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WISE-4000によるワイヤレスデバイスツークラウドのソリューションで、金属加工工場向けの軽量機械管理システムを実現

2018/05/21

アドバンテックは、Microsoft Azureクラウドサービスと互換性のあるWISE-4000ワイヤレスI / Oモジュールを使用して、軽量のデバイスツークラウドのファクトリーマシン管理システムを構築しました。 このソリューションは、従来の中小規模の加工工場が生産ラインをアップグレードし、生産管理を最適化し、安価な予算で設備稼働率/管理効率を向上させるのに役立ちます。

プロジェクト概要

センサ、ネットワークインフラストラクチャ、クラウドプラットフォームなどの産業用IoT(IIoT)テクノロジーを導入することで、製造業界は機器の接続性、設備の監視、およびその他の工場管理アプリケーションを実現できるようになりました。 ただし、ほとんどの既存の生産ラインや工場環境では新しいケーブルを敷設することは比較的難しいため、追加の監視およびネットワークデバイス用のスペースを作ることはさらに困難な場合があります。 中小規模の製造工場にとって、工場の設備管理システムを導入するために高価なハードウェアとソフトウェアに対する多額な投資は、非常に大きなネックとなっています。 さらに、システム統合とその後の保守管理プロセスが複雑すぎる場合、リソースが限られているベンダーは、既存のシステムを改善するための最初の一歩を踏み出すことがさらに難しいです。

アドバンテックは、WISE-4000シリーズワイヤレスI / Oモジュールとワイヤレスセンサーノードを使用して、設備管理と施設監視システムを既存の運用に組み込みたい中小規模の工場向けに軽量機械のIoTソリューションを作成しました。 WISE-4000シリーズは、他の多くの機能に加えて、データ収集、データロガー、データ前処理、およびIIoTクラウド接続ツールを提供します。 このシステムの利点には、コンパクトなサイズと簡単なインストール、およびクラウドプラットフォームの統合を実現するためにデータケーブルとゲートウェイをセットアップする必要がないことです。 これにより、システムアーキテクチャに関連する複雑さが軽減されるだけでなく、IoTアプリケーションの導入を検討する上で製造工場が直面するスペースやコストなどの多くの問題も解決され、製造業者はIoTテクノロジーをより手軽に導入できます。

システム要件

この自動車産業向けの金属部品の製造を専門とする日本のメーカーは、製品の設計/開発、金型製造、プレス加工、組み立てなどのサービスを提供しています。精密機械加工技術により高品質の製品を量産することができますが、さまざまな種類の部品を製造するための新しい加工方法も積極的に開発しています。ただし、生産ラインでは、それらの操作モードは依然として、手動でデータを読み書きする従来の方法を使っていました。次に、オペレーターは、シフトが終了する前に、すでに紙に書かれている生産情報をコンピューターシステムにコピーする必要があります。これは時間がかかるだけでなく、人的ミスの可能性ももたらします。管理上の観点からは、これは、リアルタイムのプラント生産ステータス情報が単に利用できないことを意味します。したがって、唯一の選択肢は、生産ラインからの定期的なレポートを待つことです。このため、設備の稼働率や材料の状態に関する正確なデータを取得することは事実上不可能になります。その結果、経営陣は過去の経験に基づいてのみ作業指示書を手配できます。たとえ生産効率を上げたいとしても、正確な参照データにアクセスできないため、どこから始めればよいかを判断するのは困難です。

これらの理由により、金属加工工場は、通信およびIoTテクノロジーを組み込むことにより、工場の設備管理の透明性を高めることを決定しました。 このソリューションでは、主要な生産設備に関するリアルタイムの情報を取得できるだけでなく、工場内のさまざまな設備をリアルタイムで監視できる必要もありました。 利用可能な工場スペース、システム構築コスト、および人的資源を検討した後、同社はワイヤレス伝送を使用してデータを収集するソリューションを採用することにしました。 さらに、導入プロセスを加速し、独自のクラウドシステムを開発するための初期費用を節約するために、同社はMicrosoftのAzureパブリッククラウドプラットフォームを採用することも決定しました。 また、将来的にシステム機能を簡単に調整または拡張できるように、拡張性も求められました。

システム詳細

ほとんどの現場設備は、PLCのないプレス機か、通信ポートが開いていないクローズドシステムでした。 機器のさまざまな状態に基づき、アドバンテックのWISE-4000シリーズとEKI-6332GN Wi-Fiアクセスポイントから複数のIoTワイヤレスI / Oモジュールが採用され、金属加工プラントの需要に応え、生産機器をネットワーク化し、生産設備全体の監視を可能にしました。

クライアントは生産設備との接続において、130台のプレス機械によって実行されたプレスの数に関する統計を収集できることを望んでいました。したがって、各プレス機械にはWISE-4050 Wi-Fi IoTワイヤレスI / Oモジュールが搭載されており、包括的な機器ステータスデータ収集を実現しました。 WISE-4050モジュールは、最初に各機器から収集されたデータにタイムスタンプを付けてから、データの暗号化、フォーマット変換、クラウド認証などの一連のプロセスを実行します。次に、データはHTTPS経由でAzure IoT Hubにアップロードされます。そこで、機器の動作ステータス情報が分析されるか、Power BIなどの視覚化ツールを使用して、クライアントの要求ごとにカスタマイズされたレポートとしてデータが表示されます。このタイプの工場情報の透過性により、管理担当者は、Azureクラウドプラットフォームを介して、個々のプレス機械によって実行されるプレスの数、各ワークピースの処理に必要な時間、マシンの起動/シャットダウンの回数など、あらゆるタイプの情報を管理できます。透過的な生産プロセスを使用して設備の稼働率を高め、ラインバランス率を安定させることにより、生産作業指示書を手配することもできます。

事前統合により、WISE-4000シリーズワイヤレスI / Oモジュールは、MicrosoftのAzure IoT Hubに対応しています。このようなシステムでは、コンピュータをゲートウェイとして機能させたり、データ変換プログラムを作成したりする必要はありません。システムのアーキテクチャに関連する全体的な複雑さとハードウェアコストの両方が大幅に削減されます。タイムスタンプ付きデータロガーとブレークポイントレジューム機能に関して、ネットワーク接続が不安定な場合でも、最初に一時的にデータをローカルのモジュールに保存できます。ネットワーク接続が回復したら、データをクラウドにアップロードして、データの整合性と正確性を確保できます。金属加工工場の要件は毎秒データを送信することですが、プレス機は非稼働時間中はアイドル状態にすることができます。したがって、WISE-4000モジュールのデータアップロード設定を変更することにより、マシンのステータスが変化した場合にのみデータを送信できるため、ネットワーク帯域幅を節約できます。さらに、大量のデータが収集されてネットワーク帯域幅が不十分になった場合は、タイムスタンプ付きのデータを一時的にモジュール内に保存できるように、Webインターフェースを介して設定を変更できます。次に、データ蓄積の基準が満たされると、すべてが一緒にアップロードされます。

実装されたアドバンテック製品

  • WISE-4050: 4chデジタル入力および4chデジタル出力IoTワイヤレスI / Oモジュール
  • WISE-4051: RS-485搭載8チャネルデジタル入力IoTワイヤレスI / Oモジュール
  • WISE-4060: 4チャンネルデジタル入力および4チャンネルリレー出力IoTワイヤレスI / Oモジュール
  • WISE-4012: 4チャンネルユニバーサル入力および2チャンネルデジタル出力IoTワイヤレスI / Oモジュール
  • WISE-4220-S231: 温度および湿度センサを内蔵したWi-Fi IoTワイヤレスセンサノード
  • EKI-6332GN: IEEE 802.11b/g/n Wi-Fi AP/クライアント

システム構成図

結論

透明性の高いスマートな工場管理を実現することは、大企業だけでなく、それ以上のメリットがあります。 従来の中小規模の工場は、軽量設備のIoTシステムアーキテクチャを使用して、スマートな工場にアップグレードすることもできます。 このようなシステムでは、自動データ収集が可能な外部デバイスを使用して、データを手動で読み取り、記録する従来の方法を置き換えることができるため、オペレーターは工場内の個々の機器の動作状態を正確に把握することができます。

アドバンテックのクラウドIIoTソリューションを使用することで、ワイヤレスネットワーク伝送とハードウェア構築コストの節約を実現することで、クライアントは生産状況を完全に制御し、運用効率を向上させることができました。 アドバンテックのソリューションが導入された同月の金属加工工場のプレス機稼働率は、前年度と比較して26%増加しました。 このシステムにより、生産能力の向上に加えて、工場の生産状況を管理者が正確に制御できるようになり、 クライアントは生産を最適化し、受注受付ポリシーを確立できるようになりました。これにより、顧客満足度を向上させるために、製品が予定通りに配送されることが保証されます。 このケーススタディは、中小規模の工場でもIoT導入によりスマートな製造施設へ移行するのが可能であること示す良い例です。