インダストリアルオートメーション4.0：効率とイノベーションを解き放つ

リショアリングにより米国製造業の未来が明るいと感じていませんか？ 我々も同感ですが、何か違うことに気づきませんでしたか？ 製造業は変わりました。インダストリー4.0、ロボット、協働ロボット（コボット）、モノのインターネット（IoT）といった新しい技術と用語が登場しています。

米国がオフショアリングで後れを取っている間、他国は自動化技術を進化させ、最大効率を獲得してきました。米国メーカーは、成長を続けリショアリング機会を加速するため、キャッチアップが必要です。

グローバル競争力を獲得し、より効率的な自動化機器・システムへ移行したいなら、今日の産業オートメーションを少なくとも基本レベルで理解する必要があります。選択肢、用語、コンポーネントを理解すれば、チームメンバーやオートメーションソリューション専門家と詳細に議論できる初期計画と予算の作成が容易になります。

接続時代の産業ファクトリーオートメーション基本概要で、最新情報をキャッチアップしましょう。

目次

産業オートメーションとは

産業オートメーションの種類

産業オートメーションの実現方法

製造生産と産業オートメーションシステム

米国メーカーが自動化すべき理由

インダストリー4.0におけるオートメーション

産業オートメーションソリューションへの道筋

産業オートメーションとは

製造効率を求めるのはあなただけではありません。第1次産業革命以前から、業界リーダーは手工具を持つ人間より速く、精密に生産できる特殊機械を創ってきました。歴史的に最小限の人間介入で独立動作するよう設計されてきた今日の産業オートメーションシステムは、産業制御システムとネットワーク接続の支援により、通信し同期して動作できるようになっています。

製品や部品が機械加工、製造、梱包、組立される場所で産業オートメーション機器の例を見つけられます。オートメーション原則と標準により、自動化機械が部品を次の段階へ最も効率的に移送するシステム構成で配置されることが期待できます。

産業オートメーションの種類

メーカーは、持久力や精度を要する仕事、退屈で反復的、創造性や専門才能をほぼ必要としない仕事を自動化しています。ロボットコスト低下と人件費上昇が米国の自動化を促進。ロボット価格は今後5年で最大65%下落予測され、自動化は着実に増加すると予想されます。データ通信インフラへの投資が最大の課題の一つかもしれません。トレンドのファクトリーオートメーションは、機械ネットワークが通信し、スケジュール通りにタスクを実行する能力に依存します。

一般的なファクトリーオートメーションの種類は？

• シンプルツーリング
• 組立
• 検査
• マテリアルハンドリング

産業オートメーションの実現方法

産業制御システムは、自動機械の独立性と動きの背後にあるメカニズム（または「脳」）です。産業プロセスを自動化する技術です。制御システムの主要構成要素は制御ループです。制御システムの例は、最もシンプルなディスクリートコントローラから、企業の全製造プロセスと地理的拠点を管理する複雑なSCADAシステムまで多岐にわたります。

産業制御システムの種類：

• SCADAシステム – プラントプロセスを制御・監視するコンピュータシステム
• PIDコントローラ（比例積分微分制御） – 目標値と実測値に基づきシステムを制御
• PLC（プログラマブルロジックコントローラ） – 単一マイクロプロセッサを持つ堅牢な産業用コンピュータで容易にプログラミング可能。ロジックを用いて工場内のモーター等機械を制御
• PAC（プログラマブルオートメーションコントローラ） – PLCに類似だがマルチプロセッサ搭載でマルチタスク可能
• DCS（分散制御システム） – 高度な機能（多数のI/Oポイント等）を持つマルチプロセッサでシステム内多数ノードを制御
• HMI（ヒューマンマシンインターフェース） – 機械と対話し、機械プロセス状態を迅速に確認可能
• ディスクリートコントローラ – シンプルなオン/オフ制御。タイマー、カウンタ、サーモスタット等が例

PLC

HMI

カウンタ

産業オートメーションの仕組み：

ステージ1 - 産業制御システム（上記）がドライブコントローラと連携して動作

一般的なドライブコントローラ：

• VFD（可変周波数ドライブ） – 周波数と電圧でACモーターの速度とトルクを制御するACモーターコントローラ
• ステッパードライブ – パルスとフェーズで電流を供給しステッピングモーターを制御するドライバ回路
• アナログサーボ – オン/オフ電圧信号またはパルスでサーボモーター速度を制御
• デジタルサーボ – アナログサーボに類似だが、秒間パルス数を大幅に高速化可能

可変周波数ドライブ

ステージ2 - ドライブコントローラがアクチュエータを指示し、動きを付与

一般的なアクチュエータタイプ：

• 油圧アクチュエータ – 流体圧力でピストンをチューブ内で動かしトルクを生成
• 空気圧アクチュエータ – 空気/ガス圧力で速度とトルクを制御
• 電動アクチュエータ（AC、DC、リニア、サーボ、ステッパー） – モーター駆動で電気エネルギーを機械トルクに変換
• 機械式アクチュエータ – 単純機構で回転運動を直線運動に変換

空気圧アクチュエータ

産業オートメーション連続プロセス：

• フィードバックセンサ（エンコーダまたはレゾルバ）が負荷からデータを収集し、コントローラへフィードバック
• フィールドバスとイーサネット接続が、基本フィールドデバイス間の情報交換をサポートし、エンタープライズレベルまで伝送可能
• 自動制御と連携して、ベアリング、ギアボックス、スクリュー、ホイール、アクスル、カム、リンケージ等の機械デバイスが動作

フィールドバスシステム

リニアベアリングとレール

• 電気機械的・機械的デバイスに加え、流体動力機械デバイスも産業機械で活用される。電気機械的手法で実用的解決が困難な場合、流体動力が導入される。流体動力は通常電子駆動で、センサとバルブで制御される。

流体動力技術