Kraft Foods​社​の​製造​設備​に​グラフィカル​システム​開発​を​適用、​「EASY MAC」​と​コーヒー​の​パッケージ​ン​グ​ライン​に​インテリジェント​な​不具合​検出/​解析​機能​を​実現

Alok Sarwal, Handeportal Systems

"グラフィカル​システム​開発​プラットフォーム​で​ある​LabVIEW​が、​この​アプリケーション​において​鍵​を​握る​要素​で​した。​LabVIEW​により、​リアルタイム​対応​の​検出/​解析​プラットフォーム​を​迅速​に​開発​する​こと​が​でき​ま​した。" ​

- Alok Sarwal, Handeportal Systems

課題:

不具合​の​検出​用​に​高度​な​診断/​点検​ツール​を​開発​し、​製造​ライン​の​パフォーマンス​を​最大限​に​高め​て​装置​の​ダウン​タイム​を​短縮​する。 ​

ソリューション:

NI​の​COTS​の​ハードウェア​と​LabVIEW​を​使用​し​て、​パッケージング​用​の​機械​に​適用​する​診断​ツール​を​開発​する。 ​

 

機械​の​誤動作​や​減速​による​処理​効率​の​低下​は、​すべて​の​製造​ライン​に​共通​する​悩み​です。​機械​が​高速​に​動作​する​こと​が、​問題​点​の​分離​を​困難​に​する​ケース​が​あり​ます。​また、​機械​の​故障​や​その他​の​予期​せ​ぬ​障害​の​発生​原因​を​製造​ライン​の​作業員​が​誤​って​認識​し、​記録​や​問題​の​特定​を​行​わ​ない​まま​放置​し​て​しまう​ケース​も​少​なく​ありま​せん。​加​えて、​複数​の​ステージ​で​構成​さ​れる​システム​の​場合、​1​つ​の​問題​や​誤動作​が​別​の​問題​を​引き起こす​という​ドミノ​現象​によって​元​の​問題​が​特定​し​に​く​く​なり​ます。​さらに、​問題​が​不規則​に​発生​した​り、​長い​時間​を​かけ​て​出現​した​り​する​場合​に​は​原因​の​特定​が​より​一層​難​しく​なり​ます。

 

この​よう​な​問題​を​解決​する​ため​に、​世界​有数​の​食品/​飲料​企業​で​ある​Kraft Foods​社​の​研究者​ら​が​開発​した​の​が​ROME(Remote Observer of Manufacturing Equipment)​です。​ROME​は、​システム​の​障害​に​つながる​イベント​を​再現​する​ソリューション​です。 食品/​飲料​用​機械​を​対象​として​設計​さ​れ​た​診断​ツール​で​あり、​航空機​で​使​われる​フライト​レ​コーダ​に​似​てい​ます。​信号​の​データ​と​複数​の​カメラ​で​撮影​した​動画​を​統合​し、​タイム​スタンプ​を​付加​した​うえ​で​一連​の​データ​として​提供​し​ます。

 

ROME​は、​当社​(Handeportal Systems​社)​が​開発​した​AMS(Advanced Manufacturing System)​アプローチ​の​産物​です。​AMS​は、​高度​な​診断/​点検​ツール​を​開発​し、​装置​の​処理​効率​の​低下​に​つながる​問題​に​対処​する​こと​により、​製造​ライン​の​パフォーマンス​を​最大限​に​高め​て​ダウン​タイム​を​短縮​する​こと​を​目的​と​した​もの​です。​ROME​は、​適切​な​動画、​デジタル​データ、​アナログ​データ​を​収集​する​ため​に​必要​な​すべて​の​計測​器​を​提供​し​ます。​加​えて、​それらの​データ​を​解析​し、​高速​に​動作​する​装置​の​停止/​減速、​生産​ライン​の​処理​効率​の​低下​といった​深刻​な​問題​を​診断​する​ため​に​必要​な​ツール​を​提供​し​ます。

 

ROME​は、​高​解像度​の​カラー​ビデオカメラ​を​少なくとも​2​台​装備​し​ます。​シーン​対応​の​カメラ​によって、​30​~​60​フレーム/​秒​の​速度​で​データ​を​集録​する​こと​が​可能​です。​また​ROME​は、​最大​265​の​デジタル​入力​(5​~​250 VDC/​VAC​の​光​絶縁​入力​電圧)​に​対応​し​ます。 加​えて、​4-20mA​アナログ​信号​(12​ビット​分解能)​を​16​本​入力​可能​です。​さらに、​リアルタイム​クロック​も​内蔵​し​てい​ます。​なお、​機械​の​制御​システム​の​動作​に​影響​を​与える​こと​が​ない​よう、​出力​は​設け​ら​れ​てい​ま​せん。

 

解析​が​必要​な​デジタル​トリガ​(つまり​は​不具合)​を​検出​すると、​高速​な​フレームグラバ​によって​最大​10​秒間​分​の​動画​が​ROME​に​集録​さ​れ​ます。​ROME​は、​最大​80​件​の​独立​した​10​秒間​の​イベント​の​データ​を、​10​秒間​分​の​バッファ​で​連続​的​に​集録​する​こと​が​でき​ます。​つまり、​任意​の​時点​に対し、​その​前​の​10​秒間​分​の​データ​が​保存​さ​れる​という​こと​です。​また​ROME​を​使​え​ば、​任意​の​メーカ​や​種類​の​PLC​を​装備​する​機械​の​監視​が​可能​です。​現在​は、​初代​の​ROME​を​アップ​グレード​した​ROME-2​の​開発​も​完了​し​てい​ます。​いずれ​も​当社​(Handeportal Systems​社)​が​開発​しま​した。

 

ROME-2​の​プロトタイプ​は、​研究所​における​開発/​試験​を​経​て、​実際​の​製造​ライン​に​設置​さ​れ​てい​ます。​この​システム​は、​さまざま​な​製造​ライン​に​メリット​を​も​たら​し​てい​ます。​現在​では、​装置​全体​の​処理​効率​の​向上​に​つながる​主要​な​不具合​検出/​診断​ツール​で​ある​と​見​な​さ​れ​てい​ます。

 

当社​は​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​(NI)​の​COTS(商用​オフザシェルフ)​の​ハードウェア​コンポーネント​を​使用​し、​約​2​万​米ドル​(約​220​万​円)​の​コスト​で​ROME-2​の​プロトタイプ​を​開発​する​こと​が​でき​ま​した。​ベース​の​開発​を​行​っ​た​の​は、​データ​集録​機能​や​ビジョン​機能​を​搭載​する​ロボット​の​リアルタイム​プログラミング​を​専門​と​する​コンサルタント​ら​です。​物理​的​な​インタフェース​は​製造​ライン​では​邪魔​に​なる​可能性​が​ある​ので、​ROME-2​向け​に​は​カスタム​の​インタフェース​が​開発​さ​れ​ま​した。​ROME​において​非​侵襲​的​な​メカニズム​を​実現​する​ため​に、​集録​する​データ​信号​は​多重​方式​で​伝送​し​ます。​それ​により、​プラント​制御​装置​が​備える​高​解像度​の​LED​から​の​高速​デジタル​トリガ​を​検出​し​ます。

 

また、​FireWire®​に​対応​する​ハードディスク​ドライブ​を​追加​する​こと​によって、​ストレージ​リソース​を​ホット​スワップ​できる​よう​に​しま​した。​この​ストレージ​に​は​不具合​に​対応​する​トリガ​の​シーケンス​を​大量​に​保存​する​こと​が​でき​ます。​一方、​プラント​の​作業員​は、​この​ハードディスク​ドライブ​を​ホット​スワップ​し​て、​データ​解析​や​不具合​の​検出​を​行う​こと​が​可能​です。​この​ツール​の​全般​的​な​目標​は、​ダウン​タイム​を​短縮​し、​予測​保守​の​概念​を​取り入れる​こと​によって、​コスト​を​大幅​に​削減​する​ことに​あり​ます。

 

グラフィカル​システム​開発​プラットフォーム​で​あるLabVIEWも、​この​アプリケーション​の​鍵​を​握る​要素​で​した。​LabVIEW​を​活用​する​こと​で、​リアルタイム​の​検出/​解析​プラットフォーム​を​迅速​に​開発​する​こと​が​でき​ま​した。​LabVIEW​では、​容易​に​さまざま​な​OS​を​ターゲット​に​する​こと​が​可能​です。​そのため、​Windows​環境​で​プロトタイプ​を​開発​し、​リアルタイム​OS​を​搭載​するPXI​ベース​の​組​込​コントローラに​デプロイ​する​こと​が​でき​ま​した。​NI​が​提供​する​COTS​の​ハードウェア​は、​標準​規格​に​基づく​ことに​加​え、​耐久性​が​求め​られる​製造​環境​へ​の​配備​に​対応​可能​な​もの​です。​また、​NI​の​営業​と​製品​の​専門​家​による​技術​的​な​サポート​は、​この​アプリケーション​に​固有​の​問題​を​解決​する​うえ​で​に​非常​に​有益​な​もの​で​した。

 

集録​後​の​処理

ROME​によって​集録​した​イベント​に対する​詳細​な​処理​は、​x86​対応​の​Microsoft .NET​アプリケーション​を​ベース​と​する​DataViewer​という​プログラム​によって​行い​ます。​DataViewer​の​ユーザ​フレンド​リ​な​GUI​により、​イベント​に​対応​する​バッファ​から​の​信号​データ​と​の​同期​を​と​っ​た​動画​フレーム​を、​ステップ​ごと​に​解析​する​こと​が​でき​ます。

 

解析​において​は、​複数​の​分解能​を​選択​する​こと​が​可能​です。​また​タイム​ウィンドウ​に​どの​信号​を​表示​する​か​は​ユーザ​が​選択​する​こと​が​でき​ます。​この​アプリケーション​は、​ある​プラント​において​すべて​の​アナリスト​に​配布​さ​れ​てい​ます。​ユーザ​は​オフライン​解析​により、​ある条件下で機械が最大のキャパシティで動作していなかったり、​時間​によって​動作​が​異​な​っ​たり​する​原因​を​把握​する​こと​が​でき​ます。​また、​最適​な​パフォーマンス​で​動作​する​基準​と​なる​システム​と、​動作​に​不具合​の​ある​システム​を​オンライン​で​比較​する​こと​も​可能​です。​このように、​基準​に​なる​もの​を​ベース​と​した​比較​(フィン​ガ​プリント)​は、​それ​以外​の​方法​では​特定​が​困難​な​不具合​を​予測​する​ため​の​有効​な​手段​です。

 

FireWire​は、​米国​および​その他​の​国々​における​Apple Computer, Inc.​の​登録​商標​です。

 

著者​情報:

Alok Sarwal
​Handeportal Systems
​Tel: 303-683-2509
a_sarwal@msn.com

Figure 1. ​ ​ROME can continuously capture data for up to 80 independent 10-​second “events” with a 10 second buffer. ​