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変化に適応できますか? モジュール式の製造プロセスが決め手

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)からレシピの更新までの変化の時代に、製造メーカは生産の柔軟性を実現するためにシンプルな手順を提供するモジュール式オートメーションを利用することができます。

今日、製造メーカは、サプライチェーン問題、人材不足、および厳格な安全注意事項などの新たな厳しい現実に直面しています。2020年の初めに、世界中で数百万人にものぼる人々が新型コロナウイルス感染症(COVID-19)に罹患し、日常生活をおくることが非常に困難な事態となりました。明るい兆しはありますか? 多くの製造メーカが、医療界やその他の関連業界によって必要とされている品目を生産することによって新型コロナウイルス感染症(COVID-19)に対して戦うことに奮い立ち、駆り立てられています。

この危機のために、製造メーカは生産を考察し、計画し、実行する方法を変更する必要があることに気づいています。新たなニーズや市場の需要に合わせるために、どのようにしたら生産規模を小さくしたり、生産を変更できるか、あなたやそのチームはお考えでしょうか? プラントの生産能力を転換したい、または軌道修正する必要がある場合に、モジュール式の製造プロセスは柔軟かつ迅速に対応するための速やかな、容易かつコスト効率の高い方法を提供できます。

私たちはプロセスオートメーションにおいて30年以上の経験を持っています。この経験から、新たな製造ニーズに応えてプロセスオートメーションを更新し、改造するための最も効率的な方法について質問されることがよくあります。製造メーカがプロセスで柔軟で適応性のある他の方法を考慮するために、こうした質問はこれまで以上に重要になっています。

お客様が新製品や原材料、サプライチェーンの混乱、設備の拡張、または既存の制御システムへの新たな変更に取り組んでいようとなかろうと、これらの2つの質問を考慮してください。

  • 使用しているシステムが製造ニーズに応じて迅速に変更でき、適応できるかどうか、どうしたら見分けることができるのでしょうか?
  • プロセス・オートメーション・システムを変更し、テストするのに必要な労力をどのようにして最小にしたらよいのでしょうか?

バッチ制御規格

プロセスの柔軟性およびモジュール性を決定する重要な特性の1つは、最初に制定されたInternational Society of Automation (ISA)のバッチ制御の規格であるANSI/ISA-88 (S88とも呼ばれる)に従っているかどうかです。S88規格は1995年にリリースされ、2010年に更新され、物理的機能を機械設備の用途や運用から分離するために用語とプロセスを設定しました。何ができるか(何を計測できるか、設備の機能は何か、など)と、どのようにして実施するか(手続き型の実行、処理手順、など)の間の区別を設定しています。

物理的な側面と手続き的な側面の分離により、処理システムのあらゆるニーズに応じて、新たな処理設備や既存設備の新機能から新体制のオペレーションや新製品までのさまざまなシナリオに対し、システムは容易に変更かつ調整可能です。

モジュール式の製造プロセスの変化: 共通シナリオ

モジュール性はオートメーションにおける新しいコンセプトではありません。このコンセプトを表すために、BASICのサブルーチンの例えを長く使用してきました。一度、記述された1つのコードは、コードを実行するために使用する設定を変えることによって多くの方法で繰返し使用できます。これが、モジュール性の利点であり強みです。

モジュール性の価値を紹介するために、製造メーカに共通であるいくつかの簡単な変更シナリオを見てみましょう。そしてその変化がS88に準拠するモジュール式プログラミングによってどのように容易にできるのかも見てみましょう。

  1. プロセスへの新しい原材料の追加。これは、また、既存の原材料の変更も表すことができます。単純な3つの原材料の添加物の混合過程を取り上げます。殺ウイルス剤のような新しい化学薬品をプロセスに追加して、ここでこの新たな原材料を追加するために10個の既存のレシピを変更したいとします。この過程を実行する最も効果的な方法は何でしょうか?
    • 非モジュール式ソリューション: モジュール式プログラミング原理に準拠しない典型的なプラントでは、新たな殺ウイルス剤の機能を追加するために各レシピを変更しなければなりません。これにはモジュール性のコンセプトがまったくないので、新たな原材料の機能のすべてをレシピごとに繰返す必要があります。
    • モジュール式ソリューション: モジュール式コンセプトを実装すると、新たな原材料の機能はオブジェクトとして実装されます。このオブジェクトは、オートメーションの観点から原材料の供給システムの完全な機能を表しています。それは、システムの機能用に記述されています。レシピは、これらのオートメーションオブジェクトを実行したり、呼出すために記述されます。そのため、すべての機能はオブジェクトに一度、書込まれると、次に実行するときにレシピによって呼出されます。

      すべてのレシピにではなく、必要な機能を一度だけ作成すればいいので、実装のための労力のおそらく90%も削減できます。これは、大きなコスト削減と時間の短縮になります。

  2. 新製品のレシピ。既存のシステムに新しいレシピを追加したい場合に、この例では、これらの機能的なオブジェクトを新たなユニークな組み合わせと順序で容易に結び付けることのできる利点を紹介します。
    • 非モジュール式ソリューション: 新規のレシピは、必要なすべての動作、すべての原材料の追加、すべての攪拌作業、すべての冷却、すべての搬送を実施するあらゆるコードを含みます。
    • モジュール式ソリューション: 新規のレシピは原材料の追加、攪拌作業、冷却、および搬送のためのオブジェクトへのリンクやポインタを使用します。

      レシピの実装に際してどれだけ労力を削減できるかは、レシピの複雑さによって異なります。レシピが複雑であればあるほど、削減の可能性は大きくなります。モジュール式プラントで新しいレシピを実装するには、単純な10段階のレシピの非モジュール式プラントに比べると20%未満の労力しか必要ありません。両方の例で、モジュール化の実装から追加の利益を実現できます。それには、コストの削減から、構成管理、テスト費用の削減、および迅速な変更プロセスなどがあります。両方の例で、モジュール式の実装からさらなる利益を実現できます。それには、コストの削減から、構成管理、テスト費用の削減、および迅速な変更プロセスなどがあります。

モジュール性: 柔軟性の決め手

これらの例からわかるように、S88で提供される分離コンセプトは制御機能のモジュール化を可能にし、そのため機能は小さな再使用可能なオブジェクトに格納されます。こうした小さな再使用可能なオブジェクトは、プロセスの物理的な世界の機能を表現します。設備機能を持つこれらのオブジェクトは、他のオブジェクトに影響を与えずにシステムを更新、変更、追加でき、システムから削除できます。このようにして、変更を行なうときの労力を削減します。結局のところ、今までに冗談っぽく「スパゲッティコード」と揶揄される一体となったプログラムに変更を加えようとしたことのない人はいるのでしょうか?

さらに、2番目の例でわかるようにこれらのオブジェクトは分離され、モジュール化されているので、新製品や新しいレシピのための必要に応じて、オブジェクトをたくさんの異なる、ユニークな方法で組み合わせることができます。S88のコンセプトとアイデアがコアとしてバッチ製造プロセスに書き込まれる一方、さまざまなプロセスに適用できます。

あまりにも単純化された抽象的な例はとても素敵に見えるけれども、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)との闘いのようなかなり重要なことをするのにこうしたコンセプトが役に立つのでしょうか?とお考えになるかもしれません。今まさに、多くの製造メーカがサプライチェーンの課題に適応中で、モジュール式の製造プロセスの柔軟性を導入しつつあります。製造メーカによっては、それをはるかに超えて、パンデミックに対応する公衆衛生の取り組みを助けるために、以前には決して生産しなかった次のような新製品の製造を手がけています。

  • 人口呼吸器 – ある医療企業はたった数週間で生産規模を拡大しました。
  • ウイルス試験 – ある多国籍のヘルスケアグループは新型コロナウイルス感染症(COVID-19)検査キットを製造するために生産ラインを転換しました。
  • 手指消毒剤 – ビールメーカや蒸留酒メーカは、この重要な需要に対応するために、高純度のエタノールレシピを生産するために迅速に適応しています。

モジュール式の製造はお客様にとって適切な選択ですか?

お客様のプロセスやオートメーションにとってモジュール化が向いているか決定する一番簡単な方法は、すべてのレシピの変更の度に設備機器の物理的なプロセスを変更しなければならないかどうか問うことです。物理的なプロセス変更に応じて複数のレシピを変更しなければならない場合、モジュール式システムは不向きです。モジュール式オートメーションの適切なリソースは、最新のANSI/ISA規格S88とS95です。これらは製造オートメーションのモジュール階層を取り上げており、両方の規格は最新かつ適正な製造基準です。

さらにモジュール式オートメーションのフレームワークに移行するには何をすべきでしょうか? 簡単な3つのステップで、さらに移行を進めることができます。

  1. 目標を決める。生産領域で柔軟な製造戦略とはどのようなものかを文書化します。何を達成したいか、関連する利益は何かを特定します。
  2. 計画を立てる。現在の設備機器やワークフローを評価し、S88コンセプトに詳しいオートメーションコンサルタントとそれを検討します。現在の実装システムが目標をどのようにサポートするか確認し、どこに改善の余地があるか明らかにします。
  3. 行動に移る。どのプロジェクトが目標を達成するかに基づいて投資に優先順位付けをし、変更を実装します。

当社のソリューションコンサルタントは、バッチ制御およびオートメーションの分野の専門家で、お客様がモジュール化の行程のどこにいようとモジュール化を進めるのを支援できます。絶え間なく変化する世界の中で、ロックウェル・オートメーションは新型コロナウイルス感染症(COVID-19)および今後出現するものを克服するために方向転換するすべての行程をお客様と共に歩みます。当社のコンサルタントサービスがどのように支援できるかについてをご覧ください。


Bruce Kane
Bruce Kane
Global Industry Technical Consultant, Life Sciences, Rockwell Automation
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