メカトロニクス vs. IoT: 包装ラインに本当に必要なものは何ですか?

ウォルト・ボーイズ 2023 年 3 月 12 日

すべての梱包作業が最新のテクノロジーを利用できるわけではありません。 しかし、手動および半自動の梱包では、生産性と生産量の観点からは限界があります。

メカトロニクスは包装ラインの改善に貢献しています。 今日の競争環境ではそれだけで十分でしょうか? それとも、インダストリー 4.0 と産業用モノのインターネット (IIoT) を受け入れることが、生き残るための唯一の希望でしょうか?

ここでは、決定に役立つ問題を見ていきます。 (付属のスライドショーでメカトロニクスと IIoT/インダストリー 4.0 の定義を参照してください。)

「メカトロニクスは機械システムと電気システムの融合であるため、これは伝統的にモーターにありました」とベッコフ オートメーションのパッケージング産業ビジネス開発マネージャーのリック フォースグレン氏は述べています。 「ここ数年で進化したのは、単一の機械コンポーネントに機械的動作と電気制御を組み込んだシステムです。」

これには、ベッコフの XTS インテリジェント トラック システムや XPlanar 磁気浮上式ムーバーなどのシステムが含まれるとフォースグレン氏は説明します。

このようなシステムを使用すると、企業は次のような目的で無限にカスタマイズ可能な非同期モーション プロファイルを活用できると Forsgren 氏は述べています。

• 製品を機械に供給し、任意のサイズのグループに丁合します。準備が整った要件。• 簡単なソフトウェア変更 (ツールの変更なし) で任意の製品またはグループの組み合わせを作成。• ダウンタイムなしでフォーマットまたはパッケージ サイズを即座に変更。• 任意の組み合わせのレインボー パックを作成。• 調整による機能間のバッファリングの制限または排除無限ピッチ制御による非同期フィードから同期フィードへのハンドオフ。

PLCOpen のマネージング ディレクターである Eelco van der Wal 氏は次のように述べています。「包装業界は、代替包装技術を提供することで、消費者行動の変化に迅速に対応する必要があります。これは、生産ラインのより柔軟な機械によって行われなければなりません。そして、この柔軟性を提供するには、次のことが必要です。」機械的な解決策を超えて、メカトロニクスによる代替手段を検討してください。」

フォースグレン氏も同意する。 「メカトロニクスは、フォーマットの変更を迅速に実装する柔軟性を提供すると考えています。」 メカトロニクス システムは、機械システムよりもはるかに柔軟です。 特に、ユーザーがヒューマン マシン インターフェイス (HMI) を介してシステムと対話する方法が異なります。

「HMI はかなり進化しました」とフォースグレン氏は言います。 「基本的に、顧客は以前よりも HMI を求めるようになりました。アプリケーションへの変更は、担当者がコントローラーにアクセスする必要があるプログラミング変更ではなく、HMI の単純なパラメーター変更で処理する必要があります。また、継続的な進化もあります。より現代的なインターフェイスに向けて — iPad 世代を考えてみましょう。」

フォースグレン氏は、絶えず変化する包装材料やフォーマットの変更に対応するためにメーカーが要求する柔軟性を提供するインテリジェントなメカトロニクス技術への動きが加速していると見ています。 エンドユーザーは、長年にわたり進化するニーズを満たすマシンを求めています。 また、切り替えに伴うダウンタイムも制限したいと考えています。 摩耗部品を自己分析し、修理やメンテナンスに伴う計画外のダウンタイムを削減できる機械の人気も高まっています。

さらに、IIoT デバイスで構成されるマシンは、動作、マシンの健全性、およびメンテナンス要件に関するデータをそれ自体で収集し、そのデータをローカル サーバーまたはクラウドベースのサーバーに直接レポートできるため、データを大規模な「サーバー」に蓄積できます。データ レイク」には、包装ラインとその機械に関する情報が含まれています。

Forsgren 氏は、「IIoT は、はるかに大きなデータのプールであると考えています。メカトロニクス システムへの接続によって得られるものは限られています。マシンの外側で何が起こっているのでしょうか?」と述べています。 たとえば、周囲条件は何ですか? 彼は続けて、「包装ラインの個々の作業の上流と下流で何が起こっているのでしょうか? 電力品質はどうなるのでしょうか?

主に IIoT テクノロジーによって収集されたデータの分析により、メーカーは制御アルゴリズムを最適化するために必要な洞察を得ることができます。

IIoT は、システムの内部 (場合によっては外部) の多くのデータ ポイントへの接続を提供します」とフォースグレン氏は続けます。「メーカーは両方に興味を持っていると思います。 主に IIoT テクノロジーによって収集されたデータの分析により、メーカーは制御アルゴリズムを最適化するために必要な洞察を得ることができます。 確かに、最適化に使用されるデータの一部はメカトロニクス デバイスから直接取得される可能性がありますが、実際に貴重な知識が得られるのは、システム全体から収集されたデータのコンテキスト内です。」これが、ベンダーや専門家がインダストリー 4.0 と呼ぶものです。

AI（人工知能）の活用もそう遠くないのかもしれません。 UReason の新しいデバイス メンテナンス アプリは、実際に AI のいくつかの機能を使用して、ポンプまたはバルブがデューティ サイクルを蓄積するときに機械学習を提供します。 デバイスのパフォーマンスを最適化するために必要なデータの収集は、IIoT と包装機の重要なリンクです。 UReason のようなアプリや、Ignition! などのその他の「ローコード」構成可能なソフトウェア誘導オートメーションから、部門全体をデータサイエンティストで満たさなくても、産業用モノのインターネットへの移行が現実的になります。 これが重要なポイントです。

包装機械はそれ自体がクールです。 それは事実ですが、それらは会社の収益を向上させるために設計および構築されています。 規範的メンテナンスと AI ベースの障害分析と予測によって稼働時間を増やすことができれば、収益を直接増やすことができます。

これは、メカトロニクス ベースの包装ライン、IIoT デバイス、および包装機械自体から直接マイニングできるデータを保存して使用する機能を組み合わせたものであり、画期的なアプリケーションです。

これは、メカトロニクス ベースの包装ライン、IIoT デバイス、および包装機械自体から直接マイニングできるデータを保存して使用する機能を組み合わせたものであり、画期的なアプリケーションです。 包装ラインの内外からの情報をデータ レイクに追加すると、ランレングスを決定できます。 包装ラインの運用を最適化し、顧客の需要からの情報をそれに追加できれば、サプライ チェーン全体を最適化し、収益を増やし、ダウンタイムを減らすことができます。

これがインダストリー 4.0 の未来が私たちに与えてくれるものです。

包装ラインやその他のプラント制御システムの接続された制御により、プラントはサイバー攻撃の脅威にさらされます。 採用できる、また採用すべき緩和戦略は数多くあります。

しかし、工場現場およびマシンレベルのサイバーセキュリティは、IT ベースのサイバーセキュリティとは異なります。 Applied Control Solutions の Joe Weiss 氏が長年述べてきたように、フィールド デバイスとエッジ コントローラーは一般的にサイバー侵入から保護されていません。 これは、スイッチ、単純なセンサー、リレー、さらにはプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) を扱う場合には問題ありませんでした。 しかし、フィールド デバイスがよりスマートになり、フィールド コントローラーがより多く接続されるようになるにつれて、問題が発生してきました。

ホール効果モーション センサーが工場内の産業用モノのインターネット実装に直接接続されている場合、センサーは脆弱になります。 そして、イランでウラン濃縮遠心分離機を制御するためにセンサーやデバイスが使用される方法を妨害するように設計された Stuxnet のようなマルウェアに対して脆弱になります。

機械的な包装ラインの特徴の 1 つは、インテリジェントではないことです。 彼らは単に割り当てられた仕事を遂行するだけであり、データを保持したり、プログラミング情報を要求したり、入力と出力がスプーフィングされる可能性はありません。 位置センサー、速度センサー、または同様のデバイスからの信号は正確であり、悪意のある者によって変更されることはできないことはご存知のとおりです。 メカトロニクスの梱包ラインもそれほど安全ではありません。 問題が発生するのは、包装ラインを工場ネットワーク、および産業用モノのインターネットに接続したときです。

システムの改善の価値は、それらのシステムに対するサイバー被害の可能性を上回っていますか? パフォーマンス、スループット、柔軟性の向上、稼働時間の増加は、サイバー被害の可能性を考慮する価値がありますか?

国土安全保障省の元サイバーセキュリティ担当次長、マーティ・エドワーズの有名な言葉は、「データを盗まれたくないなら、データをインターネットに接続しないことだ」というものでした。 しかし、重要な決断を下さなければなりません。 システムの改善の価値は、それらのシステムに対するサイバー被害の可能性を上回っていますか? パフォーマンス、スループット、柔軟性の向上、稼働時間の増加は、サイバー被害の可能性を考慮する価値がありますか?

それは自分で決める必要があります。

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