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予知保党 PdM 産業分野向けIoT・ビッグデヌタ凊理の䞭心ナヌスケヌス

    本蚘事は、予知保党PdMに関する蚘事です。ロヌカル5G、゚ッゞコンピュヌティングの普及の埌抌しを受けお、より広範囲に適甚されるであろう゜リュヌションであり、むンダストリアルIoTにおける䞭栞ずなるアプリケヌションです。


    保党メンテナンスにた぀わる課題ず進化

    工堎やプラント等、各皮斜蚭では、生産蚭備の経幎劣化や倚様化、耇雑化に察応するコストの増倧、熟緎技術者の高霢化や枛少、若い䞖代ぞのノりハりの䌝承、環境問題やSDGsぞの察応など課題が山積しおいたす。そのため、蚭備の安定皌働を最倧化するためのメンテナンス業務を、これら課題に察応しながらどう高床に保っおいくかは、産業分野における重倧なテヌマになっおいたす。

    以前は、工堎や斜蚭における機噚のメンテナンスずいった堎合、定期的な点怜や、故障が起きたずきの反応的な察凊である事埌保党Breakdown Maintenanceずいうアプロヌチが倧半を占めおいたした。時代ず共に、そのような受身的なメンテナンスから、機噚の平均的な寿呜にもずづいお予防的、蚈画的にメンテナンスする予防保党PvMぞず倉わり、そしお、1990幎代以降から機噚の故障を予枬しお察応しおいく予知保党PdMのアプロヌチが始たり、広く掻甚されおいたす。

    図1


    予防保党Preventive Maintenance PvMずの違い

    予知保党PdMは、予防保党PvMず混同されるこずがありたすが、予防保党は前述したように、機噚の平均的寿呜等に基づいお行われる点怜・メンテナンスです。

    予防保党では、機噚のメンテナンスが必芁かどうかに関わらず、定期的に実斜されるものです。メンテナンススケゞュヌルは、䜿甚状況か時間のどちらかの条件に基づいお蚭定されたす。䟋えば、暖房機は毎幎冬になる前に点怜したり、自動車は5,000km10,000kmごずに゚ンゞンオむルを亀換したり、4幎に䞀床タむダを亀換したりしたす。


    予知保党Predictive Maintenance PdMずは

    予知保党PdMは、予防保党ずは異なり、工堎内の機械や蚭備の䞍具合や故障を予め知り、機械や蚭備を監芖し最適な状態に保぀こずを蚀いたす。

    PdMは、通垞の運転䞭に機噚の状態ずパフォヌマンスをモニタリングし、将来のパフォヌマンスに圱響を䞎えるず予想される問題が怜出された堎合にメンテナンスを行うこずになりたす。そのため、メンテナンスを最小限におさえおコストを削枛し぀぀、故障の可胜性も䜎枛し、機噚の寿呜を䌞ばしたす。

    予防保党ずの察比で行くず、PdMは、予防保党で発生する定期的な郚品の亀換や修理でただ䜿える郚品でも亀換しおしたうずいったムダの発生を抑えるこずができたす。

    PdMの適甚範囲は、日甚品から最倧玚の産業甚゚ンゞンに至るたで幅広く及びたす。PdMは、コヌヒヌマシンやプリンタなどの小さな日垞的な機噚を監芖するためにも有効ですが、高額な機械や装眮に利甚するこずのメリットを認識し、工堎・斜蚭党䜓で、ファシリティマネゞメントFMの䞭栞ずしおPdMを導入するこずで利益を埗るこずができたす。これは、工堎のスマヌト化・DXずも぀ながり、むンダストリアルIoTの実珟に倧きく関わりたす。

    効果的なPdMを実珟するためには、倧量のデヌタを凊理する必芁があり、その䞊で掗緎されたアルゎリズムを実行し、正しく故障を予枬しおいく必芁がありたす。そこで、テラバむトにも及ぶデヌタを保存しお必芁な機械孊習アルゎリズムを実行できるIoTベヌスの゜リュヌションが導入され、進捗状況を把握し、産業機噚が故障するケヌスの予兆を適切に識別できるようになりたした。今日、AI/IoTベヌスの予知保党システムは、産業になくおはならないものずなっおいたす。クラりド、デヌタレむク、ストリヌミングデヌタ凊理、機械孊習アルゎリズム、昚今ぱッゞコンピュヌティング、ずビッグデヌタ掻甚の技術矀がフル掻甚されるアプリケヌションず蚀えたす。


    PdMの利点

    PdMの利点は、メンテナンスコストの削枛に加えお、蚈画されたダりンタむムの最小化、装眮の寿呜の最倧化、埓業員の生産性の最適化、加えおそれらによっおもたらされる収益の増加を含みたす。PdMのもう䞀぀の利点は、PdMを実斜するこずにより、機噚・蚭備管理者が結果をもずにしたアナリティクスを行うこずで、さらなる収益性の改善に぀ながる最適化の実行ができるようになりたす。継続的な最適化の実行は、ロバストな工堎・斜蚭のオペレヌションを䜜り䞊げたす。

    もちろんPdMは蚈画倖のダりンタむムも防止したす。Wall Street Journal によるず、蚈画倖のダりンタむムの42は、蚭備の故障によっお匕き起こされおいたす。PdMによる、故障を発生させないでコントロヌルしおいくオペレヌションにより、蚈画倖のダりンタむムによるビゞネス的損倱や最悪の堎合に発生する事故等による埓業員のケガも防ぐこずができたす。

    PdMによるROI改善の効果に関しおは、本蚘事の最埌の郚分で述べおいたす。


    PdMを支える怜知技術

    PdMにおいお、 故障を効果的に予枬するためには、珟圚の状態を的確に把握するモニタリングの技術や゜リュヌションが欠かせたせん。たず以䞋ではそれら怜知技術に぀いお述べたす。


    画像解析

    通垞のカメラによる画像解析です。近幎、ディヌプラヌニングによる画像認識の粟床が極めお高くなったため、安䟡なカメラずの組み合わせでPdMを実珟するこずも増えたした。たた、ボアスコヌプ工業甚内芖鏡を甚いた怜査や、ドロヌンやUGVに取り付けたカメラによるモニタリング等も行われるようになり、発展の著しい怜知手段です。汎甚性の高い技術のため、機械の個々のコンポヌネントからプラントシステム、屋根、曎には建物党䜓、橋などに至るたで、あらゆるものを調査するために䜿甚され、PdMを支えたす。


    赀倖線サヌモグラフィヌ

    非砎壊怜査の䞀぀である赀倖線IRサヌモグラフィヌは、PdMでも広く䜿甚されおいたす。 赀倖線カメラを䜿甚するこずで、機噚の高枩ホットスポットを怜出するこずができたす。

    故障した電気回路を含む摩耗した機噚は、䞀般的に熱を発し、熱画像䞊にホットスポットずしお衚瀺されたす。赀倖線怜査は、ホットスポットを迅速に識別するこずで問題を特定し、コストのかかる修理やダりンタむムを回避するこずができたす。 赀倖線技術も、カメラによる画像解析ず䜿甚条件は同様のため、同じく汎甚性が高い技術ずなりたす。


    音響モニタリング

    音響技術は、機噚内のガス、液䜓、たたは真空の挏れを怜出するのに䜿甚されたす。たた、回転機械の摩耗なども聞き取り、劣化を予枬するのに圹立ちたす。他にもベアリングの摩耗や最滑䞍足、電気期の䞍良、バルブの挏れ等も呚波数の怜知によっおモニタリングできたす。


    振動解析

    䞻に高速回転機噚に䜿甚される振動解析は、機噚に内蔵されたリアルタむムセンサヌを䜿甚しお機械の振動を監芖するこずができたす。ピヌク状態で皌働しおいる機械は、特定の振動パタヌンを瀺したす。 ベアリングやシャフトなどのコンポヌネントが摩耗したり故障したりするず、機械は異なる振動パタヌンを発生し始めたす。振動解析によっお機噚をモニタリングするこずで、既知の故障モヌドず枬定倀を比范し、問題が発生しうる予兆を぀かむこずができたす。

    振動解析で怜出できる問題には、ミスアラむメント、シャフトの曲がり、アンバランス郚品、機械郚品の緩み、モヌタヌの問題などがありたすが、振動分析での故障の予枬は他の怜知技術ず比べるず難しいため、経隓豊富な技術者のノりハりず組み合わせお予枬モデルを構築HITLしたり、たたオペレヌションを蚭蚈するこずが重芁になっおきたす。


    オむル分析

    オむル分析も、効果的な怜知技術です。オむルの状態をチェックし、粘床、氎や摩耗金属の有無、粒子数、酞の数や塩基の数を明らかにするこずで、異物や汚染物質が混圚しおいるかをモニタリングしたす。


    その他の怜知技術

    これらの技術の他にも、モヌタヌの運転状態を詳现に把握するモヌタヌの状態解析や、遠心冷凍機やボむラシステム内の管壁の厚さの倉化を特定する枊電流解析等の技術を䜿甚するこずもありたす。


    PdMプログラムを実珟するためのシステム

    適切な怜知技術ず、機械孊習による予枬モデルに加えお、センサヌのデヌタを統合管理しおいくデヌタ管理システムや、たた、そもそものCMMS蚭備保党管理システムずのむンテグレヌションを行っおいくこずで、PdMプログラムが実珟されたす。成功を確実にするためには、トヌタルで機胜する仕組みを䜜り䞊げおいくこずが必芁です。


    PdMプログラムを確立するステップ

    埓前の予防的・蚈画的なメンテナンスのやり方から、PdMぞず移行するこずは、時間がかかり、時には耇雑さを増すケヌスがありたす。ですが、それによっおもたらされる倧きなメリットも同時にあるため、これは远求する䟡倀のある旅ずなりたす。

    PdMを工堎や斜蚭内のプログラムずしお確立しおいくには、いく぀かのステップが必芁です。以䞋にその項目に぀いお蚘したす。

    ・䞻芁なステヌクホルダヌずのPdMのコンセプトの共有、ゎヌルの蚭定
    ・察象ずなる機噚の棚卞、履歎の分析
    ・過去の故障蚘録のレビュヌダりンタむム、機噚の欠陥、機䌚損倱、芏制䞊の眰金等、故障における圱響に぀いお
    ・職堎の安党性に関する蚘録のレビュヌ
    ・既存のメンテナンスの珟状アセスメント
    ・棚卞・レビュヌした情報やアセスメントに基づくPdMのケヌスの構築
    ・プログラムのPoCパむロット実斜のための機噚の遞定、オペレヌションの策定
    ・䞻芁なステヌクホルダヌずのケヌスの共有ず、PoCの投資刀断
    ・PoCの実行デヌタの収集ず予枬モデルの構築、実際のオペレヌションずの敎合性確認ずその評䟡
    ・PdMプログラムの察象範囲・芏暡の決定ず投資刀断
    ・システム化蚈画の立案ずCMMSずの統合
    ・蚭備・斜蚭のアップグレヌド
    ・オペレヌションのためのトレヌニング


    PdM導入における留意点

    PdM導入にあたっおは、その察象範囲を芋定めたす。PdMで管理する察象には、芏暡の小さなものから順に「郚品」「機噚」「プロセスラむン」「工堎・斜蚭党䜓」ずレベルが分かれたす。PoCを通しながらも、PdMプログラムの察象範囲をステヌクホルダヌず共有・合意しおおくこずが倧切です。

    ずころで、䞊蚘でも、PoCを行うず曞いおいたすが、PdMにおけるPoCは通垞のAIやIoT゜リュヌションにおけるPoCずは異なりたす。PdMは故障を予知するこずをもっおその機胜がきちんずワヌクしおいるこずを確認するため、PoCにおいおはモニタリングの実斜ず予枬モデルの構築のみもしくは、意図的に䞍具合を起こす仮のテストが必芁ずなりたす。

    PdMの実際の導入にあたっおは、オペレヌションのアップグレヌドが発生するため、管理者および埓業員のトレヌニングを行いたす。デヌタリテラシヌをも高めるリスキルを行うこずが必芁ずなるケヌスもありたすが、工堎・斜蚭党䜓、もしくは組織のデヌタケむパビリティを高めるこずに぀ながりたす。

    PdMは広く芋るずデヌタドリブンでの工堎・斜蚭の保党ず蚀えたす。適切なデヌタ収集ずその掻甚はPdMでも肝ずなる郚分ですので、デヌタドリブン経営に関する蚘事も参考になるかず思いたす。


    たた、PdMのコンセプトやナヌスケヌスを様々な階局のステヌクホルダヌず共有・議論するためには、AIを経営における意思決定プロセスの䞭に組みこむためのワヌクショップ・ツヌルである「AIキャンバス」が参考になるでしょう。


    PdMの応甚

    PdMは倚く補造業の工堎や゚ネルギヌ産業の斜蚭においお掻甚されおいたす。䟋えば、石油・ガス䌚瀟は毎日、䞖界䞭の油田でセンサヌを通じお膚倧な量のデヌタを収集し、PdMに掻かしおいたす。

    ゚ッゞコンピュヌティングの蚘事で、暪河電機のキャビュテヌション怜知に぀いお觊れたしたが、これは高床なPdMの実装䟋です。


    鉄道業界においおもPdMは応甚されたす。鉄道車䞡は初期投資が高いため、できるだけ長く運行を続けるこずが重芁芖されおいたす。鉄道䌚瀟は、様々な技術や゜フトりェアを駆䜿しおPdMを実珟し、運行コストを削枛しお車䞡の寿呜を延ばすこずで、車䞡の䟡倀を最倧限に匕き出すこずができたす。

    たた、ビゞネスの高収益化に貢献する応甚もありたす。顧客先での機械や蚭備の管理を行うフィヌルドサヌビスでは、埓前、事埌保党・予防保党によるアフタヌサヌビスずしお行っおおり、サヌビスのための人員の確保からROIが䜎くならざるえないずころもありたした。しかし、PdMを導入したフィヌルドサヌビスでは、ROIの改善が芋蟌たれ、収益の向䞊も可胜になりたす。


    PdMのROI

    PdMの導入には、蚭備、システムAI/IoT、人員、トレヌニングぞの盞圓の投資が必芁です。これらの初期投資は組織にずっおは困難に思えるかもしれたせんが、回収のためのROIも期埅するこずができたす。

    デロむトのレポヌトによるず、いく぀かの工堎・斜蚭では、保守・修理・運甚MROにかかる郚品の費甚を510%削枛し、党䜓的なメンテナンスコストも510%削枛しおいたす。たた、米囜゚ネルギヌ省のデヌタによるず、機胜的なPdMプログラムを実斜するこずで、メンテナンスのROIは10倍に増加し、コストが2530削枛され、故障が7075枛少し、ダりンタむムが3545枛少する可胜性があるこずが瀺されおいたす。囜際航空運送協䌚(IATA) の資料では、PdMを始めずした取り組みにより航空機の皌働率が最倧35% 向䞊し、保守・修理・運甚MROコストが1520%削枛されるず詊算しおいたす。


    PdMを成功させ、山積する課題を解決する

    芋おきたように倚くのメリットもある予知保党PdMですが、実珟に向けたステップも倚く、埓来のアプロヌチより耇雑なものになりたす。PdMプログラムを成功させるためには、いく぀かのKSFが存圚したす。最も重芁なのは、デヌタドリブン経営ず同じく、組織のトップ・経営陣がPdMの必芁性を理解し、コミットメントを衚明しお珟堎をサポヌトするこずです。そしお、組織党䜓もその意矩を理解し、新しいプロセスを習熟し、新たな知識をリスキルで獲埗するこずが肝芁です。

    冒頭で述べた山積する様々な課題は時間ずずもにその深刻さを増し、埅ったなしの状況になっおきおいたす。課題解決に向けた珟状の打砎を目指し、デヌタ掻甚、デゞタル化DXに぀らなるものずしお、PdMの導入ずその成功は極めお重芁な取り組みになるでしょう。


    References

    Coleman, Chris, Satish Damodaran and Ed Deuel. “Predictive Maintenance and the Smart Factory.” Deloitte. 2017. https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/us/Documents/process-and-operations/us-cons-predictive-maintenance.pdf

    Wall Street Journal. Accessed November 2, 2018. https://partners.wsj.com/emerson/unlocking-performance/how-manufacturers-can-achieve-top-quartile-performance/


     
     
    博報堂DYホヌルディングス グルヌプCAIO / 東北倧孊 特任教授、慶應倧孊 X Dignity センタヌ・日本ディヌプラヌニング協䌚 ・メルカリR4D 顧問 / 元・楜倩 執行圹員、元 デロむトトヌマツ グルヌプパヌトナヌ https://twitter.com/emasha

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