スマート​な​芝​収穫​機​で​生産​性​の​向上​と​コスト​削減​を​実現

Steve Aposhian、FireFly Equipment

「FireFly​社​では、​最新​の​技術​を​駆使​し、​LabVIEW RIO​アーキテクチャ​の​性能​を​活用​し​て​「スマート」​な​芝​収穫​機​ProSlab 155​を​開発​しま​した。​その​結果、​収穫​スピード​は​20​パーセント​向上​し、​ディーゼル​燃料​の​消費量​を​50​パーセント​削減​する​ことに​成功​しま​した」

― Steve Aposhian、​FireFly Equipment

課題:

さまざま​な​農場​条件​で​芝生​を​確実​に​効率​よく​パレット​に​載​せ​られる​高性能​な​自動​芝​収穫​機​を​開発​し、​生産​性​の​向上、​機械​の​運転​コスト​の​削減​を​実現​し​ながら、​安全​な​インターネット​ゲート​ウェイ​を​使​って​芝​収穫​機​を​リモート​で​監視​および​制御​する。

ソリューション:

LabVIEW​ソフトウェア​と​CompactRIO​ハードウェア​を​用​い​て、​現在​市場​に​出​て​いる​芝​収穫​機​より​も​20​パーセント​速い​スピード​で、​消費​する​ディーゼル​燃料​も​半分​に​抑え​て​芝生​を​収穫​できる​スマート​マシン、​ProSlab 155​を​開発​する。

効率​よく​芝​が​収穫​できる​高性能​な​自動​芝​収穫​機​を​開発・​販売​し​て​いる​FireFly Equipment​社​では、​革新​的​な​芝​収穫​機​ProSlab 155​を​開発​しま​した。​同​マシン​の​最新​の​機械​装置、​電気​装置、​ソフトウェアシステム​は、​LabVIEW RIO​アーキテクチャ​を​ベース​として​い​ます。​​NI​プラットフォーム​を​採用​する​こと​で、​メカトロニクス​を​担当​する​当社​の​ドメイン​エキスパート​は、​開発プロセスにマシンの自動化プログラミングを手早くシームレスに統合させて、​まったく​新しい​スマート​マシン​の​プロトタイプ​を​短時間​で​実現​し、​製品​の​市場​投入​に​かかる​期間​を​大幅​に​短縮​する​ことに​成功​しま​した。

 

従来​の​アプローチ                                                

業界​では、​切り出し​た​芝生​を​手作業​で​収穫​する​方法​が​依然として​主流​と​な​って​い​ます。​農機具​メーカー​は​何年​も​かけ​て、​芝生​の​切り出し​と​積み上げ​を​自動化​できる​機械​を​開発​し​て​生産​性​の​向上​を​図​ろうと​してき​ま​した​が、​従来​の​やり方​では、​開発プラットフォームが混在して一貫性が保てず、​生産​性​も​手作業​を​ほんの​わずか​上回る​程度​に​しか​改善​でき​ま​せん​で​した。​これらの​機械​に​は、​一般​的​な​アクチュエータ (油圧​シリンダー​制御​用​の​電動​バルブ​や、​モーション​コントロール​用​の​モータ​など) ​が​搭載​さ​れ​てい​ます。​これらの​コンポーネント​は、​単純​な​制御​では​問題​に​なり​ま​せん​が、​他の​プロセス​と​の​緊密​な​同期​が​必要​な​並列​動作​を​複数​実行​する​場合​や、​複雑​な​数式​演算​が​要求​さ​れる​高度​な​信号​処理​や​高速​モーション​制御​の​軌道​生成​を​行う​に​は​十分​では​ありま​せん​で​した。​さらに、​データ​処理​能力​が​限​ら​れ​て​おり、​システム​アーキテクチャ​が​クローズド​だ​っ​た​ため、​高度​な​機能​の​実現​や、​リモート​モニタリング​や​リモート​診断​を​行う​に​は​制限​が​ありま​した。

 

FireFly​で​の​アプローチ

上述​の​よう​な​弱点​を​把握​した​上​で、​当社​では、​芝生​を​自動​で​切り出し、​積み上げる​ため​の​複数​の​並列​処理​が​行える​スマート​な​機械​の​開発​に​着手​しま​した。​まず、​カッター​で​芝生​を​地面​から​持ち​上げ​て​四角​に​切り出し​、​それ​を​コンベヤ​で​機械​の​後方​部分​に​運び​ます。​構​台​に​取り付け​ら​れ​た​スタッカ​が、​切り​出​さ​れ​た​芝生​を​コンベヤ​から​パレット​に​移し​ます。​四角​に​切​ら​れ​た​芝生​が​パレット​に​積み上げ​られる​たび​に、​パレット​の​載​っ​た​フォーク​が​下がり、​地面​に​近​づ​い​てい​き​ます。​芝生​が​一定​の​厚み​まで​積み上げ​ら​れ​たら、​芝生​で​いっぱい​に​な​っ​た​パレット​は​地面​に​置​か​れ​ます。​その間、​空​の​パレット​が​入​って​いる​パレット​マガジン​が​新しい​空​の​パレット​を​出し、​フォークリフト​の​上​に​パレット​を​配置​し​ます。​そう​する​こと​で、​芝生​の​切り出し・​積み上げ​作業​が​中断​さ​れる​こと​なく​継続​でき​ます。​これらの​自動​システム​は​すべて​自​走​式​の​トラクター​で​実行​さ​れ​ます。​​芝生​の​収穫・​積み上げ​を​正確​に​効率​よく​実行​する​に​は、​これら​一連​の​動き​が​絶えず​同期​を​図​り​ながら​実行​さ​れる​必要​が​あり​ます。​この​機械​に​は、​合計​で​およそ​80​個​の​アナログ​および​デジタルセンサ、​100​の​デジタル​出力​が​搭載​さ​れ​てい​ます。

 

当社​では、​電動​サーボ​システム​に​協調​多​軸​軌道​生成​機​を​組み合わせ​て、​複雑​な​積み上げ​プロセス​に​必要​な、​高速/​高​効率/​高​精度/​スムーズ​な​モーション​制御​を​実現​しま​した。​この​機械​は​年間​数​百万​回​以上​の​サイクル​で​芝生​を​積み上げる​こと​が​でき、​作業​速度、​信頼​性​の​大幅​な​向上​に​役​立ち​ます。​さほど​複雑​では​ない​タスク​ (カッター、​フォークリフト、​パレット​マガジン、​駆動​システム​など) ​に​は、​従来​型​の​流体​動力​システム​を​使用​し​てい​ます。​今後​の​開発​を​容易​に​する​ため​に​は、​オープンで柔軟性に優れ、​高性能​な​プラットフォーム​が​必要​で​した。​それら​を​使​って、​開発、​試作、​最終​的​に​は​新しい​機械​を​世界中​に​展開​し​てい​く​予定​です。

 

LabVIEW RIO​アーキテクチャ

当社​は、​機械​に​従来​型​の​流体​動力​システム​と​電動​サーボ​システム​を​搭載​し​て​複雑​な​並列​動作​を​行う​の​に、LabVIEWCompactRIOプラットフォーム​を​活用​しま​した。​CompactRIO​の​モジュール​式​I/​O​を使用すれば、​さまざま​な​センサ​や​産業​向け​の​接続​方法​を​柔軟​に​選択​する​こと​が​でき​ます。​CompactRIO​の​リアルタイム​コントローラ​と​再​構成​可能​な​FPGA​シャー​シ​は、​高度​な​同期​を​必要​と​する​複雑​な​制御​システム​を​実装​する​の​に​最適​な、​カスタマイズ​可能​な​プラットフォーム​となり​ます。​LabVIEW​は​FPGA​や​リアルタイム​コントローラ​上​に​多く​の​並列​ループ​を​実装​する​こと​が​でき​、​複雑​な​数学​関数​を​多数​そ​ろ​えて​いる​ほか、LabVIEW SoftMotion Moduleや​Kollmorgen AKD​の​ドライブ、​モータ​とも​簡単​に​統合​できる​ため、​スマート​マシン​の​あらゆる​面​を​制御​する​の​に​最適​な​ソフトウェア​と​いえ​ます。​​さらに、​その​オープン​で​柔軟性​に​優​れ​た​作り​から、​LabVIEW​は、​ローカル​の​オペレータ​インタフェース​を​用意​した​り、​リソース​管理/​診断/​リモート​アップデート​を​一元​管理​し​たり​する​ため​の​確か​な​通信​アーキテクチャ​を​実装​する​の​に​も​役​に​立ち​ます。​この​よう​な​機能​は、​機械が世界中に展開され、​メンテナンス​が​必要​に​な​っ​た​とき​に​必須​です。

 

ソリューション​の​メリット

最新​の​技術​を​駆使​し、​LabVIEW RIO​アーキテクチャ​の​性能​を​活用​し​て​「スマート」​な​芝​収穫​機​ProSlab 155​を​開発​しま​した。​その​結果、​収穫​スピード​は​20​パーセント​向上​し、​ディーゼル​燃料​の​消費量​を​50​パーセント​削減​する​ことに​成功​しま​した。​この​よう​な​メリット​が​あっ​た​おかげ​で、​利益​も​向上​し、​商業​農家​にとって​は、​大幅​な​コスト​カット​に​つながり​ま​した。​2014​年​に​ProSlab 155​を​発表​し​て​以来、​市場​から​は​大きな​反応​が​あり、​市場​から​の​要求​に​応える​べ​く、​設備​を​拡張​し​て​いる​最中​です。​その​一方で、​R&D (研究​開発) ​へ​の​投資​も​継続​し、​インダストリアル​IoT (IIoT) ​を​活用​しよう​として​い​ます。​IIoT​が​発展​する​中​で、​FireFly​社​は​LabVIEW RIO​アーキテクチャ​を​活用​し、​お客様​に​さらなる​価値​を​提供​し​てい​きた​いと​考え​てい​ます。

 

お客様​情報:

Steve Aposhian
FireFly Equipment

図​1. ​ ​LabVIEW​は​使い​や​すく​柔軟性​に​も​優​れ​てい​た​ため、​4​人​の​メカニカル​エンジニア​は​たった​6​ヶ月​で​FireFly​の​スマート​マシン​を​開発​する​こと​が​でき​ま​した。 ​
図​2. ​ ​機械​に​含​ま​れる​すべて (40​個​の​油圧​バルブ、​5​軸​の​高性能​モーション、​150​チャンネル​以上​の​アナログ/​デジタル​入出力、​オペレータ​インタフェース、​30​以上​の​並列​制御​ループ) ​を、​たった​1​台​の​CompactRIO​で​制御​でき​た​ため、​別​の​サブシステム​を​用意​する​必要​は​ありま​せん​で​した。 ​
図​3. ​ ​FireFly​社​は、​従来​手作業​で​行​われ​てい​た​芝生​を​重ねる​作業​を​自動化​する​ことに​成功​しま​した。​それ​により、​生産​性​と​信頼​性​の​向上​を​実現​し​てい​ます。 ​
図​4. ​ ​FireFly​社​の​スマート​マシン​の​自動化​に​は、​複数​の​並列​プロセス (地面​から​芝生​を​切り取り、​四角に切り揃えてコンベイヤに載せ、​パレット​上​に​重ねて、​一定​量​重​な​っ​たら​地面​に​下ろす) ​の​管理​と​同期​化​が​必要​です。 ​