マシンモニタリング

前回、製造業務について重要な決断をしたときのことを考えてみてください。直感を信じましたか？直感を信じましたか？

それとも、自分の行動を導くために情報を集めたのですか？

データは製造業における成功の基盤です。

この言葉は、業界や業種を問わず当てはまりますが、特にジョブショップ、CNC製造、その他の機械を多用する業務では真実です。データは、最大の改善を実現し、収益性を最大化する鍵です。

デジタル技術は、日常的な機械稼働を粒度の細かいデータに変換し、指先で操作できるようにしました。マシン・モニタリングとしても知られるようになり、マシン・データをリアルタイムで取得・表示することで、可視性を高め、より的を絞った改善を行うことができるようになりました。

このガイドは、製造業における機械モニタリングの包括的な概要を提供します。産業資産にデータ主導のアプローチを適用するのに役立つように設計されています。

また、ユースケースや導入のヒントを検討し、お客様に価値を提供するマシンモニタリングソリューションを構築するためのテスト済みメソッドを提供します。

重要なのは、機械と人間のパフォーマンスを総合的にとらえ、プロセスの中で機械をどのように位置づけるかを正確に示すことです。

私たちの目標は、必要なマシンデータがあれば何ができるかを想像していただくことです。

マシンモニタリングとは、産業界におけるマシンデータを抽出、保存、表示するプロセスです。これは、製造機械のデータをリアルタイムの洞察に変えるための、高速でスケーラブルな技術です。

機械モニタリングは、ディスクリート産業でもプロセス産業でも同じように機能します。過去5年間で、センサーはより手頃になり、エッジデバイスはより柔軟になり、接続性はより強固になりました。追跡すべきパラメータが増え、価値を創造する機会がかつてないほど増えています。

機械監視システムとは何ですか？

機械監視システムは、機械が生成する生の情報を処理するために必要なハードウェアとソフトウェアのツールです。

監視・分析ソフトウェアから産業用センサー、機械に搭載されたタッチスクリーン・インターフェースまで、あらゆるものを網羅しています。通常、機械監視システムは、TulipようなIIoT プラットフォームまたはフロントラインオペレーションプラットフォームによって調整されます。

機械のサイズ、能力、年数によって、貴社に適した機械モニタリング・ソリュー ションは異なります。わずかな初期投資で、これらのシステムは、成功を導くデータとはどのようなものかを再定義するのに役立ちます。

とはいえ、すべてのマシン・モニタリング・システムには、いくつかの核となる要素があります。

製造ソフトウェア

最も基本的なマシン・モニタリング・システムは、マシン・データを理解しやすくするソフトウェアと同じくらいシンプルです。これは、クラウドベースのSaaS（Software-as-a-Service）であったり、より包括的なPaaS（Platform-as-a-Service）であったり、組織のITインフラ内でオンプレミスであったりします。

OPC UA のような標準的なネットワークベースのプロトコルを実行する機械を使用している製造業者の場合、イーサネット接続さえあれば、すぐに使い始めることができます。プラグアンドプレイの機械監視ソフトウェアには、機械データの追跡、保存、分析に必要なすべてが含まれています。

センサー、エッジデバイス、ゲートウェイ

アナログ機械、ブラウンフィールドの改造、または大規模なプロジェクトでは、機械監視システムにも基本的なハードウェア装置が必要な場合があります。

このような場合、マシン・モニタリング・システムには、マシンのパフォーマンスを生成し、データに変換するために必要なセンサーやデバイスが含まれます。例えば、私たちが協力している製造業者の多くは、デジタル時代以前に製造されたアナログ機械に依存しています。

これらのマシンは完璧に機能しますが、ネイティブのインターネット接続がありません。また、プロプライエタリ、非推奨、あるいは非標準のプロトコルで通信するマシンを使っている人もいます。

実際には、安価な産業用センサーや、データを保存・分析するために送信するエッジデバイスを導入することができます。また、多くの機械からのデータを集約したり、IoT デバイスに接続したり、ノイズから信号をフィルタリングするための閾値やプログラムを設定するためのゲートウェイも含まれます。

分析

機械データは、分析に利用できる場合にのみ役に立ちます。そのため、マシン・モニタリング・システムには、分析を可能にするデータベース、ノーコード・テーブル、ダッシュボードが含まれます。

マシン・モニタリング・システムの最も人気のある機能の1つは、部門内のすべてのマシンの状態と生産メトリックスを表示する生産ダッシュボードです。

どのプログラムが稼動しているか、何個の部品が生産されたか、稼動終了まであとどれくらいか、稼動時間とダウンタイムの客観的な測定値などです。

また、ビジネスインテリジェンス部門やデータサイエンス部門のために、詳細な時系列データを求めている企業もあります。機械モニタリングは、機械学習、AI、および予測品質や異常検知を含む他の種類のビッグデータ分析を可能にします。

機械モニタリング分析では、機械データを深く掘り下げながら、1つの画面で工場を追跡することができます。

構成可能な製造Applications

マシンデータは不可欠ですが、優れたデータはそれ自体が目的ではなく、ベースラインであるべきです。

そこで登場するのがアプリケーションです。段取り替えのためのデジタル作業指示、SMED、人間中心のプロセスの可視化などのオンマシン製造アプリケーションは、マシンモニタリングソリューションをさらに進化させます。これらのアプリケーションは、機械ベースのプロセスに対する人間中心のアプローチのために、機械の周囲で起こることも制御できるようにします。

工場でのミスの70％以上がヒューマンエラーに起因しているため、アプリケーションはあらゆるプロセスで最も変動しやすい要素に対する洞察を提供します。

機械データを継続的にサンプリングすることには、多くの明白な利点があります。しかし、すべての利点と使用事例が、すべてのオペレーションで機能するわけではありません。機械モニタリングがどのような利点をもたらすかを知ることは、貴社にとって価値を生み出すシステムを設計するのに役立ちます。

客観的測定

手作業による測定は誤差が生じやすく、手作業によるデータは本質的に主観的です。機械モニタリングは、機械性能を真に客観的に測定する唯一の方法です。

インスタント通知

機械監視システムは、受動的にデータを収集するわけではありません。特定の閾値を超えた場合、管理者または技術者に自動的に通知するようにソリューションを構成することができます。これにより、不必要でコストのかかる機械損傷の可能性を排除し、計画外のダウンタイムの可能性を減らすことができます。

洗練されたメンテナンス・スケジュール

機械のモニタリングを通じて収集したデータは、メンテナンス・スケジュールの改善に役立ちます。部品と機械のライフサイクルを記録することで、実際の磨耗を反映した修理を行うことができます。

より高い効率性

機械モニタリングは、ラインのバランスをとり、生産稼働のタイミングを計るために必要な情報を提供します。生産状況を正確に把握することで、ボトルネックを解消し、生産スケジュールを完璧にすることができます。

より正確な在庫と資源消費

機械に何が入り、何が出て、生産にどれだけのエネルギーがかかったかを正確に測定すれば、ジャスト・イン・タイムの製造スケジュールを改善し、無駄を省くことができます。

手動データ入力なし

手作業によるデータ入力は時間がかかり、ミスを犯しがちです。機械モニタリングは自動的にデータを収集し、作業全体の真実の情報源を提供します。

パフォーマンス報告の簡素化

最後に分析を行ったときのことを思い出してください。本格的な分析を行う前に、複数のソースからデータを取得し、コンパイルし、クリーニングしていたことでしょう。機械モニタリングは、必要なすべてのデータを単一のアクセスしやすい場所に置き、分析プロセス全体を迅速化します。

データ主導の現場文化

他のところでも論じているように、データ主導のデジタル文化は、プロジェクトを成功に導く最も重要な要因でありながら、あまり知られていません。機械モニタリングは、製造プロセスのあらゆる段階で、現場の全員がデータを参照するよう促すのに役立ちます。

工場はそれぞれ異なります。したがって、すべての機械監視プログラムは、異なるパラメータを追跡する必要があります。

私たちがお付き合いしているメーカーは、機械に関する具体的な疑問や仮説を抱いて私たちのところにやってくることがよくあります。

道具の老朽化が早すぎる。その理由を知りたいのです。あるいは、"オペレーターが報告されている以上に機械をアイドリングさせていて、OEEの計算が間違っているようです"。

何を知りたいかによって、異なるマシン・モニタリングのユースケースをお勧めします。

ここでは、一貫して顧客に価値を提供している一般的なものをいくつか紹介します。

OEE向上のためのモデリング状態

現在、稼働時間とダウンタイムをどのように測定していますか？それぞれの機械が1日に何分間アイドリングしていますか？測定値が正しいことをどうやって確認しますか？

マシン・モニタリング・システムは、マシンの状態を常に客観的に測定します。機械モニタリングにより、各機械が各状態でどれだけの時間を費やしているかを正確に把握することができます。オペレータは、ダウンタイムに理由コードで注釈を付けることができ、根本原因をソースで文書化することができます。

マシン・モニタリング・システムを使用して状態を追跡することは、ラインのバランス、仕掛品の追跡、生産計画に役立ち、品質、可用性、稼働率、OEE などの重要なマシンKPI を計算するための基礎を築きます。

生産追跡とジョブルートの最適化

マシンモニタリングにより、バリューストリーム全体を通して仕掛 り品を追跡することができます。ダッシュボードは、特定の作業が完成にどれだけ近づいているか、生産ノルマを達成しているかどうかを正確に表示します。

このデータがあれば、生産計画を立てやすくなり、ジョブの完了時に迅速かつ正確に適切なステーションにルーティングすることができます。

状態監視

メンテナンス・スケジュールは当てずっぽうで決めるべきではありません。計画外のダウンタイムや予期せぬ故障は、偶然に任せるにはあまりにも高くつきます。

機械監視は、部品と資産のライフサイクルをより完全に把握するために、各機械の状態を追跡するのに役立ちます。センサは、振動、温度、ノイズ、部品の変位などのパラメータを監視し、機械部品の劣化をリアルタイムで測定するのに役立ちます。

また、周囲の状況をモニターすることもできます。工場が過度に湿っているのかもしれません。工場の一角にある機械から予想通りに熱が放散されていないのかもしれません。機械の早期劣化につながる要因は無数にあり、適切なデータなしに根本原因を突き止めることは不可能です。

コンディション情報は、メンテナンス・スケジュールを最適化し、現場での機械の挙動を知るために不可欠です。マシン・モニタリングは、ローカルな条件下でのマシンの性能と健全性に関するデータを収集するため、予知保全プログラムの基盤を構築することができます。

資源モニタリング

コスト削減の多くの機会は、資産の資源消費効率を最大化する必要があります。マシンモニタリングシステムは、電力消費量、電流、またはクーラント、射出ワックス、水などのリソースの使用量を測定することを可能にします。

現地でのマシンのリソース使用状況を把握することで、使用状況を改善し、在庫とバッファを計画し、ハードコストを削減することができます。

プログラムの最適化

CNCのモニタリングに機械モニタリングを使用する方法はいくつかあります。その最たるものの1つは、与えられたプログラムの成功を追跡することです。ツールパス、ツールライフサイクル、フィードとスピードに対して生産されたパーツをチェックすることによって収集された情報は、より効率的なプログラムとより高いスループットにつながります。

ツールライフサイクルの最適化

機械モニタリングにより、工具のライフサイクルに影響を与えるすべての変数を考慮することができます。これにより、工具の稼働時間数、どのプログラムを実行したか、誰が段取り替えを行ったか、機械が適切に清掃されたかなどを追跡することができます。

どのパラメータが工具寿命短縮の原因となっているかを特定するために必要なデータを提供するため、加工工具への投資を最大限に活用することができます。

機械監視を始めるのは簡単です。プラグアンドプレイ・ソフトウェアを使用すれば、インターネットに接続するだけで簡単に始められます。さらに、お客様と共に直接作業することで、迅速に結果を出す機械監視ソリューションを設計します。

ここでは、マシンモニタリングを開始するための実証済みのステップをご紹介します。

業務の棚卸し

最初のステップは、現在の能力とニーズを評価することです。

例えば、あなたの工場では何台の機械が使われていますか？その出力と生産スケジュールはどのくらい多様ですか？一部の（あるいはすべての）機械はアナログですか？加工プロセスにおいてオペレーターはどの程度重要ですか？MES との統合は必要ですか？お使いの機械はどのようなプロトコルを使用していますか？独自プロトコルや非推奨プロトコルはありますか？セキュリティとインフラの要件は？

現在のオペレーションを概説するだけでも、どのようなマシン・モニタリング戦略とソリューションを優先させるか、大いに参考になります。

初期仮説を立てる

最初から、どの問題を解決したいかを明確に知っている必要はありません。

それでも、なぜ現在の成績が思うようにならないのか、いくつかの仮説を持つことは役立ちます。これらの仮説は直感かもしれませんし、過去のデータによって裏付けられているかもしれません。

機械モニタリングの利点の一つは、新たな知識の源を生み出すことです。機械モニタリングは、利用可能な情報量を広げるだけで、未知の未知を明らかにし、加工に関する疑問を明確にすることができます。

真実の源を作る

ここからは実装の詳細です。これらは、運用やニーズによって異なります。

いずれにせよ、すべてのマシン・モニタリングの旅における最初のステップは、真実のソースを確立することです。

私たちの経験では、この目的のために測定する最も簡単なパラメータは状態です。アップタイムとダウンタイムを客観的に把握することで、他の多くの問題に光を当てることができます。90％の稼働率で稼動していると思っていたメーカーと仕事をしたことがあります。データを取り始めると、60％を下回っていることに気づいたのです。この単純な事実が、水面下を掘り下げ、原因を突き止める理由を生み出します。

ご使用のマシンがOPC UA、MTConnect、Modbus、MQTTなどのプロトコルを使用して通信している場合、状態を分析するのはデータを収集して整理するだけの簡単なことです。そうでない場合は、Kepwareサーバーを構築し、必要なハードウェアを装備することで、機械のデータを分かりやすくするお手伝いをします。

• Tulip OPC UAをネイティブにサポートしており、他のプロトコルはNode-RED Kepwareのようなソリューションを通じてプラットフォームに接続できます。

調査結果の評価とニュアンスの追加

州データの初期サンプルを取った後、仮説を検証し、質問を絞り込むことができます。

例えば、Tulip ようなフロントライン・オペレーション・プラットフォームでは、状態データにニュアンスを与えることができます。Tulip使用すると、カスタム状態を作成し、正確な仕様で機械のパフォーマンスを記録することができます。ある所定のしきい値を超えると、スーパーバイザーや技術者に自動通知を出すことができます。

オペレーターの参加

機械は決して単独では動きません。たとえ「消灯」された工場であっても、そこには常に人間がいます。

Tulip 使えば、機械的なプロセスの中に人間的な要素を取り入れることができます。

例えば、オペレーターは、機械端末上で動作するアプリケーションにダウンタイムの理由を入力し、エラーやプロセスの完了をソースで記録することができます。アプリケーション自体は、どのオペレーターが勤務中であったか、どの機械プログラムが実行されていたか、工具の稼働時間などを記録することができます。

この種のデータは、マシンの健全性とパフォーマンスを総合的に理解することができます。

独自の改良に対応したApplications 構築

十分な人的データと機械的データがあれば、バリューストリーム全体を通して品質と生産を追跡するのに役立つアプリケーションを設計し始めることができます。

マシン・モニタリングは、マシン・パフォーマンスの問題の根本原因を明らかにします。Tulipような完全なフロントライン・オペレーション・プラットフォームがあれば、これらの問題を解決するためにアプリケーションを構成できます。

例えば、各機械の端末に作業指示アプリケーションを配置することで、チェンジオーバーや SMED が正しく実行されることを保証できます。品質が OEE に影響を与えている場合は、各機械にインライン品質チェックを追加し、ラインから出荷される各アイテムが必要なすべてのテストに合格していることを確認できます。

これは機械モニタリングに対する人間中心のアプローチであり、メーカーが最大の改善を実現できる場所です。人間と機械のパフォーマンスを完全に把握できるようになれば、OEEと並んでOverall Process Effectivenessのトラッキングを開始することができます。

プログラムの規模

機械モニタリングは、ほとんどのデジタル・イニシアチブよりも拡張性に優れています。なぜなら、1台の機械に有効なソリューションは、5台、10台、100台、さらには工場や地域を超えた部門に簡単に移行できるからです。

この拡張性と転送能力は、マシン・モニタリングがデジタル・ソリューションに対する唯一最善の投資となり得ることを意味します。

マシンデータへのアクセスは簡単ですか？

機械モニタリングの目標は、データの量と質を高め、よりインパクトのある改善を行うことです。マシンモニタリングがこの目標を達成するためには、データに簡単にアクセスできる必要があります。

SQLの豊富な経験を必要としないソリューションを探すべきです。ここでは、コードなしテーブルを使用することで、クエリを1つも記述することなく、カスタムテーブルの保存とアクセスが可能になります。こうすることで、製造エンジニアや管理者はデータを直接扱うことができ、より迅速な結果を得ることができます。

カスタム・ステートを作成し、カスタム・パラメータを追跡できますか？

現場はそれぞれ違います。すべての機械工場がその情報に関心を持つとは限りません。ですから、あなたにとって最も重要なパラメータを追跡することが、どの程度難しいかを尋ねるべきです。どのソリューションでも、カスタム列を追加し、カスタムテーブルを作成し、イニシアチブを可能にする機械性能のイメージを作成できることを確認してください。

オペレーターの使いやすさは？エンジニアは？監督者？

機械モニタリングは、階層全体にわたって業務にプラスの影響を与える可能性があります。問題は、異なる個人と職能が、それをどのように使用するかです。機械モニタリング・ソリューションを評価する際には、オペレータ、エ ンジニア、および管理者に権限を与えるものであることを確認してく ださい。導入と保守が簡単であることも確認してください。

機械監視をアプリケーションで補うことはできますか？

マシン監視ソリューションが追加アプリケーションをサポートできなければ、最大の改善の機会を逃してしまいます。IT部門がアプリケーションを構築している場合、開発サイクルが遅くなり、機能の更新が必要になるたびに遅延が発生するリスクがあります。ソリューションを評価する際には、選択したプラットフォームがアプリケーションに対応していることを確認してください。

製造工程を改善するためには、機械がどのように製造工程に組み込まれているかを理解することが不可欠です。

機械をオンライン化し、オペレーターの行動をガイドする全体的な機械監視ソリューションは、これらの改善を実現するのに役立ちます。

Tulip、お客様と密接に協力し、迅速かつスケーラブルに価値を創造する総合的なマシンモニタリングソリューションを設計しています。