製造IoTによるサイバー・フィジカル・生産システム

Cyber-Physical System

製造IoT時代の知識集約型ものづくり（ナレッジセントリック）

サイバーフィジカル生産システム GD.findi/CPS

IoT時代は幕を開けましたが、製造業におけるサイバーフィジカル生産の製造現場への導入は、今からの課題です。
レクサー・リサーチは、シミュレーション統合生産(SIM)コンセプトに基づき、IoT時代のサイバー・フィジカル生産システム(CPS)を提供いたします。

▼シミュレーション統合生産（SIM）についてはこちら

当社の提案（提供）するCPSとは、IoTを生産現場に導入したうえで、生産工場全体、もしくはサプライチェイン全体の状態をリアルタイムに監視し、さらに業務の目的に従って生産活動全体を最適に稼働させる計画を動的（リアルタイム）に生成したうえで、IoTを活用して作業現場へ的確な指示をタイムリに伝達するシステムです。

IoTを活用してフィジカル空間としての生産現場をバーチャル化してサイバー空間と同期化することで、従来は異種の活動（ヘテロジニアス）であるために統合管理が難しかった機械系や人間系の活動を、同一の管理空間へと転写します。この同質（ホモジニアス）な空間へ持ち込むことで、それらの活動を統合的に取り扱うことができるため、例えば、生産計画の最適化など、今まで、生産現場で困難を抱えていた最適化計画立案等に対応することができるようになります。

サイバーフィジカル生産システム GD.findi/CPS

製造現場をよくご存知の皆様にはご説明する必要はないと思いますが、今日の製造現場は様々な課題を抱えていす。

特に、市場の要求に対応して多品種少量生産に対応しなければなりません。無駄が少なく、手待ちの短い綿密な生産計画を立てることは至難の業です。また、段取り替え等が必要となるとともに、特急品への緊急対応や、いわゆる生産ラインのチョコ停などが影響して、引き続く生産計画も遅延します。

その結果、生産ライン、工場の生産性が落ちてくることとなり、高コスト生産になりがちです。また、副作用として工程間の仕掛在庫も増えてくることとなります。 GD.findi/CPSは、このような生産形態をサイバーフィジカル化（IoT化）して、生産計画を最適化します。特急品や都度、生産計画を連続的に（常に）最適化しつづけ、生産ラインで起こる様々な変化や生産要求に対して、できる限りの最善の手を打ち続けます。これにより、従来の生産管理者が十分に対応できなかった変動要因にリアルタイム、かつ、ベストプラクティスに対応することができ、生産現場を円滑に運用することができるようになります。

超並列シミュレーションによる生産ＡＩシステム

以下の図はGD.findi/CPSの構成を示します。GD.findi/CPSは、3つのシステムで構成されます。
1番目は、生産ラインをサイバーフィジカル化するIoT部分。2番目は、生産計画や作業進捗を管理する生産マネージメント部分、３番目は、生産計画を最適化する超並列シミュレーションによるＡＩシステム部分です。

ここでの最大の特徴は、超並列シミュレーションにより、生産計画をリアルタイムに最適化する生産ＡＩシステムです。
従来、生産計画の立案に対しては、「スケジューラ」と呼ばれる技術で対応してこようとしてきましたが、今日の生産に対する複雑な要求には対応が難しくなってきています。その理由は、生産ラインの構成とともに、モノの流し方（ルーティング）が複雑になってきていること、また、多品種少量生産など、生産に対する要求が厳しくなり、段取り替えや作業者の多工程持ちといった、条件に応じて動的に対応しなければならなくなり、従来のスケジューラの持つ、「目的解を探索する標準的なロジック」では、現場の要求に対応することが難しくなってきたからです。

GD.findi/CPSは、この問題に対応し、LEXERの持つ生産シミュレータの技術を如何なく、また、徹底的に活用し、全く新しい対応方法を実現いたしました。
ここでは、目的解を探索するロジックを実行するのではなく、サーバシステム上に生産シミュレータを持った多数のコンピュータを配置して、考えうる多数の条件を超並列的に評価させ、目的に最も近い条件を選択することで、目的の解を得る方法を取ります。

この方法のメリットは、生産シミュレータではルーティングや段取り替え、また、多工程持ちなどの複雑なプロセスの流れを十分に記述できるため、今日の複雑な生産の問題に対応できることです。
また、確定的な唯一の解ではなく、現場で採りうる様々な現実解の候補を提示できることも、大きなアドバンテージです。勿論、膨大なケースの生産シミュ―レションを実行するためには大きな計算パワーが必要ですが、GD.findiのシミュレーションエンジンである GD.findi/Reactor は極めて高い処理能力を持っているため、今日の要求に対する十分なパフォーマンスを提供できることは、様々な事例で実証済みです。