センサーが変える製造効率とインサイト

産業オートメーションの黎明期から、製造業はセンサーを活用してきました。当初は、機械的応答をトリガーして手作業を減らすために用いられました。センサーテクノロジーが進化すると、個々の機械からデータを収集し、企業が生産プロセスを分析し改善領域を特定するために用いられるようになりました。

機械監視ソリューションと産業用IoTの台頭により、データの手作業分析とセンサー入力への単純な機械的応答は、非効率かつ不要になりました。データ収集と驚異的な速度・精度での分析能力が指数関数的に向上したことで、センサーテクノロジーは、自動化プロセスの停止点ではなく、IoTシステムを供給する方へと役割を進化させました。

今日、製造用センサーはIoTとデータ収集のパズルの重要なピースであり続けています。メーカーは、産業用センサーが当面必要であること（レガシー設備のため）を見出していますが、IoTの進歩が工場現場とデータ収集における役割を定義し直しました。

製造用センサーとは

製造用センサーは、機械の物理的状態を測定するためのデータ取得に使用されます。入力を受信・測定するデバイスで構成され、データとして出力を生成します。このデータは機械応答のトリガーとして、または分析・格納のためのデータ収集として使用できます。

産業用センサーは幅広い測定タイプに対応しています。今日、スマートセンサーはデータをクラウドのエッジに送信し、インテリジェントなデバイスやプラットフォームで処理・分析してからクラウドへ送れます。この情報は、生産ダッシュボードへの反映、メンテナンスリクエストのトリガー、履歴分析のためのデータ収集など、アクションを可能にします。

製造用センサーの例。これらのデバイスは、レガシーまたは「ダム」な設備を接続し、様々な機械・環境条件を監視する能力を持ちます。

5G、Wi-Fi、セルラー接続、EtherNetなど様々な通信手段を用いたリアルタイムデータ収集により、プラットフォームは生産プロセス改善、コスト削減、予知保全を可能にするインサイトを生成できます。しかしセンサーだけでは、トータル機械健全性へのインサイトを提供するのに十分なデータを収集できません。だからこそ、完全な接続ソリューションの補完として位置づけられ、それ自体がソリューションではないのです。

センサーは比較的シンプルなデバイスです。共有される意図のなかったデータ（いわゆる「ダム」設備、すなわちIoT非対応設備の場合）や、エンドユーザーが必要とするデータポイントを設備がネイティブに提供しない場合に、データを解き放つのに役立ちます。

機械データプラットフォームは、センサーとともにデータ収集を可能にし、すべての設備から生データを取得し、共通モデルに標準化してアクション可能にします。

センサーだけでは、データを手作業で収集・標準化し、手作業で分析するか、分析とアクションを可能にするアプリケーションを構築する必要があります。

製造業で使用されるセンサーの種類

産業環境で一般的なセンサータイプには何があるでしょうか？

1. 三軸加速度センサー

製造設備には多くの回転部品があります。三軸加速度センサーは、回転部品と設備の振動を監視・測定します。これらのスマートセンサーは、変位、加速度、速度など他の変数も測定可能です。IoT高度分析と組み合わせれば、このデータから貴重なインサイトが得られ、管理者と技術者は機械が健全に稼働しているか、逸脱が一時的か、懸念すべきパターンかを判断できます。

2. 温度センサー

可動部は多くの熱を生み、多くの業界で工場現場に追加プロセス熱を用います。熱は機械全体の健全性の優れた指標です。温度センサーは、機械摩耗、損傷箇所、過熱を特定し、故障と品質管理問題につながる可能性を検知できます。

3. 振動センサー

振動は回転部品だけでなく、コンベア、パネル、その他の機械部品でも発生します。振動センサーでこれらを監視し、オペレーターと技術者に異常を知らせます。

4. MEMS（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）センサー

MEMSセンサーは、動きとパフォーマンスを追跡するモーションセンサーです。最もシンプルな形では、動きを検知し、機械コンポーネントの再調整をトリガーします。NC工作機械ではより複雑になり、軸グリッド上で傾斜、加速度、重力を追跡し、精密加工の維持を支援します。

5. トルクセンサー

高速モーターは機械に強力なトルク力を生みます。負荷下ではさらに大きくなります。トルクセンサーでモーターやシャフトを監視すれば、得られるインサイトで品質確保、機械摩耗削減、問題の事前トラブルシューティングが可能です。これらのスマートセンサーは、他センサーと組み合わせて設備健全性の高度に詳細なビューを作るのによく用いられます。

6. 圧力センサー

圧力センサーは、油圧、水、化学薬品、空気、窒素など、流体やガスを用いるあらゆる機械コンポーネントを監視します。上下限に達したときに工場監視システムへアラームを出せます。

スマートセンサーのデータ管理

スマートセンサーは、IoTの高度分析を動かすために必要なデータを届けるため、ビッグデータの潜在力を解き放ちます。しかし、このデータはユーザーとシステムに価値をもたらすために、文脈化と標準化を必要とします。

文脈化

文脈化データとは、IoTプラットフォームへ送信されるセンサーデータに関連する現実世界の情報を追加することです。文脈なしでは、生データはエンドユーザーにとって有用でないかもしれません。例えば、ダウンタイムイベントの追跡と分析はメーカーにとって重要です。しかし、ダウンタイムの「なぜ」についてオペレーターの入力がなければ、データは有用性が低下します。

関連データ

単にデータを取得するだけでは不十分です。収集データは関連性がなければなりません。つまり、スマートセンサーは高価値情報を選別し、冗長または不要な情報を除外しなければなりません。

標準化データ

センサーはデータを提供できますが、IoTプラットフォームの役割は、すべての設備とデバイスでデータを標準化することです。データ標準化なしでは、多様なデータタイプの混在により、ステークホルダーと他システムのアクション可能性が失われます。

アクション可能なデータ

設備データは、生産パフォーマンスの正確な姿を提供し、それを工場全体に実行可能なインサイトとして届けるため、運用効率と生産性向上に不可欠です。リアルタイム通知付きのアクション可能データにより、オペレーターは機械全体のダウンタイムと故障を削減するプロアクティブな措置を取れます。さらに、管理者に完全な運用可視性を提供します。

産業用センサーが製造業をどう改善するか

産業用センサーは、先進IoTプラットフォームと統合することで、生産現場とその先へ実行可能なインサイトを届け、製造業を改善します。スマートセンサーテクノロジーはこのエコシステムに貢献し、機械状態、プロセス、生産などの優れた可視性を提供します。

このエコシステムでは、産業用センサー（センサーが不要な場所では機械データへのダイレクト接続と組み合わせて）が、生産プロセス改善、予知保全プログラム設計、運用コスト削減を可能にするデータを取得します。

製造業におけるデジタルセンサーの応用

製造業におけるデジタルセンサーの応用には、以下があります。

データ駆動型インサイト

先進IoTと組み合わせると、産業用センサーはデータを収集し、それをリアルタイムで価値ある実行可能なインサイトとしてユーザーに返します。これにより、スタッフが運用を監視、制御、強化できるようになり、工場とショップフロアに革命をもたらします。

安全性

AI駆動分析と深く結びついたシステムの一部として、デジタルセンサーは企業に安全メリットを提供できます。危険発見時の正確な作業停止や、危機前に緊急スタッフへリアルタイム通知などが可能です。例えば、工作機械が通常より大きな負荷を受けている場合、破滅的な工具故障を避けるため自動停止できます。

メンテナンスプログラムの改善

デジタルセンサーを用いたIoTは、設備故障を検知し、メンテナンススタッフが故障前に手順を開始できるようにします。また、最適なタイミングでメンテナンスをスケジュールすることも可能です。

正確な履歴データ

多くの製造企業は広範な規制コンプライアンスに対応しています。スマートセンサーテクノロジーから返されるデータがクラウドで整理されれば、正確な生産記録により透明性と製品の保管連鎖が向上します。これにより管理者は正確な生産ベンチマークを設定し、パフォーマンス予測が可能になります。

手順と品質の通知

多くの製造企業はSOPへの厳格な準拠を求められます。これは特に、医療・航空宇宙向けNC工作機械などの業界で顕著です。これらの手順を文脈データとして追加できるため、センサーが手順の逸脱を検知し管理者に警告できます。品質通知も同様で、特に高規制環境で重要です。

情報フローと市場対応の改善

リアルタイムデータの力は、即座かつプロアクティブなアクションを可能にすることにあります。これは情報が企業内のすべての人の指先にあることを意味します。市場トレンドへの対応（良し悪し問わず）が、急速に変化する状況をナビゲートし、競争力を維持するのに役立ちます。

製造業におけるセンサーの未来

センサーは、クラウドの高度分析エンジンでディープインサイトを可能にするリアルタイム診断データを届けることで、真に接続されたオペレーションを可能にします。これによりメーカーはレガシー資産を含むすべての設備データにアクセスでき、センサーが予見可能な将来にわたって役割を果たし続ける根拠となります。

しかし、センサー単独では高度ユースケースや効果的な機械監視を推進できません。データ収集、標準化、可視化のための技術リソースが必要です。しかし、センサーとIoTプラットフォームの組み合わせにより、ショップフロア全体で正確で信頼性の高いデータ取得が保証されます。

MachineMetricsは、機械制御とのダイレクト統合を可能にし、プラグアンドプレイでセンサーを追加してより多くのデータを収集し、即座にすべての設備で共通モデルへデータを変換します。さらに、定型・カスタマイズ可能なレポートを提供し、導入即座にアクション可能です。

機械へのダイレクト接続はMachineMetricsシステムの重要な構成要素であり、データ変換も同様です。MachineMetricsプラットフォームは機械とセンサーデータを共通モデルに変換し、ステークホルダーとシステムがより良く、より速い意思決定に頼れるようにします。

これによりメーカーは生産を効果的に監視し、より高度なユースケースでの継続的改善の基盤を築けます。

 

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