場フロアからデータを上げて、全員が現状を把握できるようにしたいだけなのか？

「解決しようとしている問題が何かに尽きる」とカーペンター氏。「まずは基本を提供しよう。ほとんどの工場は、そこにあるデータを十分に理解していない。今は這い這いの段階だ。這う段階にも達していないショップに入ると、気の毒に思う」

カーペンター氏は、経営陣が基本的な透明性──ショップフロアで起きていることのデータ──を望んでいたが、ショップフロア作業員が「ビッグブラザーに監視される」恐怖からデータ収集に反発した顧客を思い出す。

カーペンター氏はこの問題を経営陣に任せた。だが作業員に選択肢はないと認識していた。経営陣は生産を測定しプロセスを改善するためのデータを求めており、ビッグブラザー戦術ではない。残念ながら、経営陣は従業員をこの移行に備えさせていなかった。

「多くのレベルで目を開かせるが、あなたの人々が変化に備えていなければならない」と同氏。

基本が追跡され始めれば──切削中か？ 切削中なら100%か？ 違えば低生産モードか？──そしてデータがExcellerantのリアルタイム機械データ・通信プラットフォームに送られれば、無数のセンサーとトランスデューサーを追加して更なるデータを取得可能になる。

温度、振動、圧力、流量、濃度などを測定するセンサーを組み込める。

「何が重要かを判断しなければならない」とカーペンター氏。「ショップフロアの一点からあらゆる種類のデータを収集できる。振動解析や工具折損に踏み込めば膨大なデータ量だ。リストは尽きない」

常に更なるデータ収集の方法はあるが、時にはコストが見合わなくなると同氏。ショップオーナーは、データを次のレベルへ引き上げるためにセンサーにいくら費やせるかを判断する必要がある。

「通常、OEEプロジェクトの一部として包み込めば、即座にROIが得られる」とカーペンター氏。

問うべき質問を知る

「これは明らかに業界全体の問題だが、我々が受ける質問は通常2つのカテゴリーに分類される」と、Bosch RexrothのシニアインダストリアルIoTアーキテクト、コリー・ウェバー氏。「『IoTまたはIIoTを使って生産品質をどう高めるか？』か、『どう効率を上げるか？』だ」

「そこに投げ込まれるもう一つの質問は：『どう生産コストを下げるか？』だ」

これら生産関連質問への回答支援に加え、ウェバー氏は顧客の90%がリアルタイム可視化と工作機械監視（オンサイトとリモート）を望んでいると推定する。

「それが第一歩だろ？『私の（自動ラインまたは工作機械）は今何をしているか？』」

Bosch Rexrothのレガシー機械からデータを絞り出すソリューションは、PR-21というIoTゲートウェイだ。産業環境向けに強化された小型シングルボードコンピューター。また、データを取得・処理し、ローカルサーバーやクラウドのストレージへ移動するIIoTプラットフォーム「ctrlX CORE」も備える。

ウェバー氏が収集データの活用でよく見るアプリケーションの一つが予防保全だ。

メンテナンススケジュールへのスマートでデータ駆動な微調整は、工作機械を好調に保ちながら、廃棄物削減で生産コストを下げる一つの方法だ。

「自社施設でも、カレンダー基準の定期保全から『使用時間』基準へ切り替えたことがある」とウェバー氏。

例えばBosch Rexrothには油圧試験エリアがあり、作業員は2週間ごとにオイルを交換していた。継続監視を導入した後、オイル交換スケジュールをカレンダー時間ではなく使用時間ベースに改訂できた。

「50〜60ガロン以上の油圧オイルなら、それなりのコストだ」と同氏。

他の流体も、濃度、熱曝露などに基づく最適使用のための設定パラメータを持つ。

「定期的にテストできれば、必要ベースの保全に切り替え、大幅なコスト削減と品質保護が可能だ」とウェバー氏。「魅力的なセールスポイントで、比較的手の届きやすい果実だ」

ウェバー氏は製造ドメイン知識を幼少期に得た。父親が小規模製造業を営んでいたからだ。正規教育は情報技術。製造ドメイン知識とデータ知識の両方が、インダストリー4.0実装の恩恵を受けるために必要だと同氏。

「実際のプロセスを理解する人が必要だ」と同氏。「プロセスを理解する人がデータを見て、『これは本来の姿と違う』と言える」

データが手に入れば、ユーザーがどこまで処理したいかにより可能性は無限大だ。

ショップオーナーが幸運にも本物のデータサイエンスバックグラウンドを持つ人材を抱えていれば、人工知能の領域へ踏み込むこともできる。

「十分なデータを集めて価値あるものにし、これ以上強調できないが、データに何の質問を投げかけたいかを知ることだ」と同氏。

ウェバー氏のデータ関連アドバイスは、新規・レガシー両方の機械に当てはまる。スマートオペレーションのためのデータマイニングは両方に適用可能だ。