最高の産業接続とデジタル

リサ・エイテル著 | 2023 年 3 月 4 日

この Design World Trends シリーズの最初の部分では、ディスクリート オートメーションのエッジ デバイスについて業界の専門家から話を聞きました。 システムの互換性と相互運用性を高めるための標準を促進する取り組み。 フォグ コンピューティングの台頭と、5G などのワイヤレス テクノロジーの産業利用です。 この続編では、デジタル変革を実現するための作戦に必要な総合的なアプローチについて詳しく説明します。

サンドロ・キンテロ | 電気オートメーションのビジネス開発 • FestoWill Morris | カテゴリーマネージャー • RS Americas Inc.Paul Thompson | ソリューション エンジニアリング担当副社長 • MatterportChris Gottlieb | ディレクター — ドライブとコントロール • KollmorgenBill Paczkowski | PACEdge のシニア プロダクト マネージャー • EmersonCraig Scott | CEO 兼社長 • MFGxボアズ アイデルバーグ | CTO • SAAR Inc.プラミット・ナンディ | 製品マーケティング マネージャー — 16 ビット マイクロコントローラー部門 • Microchip TechnologyJP Wollersheim | 製品管理担当シニア ディレクター • Matterport

デジタルトランスフォーメーション (DX または DT) は、ソフトウェア、プログラム可能なハードウェア、および運用テクノロジー (OT) を適用して、企業の業務と最終製品をより良い方向に根本的に変革することです。 DX プログラムは、業界団体、機械製造業者、またはその他の幅広い企業によって実施されます。 通常、関与する OT には、マシン監視システム、接続、オンライン Web およびクラウド アクセス、特にモノのインターネット、IIoT、または Industrie 4.0 機能を備えたツールが含まれます。

パツコウスキー:フォグ コンピューティングには、サイトのローカル ネットワーク上でのデータの処理、保存、処理が含まれます。 センサーや PLC などのエッジ デバイスの機能は向上していますが (エンタープライズまたはクラウドベースのリソースは非常に優れた機能を備えています)、オンサイト フォグ コンピューティングにより、ユーザーは大量のデータを安定して低遅延かつ安全な方法で効率的に操作できるようになります。

エマソンは、ハードウェアおよびソフトウェア技術の完全に統合されたポートフォリオを提供し、エンジニアがエッジにあるフィールドデバイスから制御パネルや制御室、さらにはエンタープライズやクラウドに至るまで、あらゆるレベルで新しい機器と従来の機器のデジタル変革を実現できるようにします。

ナンディ:複雑な製品には、接続された安全なデバイスが必要です。 マイクロチップのソリューションは、セキュアなブート、セキュアなファームウェアのアップグレード、セキュアな通信、および相互認証により M2M セキュリティをサポートします。 当社のソリューションを使用すると、ユーザーはネットワークの可用性を高め、リモート展開を安全に実行できます。

産業システムの堅牢性、信頼性、安全性もこれまで以上に重要になっています。 いくつかのアプリケーションでは、安全要件が正式に定められ、義務付けられていますが、他のアプリケーションでは、安全性と信頼性を高めることで製品を差別化するために実装されています。 マイクロチップの機能安全ハードウェア、ソフトウェア、およびドキュメントは、エンジニアが非常に堅牢で安全性に準拠したシステムを設計するのに役立ちます。

パツコウスキー:エッジ対応 IPC は、開発者が分析やその他の高度なコンピューティングを迅速に展開できるフォグ環境として機能します。 もう 1 つのオプションは、決定論的な PLC タイプのリアルタイム制御と汎用の PC タイプのコンピューティング リソースを備えたエッジ コントローラーを使用するハイブリッド プラットフォームです。

実際、フォグ コンピューティングは、ソリューションをクラウドに拡張する前に、ローカルでソリューションを開発するための優れた足掛かりとなります。 さらに、データ転送コストが多額になる可能性がある、データ集約型のデジタル変革アプリケーションが数多くあります。 ここで、データを他の企業資産に一括して移動する前にデータを集約して前処理するには、フォグ コンピューティング ソリューションが推奨されます。

プロセスワークフロー最適化イメージ: Dreamstime • Tsingha25

最も成功したデジタル変革は、経営陣から季節ごとの工場従業員に至るまで、組織内のすべての従業員を巻き込み、定量化された結果と従業員からのフィードバックに応じて継続的に進化します。

しかし、デジタル変革への取り組みは、組織内のチームによって開始されるか、コンサルタントを雇って開始されるかにかかわらず、既存の企業、特に生来懐疑的なエンジニアからの反発に直面する可能性があります。 この問題をさらに悪化させるのは、DX をサポートする製品が機能するために本質的に補完的な要素の採用に依存していることです。 つまり、特定のスマート センサー（例を挙げると）は、より壮大な取り組みをサポートするために、数十の他の異種コンポーネントや要素の採用と統合が必要になる可能性があります。 場合によっては、そのようなコンポーネントやツールのサプライヤーは、通信用の IoT 機能を宣伝するマーケティングを避け、その代わりに業界の特定のビジネス上の懸念事項に対処します。

ビジネスモデルのデジタル変革をサポートするのに最も適したサプライヤーは、エンジニアリングと製造における長い歴史と、データ分析を活用したスマートな製品とサービスを備えた広範な製品ラインを持つサプライヤーです。 すべての組織には、（解決できれば）ビジネス モデルの飛躍的な進歩を意味する可能性のあるミッションクリティカルな問題がありますが、これらの問題は初期段階の DX トライアルで取り組むべきではありません。 改善が必要な、より管理しやすいプロセスから小規模に始めるのが、最初の展開に対する最も賢明なアプローチです。

三菱電機オートメーション株式会社は、ユーザーが新しいオートメーションコンポーネントを施設に導入する際に、製造プロジェクトの設計と構築を迅速化できるようにするための MELSOFT Gemini 3D シミュレータ ソフトウェアをリリースしました。 Geminiは、さまざまなソフトウェアや工場機器と接続することで、作業プロセスの可視化、シミュレーション、合理化を実現します。 Gemini は PC ベースの 3D デジタル空間を使用して動作し、OPC サーバーを経由せずに工場のデバイスに直接接続します。 これにより、OPC環境に比べて約12倍の速さでデジタル空間で3Dデータを更新することが可能になります。 エンジニアは検証目的でこのソフトウェアを使用するため、機械やシステムの自動化ロジックをテストおよびデバッグできるだけでなく、建設予定の生産施設の動作を建設前にチェックすることもできます。

DX を成功させるための最初のステップは、企業内に残る問題、または当面の業界全体に影響を及ぼす問題を定義することです。 業界の違いにもかかわらず、産業オートメーション、エネルギー管理、ビルディングオートメーション、データセンター、公益事業には共通の課題が見られます。 解決策が必要な問題に最も精通しているのは、情報技術 (IT) 担当者と、運用や基幹業務サービスを直接サポートしている担当者です。 また、次のような接続に関するウィッシュ リストを持っている可能性が最も高いグループでもあります。

• 自動化機能 (デバイス、制御、マシン、およびクラウド統合による) または • IIoT 機能にとって非常に重要なデータ アクセスと使用。

前者の場合、主要なトレンドには、エッジ コンピューティング (産業用ゲートウェイの使用を含む) の台頭のほか、クラウド接続、イーサネット ベースのネットワーク、産業用コンポーネントの無線通信、さまざまな形式の標準化プロトコル、オープンソース プログラミングをサポートするサービスが含まれます。コードを統合し、ソフトウェア環境を統合して相互運用性を促進します。 後者の場合、自動化された企業データ共有と高度な分析および人工知能 (AI) が、DX の取り組みを主導する IoT 機能です。 このような DX の実装は接続性を重視する性質があるため、多くの組織が IT 部門を通じて資金提供とサポートを行っており、その代わりに組織が開発、展開、または採用している IoT ネットワーキング、データ ストレージ、改善プログラムを常に最新の状態に保つ必要があります。

AP およびその他の標準と互換性のある Festo CPX-AP-I システムは、シームレスな通信を保証します。 分散型 I/O により、高度な設計機能が実現します。

組織が DX の取り組みに基幹業務チームを関与させると、研究開発、エンジニアリング、運用、メンテナンス、および企業チームが直面する課題の解決に役立つことがよくあります。 このような運用上の問題を解決することは、最終的にはエンドユーザーや組織と連携する他の外部エンティティに利益をもたらします。

ヴォルラースハイム:当社は最近、あらゆる不動産やポートフォリオを大規模に分析できる独自の AI である Property Intelligence を導入しました。 これらの洞察は、管理者がビジネスクリティカルな質問に答え、実践的な分析にかかる時間を大幅に短縮するのに役立ちます…そして多くの場合、以前は得られなかった洞察を生成します。 実際、Airbnb は最近、プロパティ インテリジェンスを活用して、アダプテッド ブランドの住宅コレクションを分析および検証し、移動が必要なゲストのアクセシビリティ基準を満たしていることを確認しました。

アイデルベルク:当社は、人々に補助的な移動を提供するために、RoboChair と Exollent という 2 つの人工知能 (AI/ML) 製品ラインを間もなく提供する予定です。 どちらも 3 つの異なるコントローラーで実行できます。 立つのに助けが必要な高齢者には、バンバンオンオフコントローラーで十分かもしれません。 あるいは、特定の動作プロファイルを実行する PID コントローラーが患者のリハビリテーションに役立つ可能性があります。 あるいは、何百もの最適化されたニューラル ネットワーク パラメーターを備えた強化学習 (RL) モーション コントローラーが自律機能を駆動して、高度障害のある患者を支援する可能性もあります。 後者は、相反する安全性、スピード、パワー、快適性パラメータのバランスなど、報酬関数を使用してパフォーマンスを最適化するためのシミュレーションを介して学習します。 このシステムは、ジャイロメーター、位置センサー、力センサーを介して環境を追跡し、自律アクチュエーターを駆動します。 RL シミュレーションが最大の報酬を達成すると、ニューラル ネットワーク制御パラメーターが実際のシステムに展開され、モデルフリー コントローラーとして実行されます。

産業オートメーションをターゲットとした一部の AI は、プラントや機械を分析して、管理者がビジネスクリティカルな質問に答え、有用な分析を入手するのにかかる時間を最小限に抑えるのに役立ちます。 画像: Adob​​eStock

いわゆるデジタル ツイン (または仮想またはデジタル レプリカ) の使用は、産業オートメーションのデジタル トランスフォーメーション (DX) の中核です。 これらのデジタル ツイン (本質的には現実世界のマシン、プロセス、システム、オペレーティング環境、製品のソフトウェア ベースのコピー) は非常に正確です。 それは、デジタル ツインが以前の設計のパフォーマンスから収集された大量のデータに基づいているためです。 設置された機器のセンサーからのフィードバック。 そして高度なレプリケーションコーディング。 その結果、組織が効率的かつコスト効率の高い方法で設計を探索、制御、最適化できるモデルが生まれました。

さらに、デジタル ツインは、相互接続された IIoT システム間の通信をサポートします。 それは、これらのデジタル モデルでは、コンポーネントのパラメーターと相互に関連する定義のプログラムによる記述が標準化される傾向があるためです。 最終的には、より小さなバッチ サイズでジャストインタイムのアプローチで製品を出力できるようになります。 相互接続された機械モジュールと制御のデジタル定義により、迅速な切り替えや再構成 (特殊製品を一時的に出力するなど) もより実現可能になります。

ゴットリーブ:コルモーゲンは最近、コード不要のペーパーレススマート製造プラットフォームである MBrain ソリューションを販売するための市場投入契約を MTEK と締結しました。 MBrain は、ライン設定の作業指示など、企業の複雑さを大規模に処理します。 後者は、モーション コントロールを使用したり、あらゆる面で製造中に取得されたデータを分析したりする機械製造業者にとって役立ちます。 MBrain ユーザーは、大幅な改善を実現しています。紙媒体やトレーニングやオンボーディングの大幅な節約に加えて、バリュー ストリームのスループットが 70% 向上することさえあります。 MBrain ソリューションは、Microsoft Azure クラウドベースの構成、オンプレミス構成、またはハイブリッド構成に自然に融合します。 つまり、MBrain は、設計エンジニアが製品の品質、稼働率、人材配置を向上させるのに役立ってきました。

デジタルツインの使用は、産業オートメーションのデジタル変革における中心的なアプローチです。 画像: Ekkasit919

トンプソン:当社は施設管理のデジタル変革をリードしています。 当社のスキャンとソフトウェアを使用すると、運用では写真のようにリアルな 3D で建物をキャプチャできるため、ROI が向上し、施設の設計、管理、メンテナンスのコストが削減されます。 Matterport デジタル ツインは、施設、マシン、エリアの物理的なコンテキストへの没入型アクセスを提供します。 最近、John Deere は、世界中の 60 以上の施設のリモート管理にデジタル ツイン プラットフォームと 3D キャプチャ テクノロジーを採用しました。

これは、構築された生産スペースの Matterport 3D ワイヤーフレーム デジタル ツインです。

スコット: MFGx の Fuuz は、複雑なプロセスを持つ企業にサービスとしてのプラットフォーム (xPaaS) 機能を提供します。 より具体的には、Fuuz xPaaS は、事前に構築された産業用アプリと、迅速かつ簡単に学習できる一貫したユーザー エクスペリエンスにテクノロジーを統合する、プロコードからノーコードまでのアプリ開発ツールを提供します。 スタンドアロン アプリを迅速に導入し、既存のソフトウェアに接続することで、企業はデータを取得できます。 さらに、プロセス、人、マシンを 1 つのエコシステムに統合できます。 実際、このソフトウェアはすべてのオープン データ ソースを統合および拡張し、企業が現在のソリューション、産業機器、オペレーティング システムを活用できるようにします。統合機能により、設計エンジニアは企業内のデバイスや他のデータベースやサイトに接続できます。

最も効果的な DX の実装は、サイバーセキュリティ保護を優先しながら、ビジネス システム全体で (特に IIoT が継続的に進化するにつれて) 運用できるものです。 DX の取り組みで機械メーカーやプラントをサポートする能力が最も高いコンポーネント サプライヤーやソリューション ベンダーは、特定のプロトコル、ソフトウェア ツール、設計エコシステムを標準化する包括的なパートナー ネットワークに接続している企業です。 これらにより、さまざまなベンダーのテクノロジー要素を組み合わせて、カスタマイズされたエンドツーエンドの IoT ソリューションを構築できるようになります。場合によっては、ライセンスを取得したインテグレーターまたは特定の業界向けに設計されたデジタル サービスからの継続的なサポートが完了します。

DX アプローチを採用する OEM や施設にとっての利点には、コネクテッド企業が最も機敏で柔軟な生産ルーチンに対応できるため、カスタマイズされた最終製品 (食品から電子機器、家庭に至るまで) に対する 21 世紀の需要を満たすことができることが含まれます。

場合によっては、DX により、(分析または AI によって処理された) データを販売可能な製品に変える新しいビジネス モデルが可能になります。 これは、サブスクリプションベースまたは付加価値のあるマシン監視製品の形を取ることができます。 エンド ユーザーにとっての利点は、技術者が飛行機で施設に向かうのを待たずに、問題をリモートで解決できることです。

デジタル トランスフォーメーション ソリューションは、ほぼ常に拡張可能であり、OEM とエンドユーザーが 1 か所で新しいシステムを実験し、設計および学習した内容を後でさらに多くの場所で活用でき、多くの場合、規模の経済による大幅な節約が可能になります。

また、DX は、固有の非効率性と (特に製造における) 労働力不足によって制限されていた従来の単一列の生産ラインから自動化施設を解放します。 AI は特に人事機能を補完し、より微妙な工場フローを可能にし、人間をデータ分析から解放し、状況のコンテキストを評価して、いわゆる真ん中が欠けているそして現実世界の行動に情報を与えます（場合によってはトリガーすることもあります）。

場合によっては、産業サプライヤーとの長期的なパートナーシップにより、ベンダーやエンドユーザーが DX の取り組みを常に最新の状態に保つことができます。 このような取り決めでは、製品中心のビジネスは重視されず、サポート サービスとオペレーティング プラットフォームが重視されます。 さらに、段階的な設計アプローチ (生産アプローチなど) は、より柔軟な設計およびプロトタイピングのアプローチに移行する必要があります。 ここでは、ほとんどサイロ化された社内設計チームが関与する典型的な試行錯誤の反復プロセスが、オープンで総合的な設計作業に置き換えられます。

そういったアプローチを支えるのがいわゆるデザインです生態系産業用サプライヤーからのプラットフォーム。 このような製品を完成させるために、サプライヤーは多くの場合、産業オートメーションに適用できるデジタル サービスを専門とするプロフェッショナル サービス会社と提携します。 その結果、特定の自動化操作を対象とした一連のスループット分析、予知保全、資産追跡、顧客サービス、エネルギー最適化ツールが実現します。 サプライヤーと長期的な関係を持つ最大手の機械メーカーは、ビジネス上の問題の分析やオーダーメイドの DX ソリューションの支援を期待できます。

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