Industire4.0におけるシステムズエンジニアリングの役割 シーメンス株式会社 専務執行役員 デジタルファクトリー事業本部 プロセス＆ドライブ事業本部 事業本部長 島田 太郎 October 2016 2016 Unrestricted © Siemens AG 2016 Smarter decisions, better products. 日本の課題とは何か？ GDP PPP per working hour (constant 2011 international $) GDP (constant 2005 US$) B USD 16,000 70 14,000 60 China 12,000 10,000 8,000 Germany 50 Japan 40 Korea, Rep. 30 6,000 United Kingdom 4,000 United States 20 10 2,000 0 0 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 2 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Source: The World Data Bank, OECD 次世代ものづくり｢Industrie 4.0*｣ インダストリー4.0への道のり 複雑性 第１次(1.0) Industrial Revolution 第２次(2.0) Industrial Revolution 第３次(3.0) Industrial Revolution 第４次(4.0) Industrial Revolution 蒸気機関車や水力など自然の 力を利用して工場を機械化。 (c.f.産業革命) 電力を活用して製造する 大量生産のはしり (19世紀後半) PLCなどによる生産工程 の自動化。 (20世紀後半〜) Cyber-Physicalと呼ばれる、バーチャ ルとリアルの融合 1784年 初の織機 1800 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 3 1870年 初のコンベヤー (シンシナティのと場) 1900 1969年 PLC (Modicon 084) 2000 * Industrie 4.0：原文ドイツ語。以下、インダストリー4.0 Time Industrie 4.0が必要な理由 競争力の強化 市場へより早く 顧客の好みに合わせた製品を • より早く世の中にない製品を • 個人の好みに合わせた • 複雑化する要件をみたしつつ • 変化の速い市場に • 多量に産み出す • 効率的に コストミニマムで提供する • 省エネと既存設備の最大活用 • おもてなす より早く、おもてなし製品を、安く提供しなければならない Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 4 シーメンスの戦略 デジタルエンタープライズの提供 全ての自分にとって必要な情報を全ての人が手にできる環境 IOT モノの インターネット 3 製造設備設計 クラウド 技術 3D プリント 技術 ナレッジ・ オートメーション 2 1 製造準備 製造 4 サービス 5 製品設計 先進ロボット 製造現場にデジタルプラットフォームが無ければ、先進技術は役に立たない。 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 5 デジタルエンタープライズプラットフォーム PLM、MOMと統合自動化 PLM ソフトウェア製品 • 製品企画、設計、試験、シミュ レーション • 工程設計、設備設計、シミューレ ション + MES/MOM ソフトウェア製品 • • • • • 生産計画 品質管理 製造 モニタリング、トレサービリティ 改善 Page 6 統合自動化製品 • 統合的なシーケンス制御、入出力、 モニター、インバーター、モーショ ン制御、モータ制御 • セフティーとセキュリティ 製造工程情報 設計からの情報 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 + スムーズな統合 デジタルエンタープライズ シーメンスが考える “Industrie 4.0” の姿 PLM Software Portfolio + MES/MOM Software Portfolio グローバルにカバーでき PLMとMOMと工場自動化が一体で活用できる オープンかつ統合された共有環境を 先進のIT技術を活用して 高いセキュリティのもとに提供する。 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 7 + Integrated Automation Siemens SDPD: 開発と検証の統合 フロントローディングと仮想検証による意思決定 Model Complete Systems – Predict and Verify AMESim Plant Model よりよいアーキテクチャの 決定 Pre-Program Physics コンカレント＆開発と検証の 統合化 Detailed Design システムインテグレーションの改善 適合と仮想テスト Virtual Verification Control Algorithms & Embedded Software Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 8 仮想との相互関係のある テストと証明の最適化 Physical Verification Models: Behavior, Performance & Physical Properties Verify Systems & Calibrations Controls Host Machine Virtual Test Physical Test Siemens SDPD: 開発と検証の統合 フロントローディングと仮想検証による意思決定 Model Complete Systems – Predict and Verify AMESim Plant Model よりよいアーキテクチャの 決定 コンカレント＆開発と検証の 統合化 Pre-Program R Requirements & Test Plans Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 9 Virtual Verification Verify Systems & Calibrations Physical Verification Virtual Test Physical Test Control Algorithms & Embedded Software Controls PLM Foundation 仮想との相互関係のある テストと証明の最適化 システムインテグレーションの改善 適合と仮想テスト Detailed Design Models: Behavior, Performance & Physical Properties Physics Host Machine F Functions / Features L Product Architecture Design P Configuration & change Model Management SDPD概念図 製品ライン・エンジニアリング Product Line Requirements フィーチャ モデル System Requirements 要求(R) バリアント 特性管理 機能（F） ロジック（L) 製品目標 部品マスタ/ BOM 複合領域システム・アーキテクチャ・モデル トレーサビリティ、構成 Decompose Cascade / Decompose ソフトウェア ソフトウェア ソフトウエア要件 ・モデル 制御 メカ 制御システム要件 E/E モデル メカ要件モデ 1D Behavior ル ソフトウェア開発 制御モデル ビルド・デプロイ MiL, SiL, HiL 3D MCAD / CAE モ デル 継続的なインテグレーション、検証、変更 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 10 SDPD ソフト、メカ、制御をつなぐ Decomposition example – Autonomous cruise control system ü ü ü ü 変更 影響分析 コンフィグレーション 責任範囲の明確化 Autonomous Cruise Control System Functional System Components Manual Disablement …全ての情報はドメインをまたいでトレーサビリティ 3 Software Mechanical URL がとれ、情報間の関係性も保持できる環境が必要 System Initialization Electrical Cruise Control Speed Selection Mechanical Enablement 1 Distance Sensor Technology Electrical Sensing Technology Software Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 11 Use Dedicated ECL URL Software URL Distance Sensor Electrical Use Serial Bus Electrical Electrical Multi-Domain Requirements Decomposition example – Autonomous cruise control system ü ü ü ü Change Impact analysis Configuration Accountability Autonomous Cruise Control System Functional System Components …all require complete traceability in3 Software the context of ALL requirements and URL related artifacts across all domains Manual Disablement Mechanical System Initialization Electrical Cruise Control Speed Selection Mechanical Enablement 1 Distance Sensor Technology Electrical Sensing Technology Software Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 12 Use Dedicated ECL URL Software URL Distance Sensor Electrical Use Serial Bus Electrical Electrical Systems Driven Product Development Requirements are everywhere Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 13 Systems Driven Product Development Requirements are everywhere Feature Modeling TC System Requirements Requirements Product Line Variability Attribute Management Functions Logical Product Targets Part Master / BOM Multi-Domain System Architecture and Modeling Traceability and Configuration Decompose Software Control Physical Software Software Modeling Control System E/E modeling Requirements 1DPhysical Behavior Requirements Modeling Requirements Polarion Software Development Cascade Build and Deploy TC COPE Control modeling MiL, SiL, HiL 3D MCAD / CAE Modeling 継続的なインテグレーション、検証、変更 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 14 全レベルでの継続的な検証 Product Line Engineering Product Line Requirements デジタルエンタープライズ マップ PLM 製造シミュレ −ション 公差設計 ERP 工程設計と シミュレーション 製造装置 メカ設計 日程管理 品質管理 製造指示 トレース モニタリング 製造装置 電気設計 部品製造 統計データ的改善 再利用 標準 制御設計 制御 MES/MOM 継続的 改善 工場、製造装置 Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 15 Siemens K.K. デジタルエンタープライズ マップ PLM GD&T 制御 MES/MOM 製造シミュレ −ション 公差設計 ERP 日程管理 工程 工程設計と シミュレーション 製造装置 メカ設計 オーダー/製品 フィードバック mBOM スケジュール 品質管理 メカ レイアウト 製造装置 電気設計 制御設計 再利用 標準 ツール マスター データ NCワーク パッケージ トレース 製造指示 Genealogy コンテキスト OEE データ マシーン ID + NC リファレンスデータ 部品製造 NC Programs モニタリング 統計データ的改善 工程 / NC / 製造指示 継続的 改善 工場、製造装置 Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 16 Siemens K.K. デジタルエンタープライズ マップ PLM GD&T 製造シミュレ −ション 公差設計 制御 ERP 工程設計と シミュレーション 製造装置 メカ設計 メカ レイアウト MES/MOM 再利用 標準 製造装置 電気設計 制御設計 部品製造 工場、製造装置 Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 17 Siemens K.K. 工程および、製造装置、PLC設計の全体像 メカ、電気、PLC設計をTeamcenterとNX上で統合的に行う仕組み メカ レイアウト設計, 工程設計 工場レイアウト 基本電気 デザイン 制御設計 コミショニング PLC 製造装置/ ツール/ 治具設計 E-CAD 工程設計 工程 シミュレーション 電気設計 制御設計 バーチャル コミッショニング TIA Portal Process Simulate Teamcenter Manufacturing Process Planner Process Simulate NX NX Line Designer Eplan Electric P8 Teamcenter NX Process Simulate Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 18 Siemens K.K. Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 19 Siemens K.K. インテリジェントなモデル ラインデザイナー 工場の デジタルツイン をデザインする Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 20 Siemens K.K. SiemensのTIAポータル 生産システムの設計から保守までの共通エンジニアリングフレームワーク TIAコンセプト 1995-2010 1970-1995 PLC エンジニア リング ツール HMI PLC • • • • HMI Drives Motion Motion ユーザーインターフェースはツール毎に異なる ツール間でデータの一貫性がない プロジェクトファイルをまとめて表示・操作できない 異なるバージョン間での互換性は保証されない 診断情報 PLC HMI Drive Motion ｾｷｭﾘﾃｨ データ管理 総合管理ソフトで各設計データの一括管理 様々な制御機器毎の専用ツール ユーザ の視点 ﾈｯﾄﾜｰｸ構成情報 SIMATIC Manager Drives Net Safety TIA ポータル 2010- • • • • 共通サービス機能のモジュール化 共通インターフェースによるデータ一貫性の確保 プロジェクトファイル管理画面(save, copy, … ) ファイル毎の継承性の確保 設計フレームワークで共通サービス機能を統合 • ツール間を横断する包括的な作業支援 - エディタ間のドラッグ＆ドロップ、他 • 完全なデータの一貫性 - 情報データの一元化 • オブジェクト指向プログラミング - ハード＋ソフトライブラリの一元管理 • セキュリティ機能の統合化 - ユーザ認証、データ暗号化 etc Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 21 Siemens K.K. SiemensのTIAポータル 生産システムの設計から保守までの共通エンジニアリングフレームワーク Siemens Totally Integrated Automation Portal STEP 7 WinCC StartDrive SIMATIC Controller SIMATIC HMI SINAMICS Drives TIAポータルはPLC、HMI、ドライブ製品のシステム設計を強力にサポート Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 22 Siemens K.K. MCDが実装する機能と 効率的な運用を補完するアプリケーション Logic Control Sensor Motion Control Mechanical Design (w/ SIMOTION) Drive Control (w/ SIZER) Actuator Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 23 Siemens K.K. Unrestricted © Siemens AG 2016 Page 24 Siemens K.K. Automation Designer メカ、電気、ソフトウェア開発の統合環境 Mechanics Electrics Automation Map to mechanical design Devices and schematics HW Config and PLC SW blocks Teamcenter backbone Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 25 シーメンス流モジュールの一例 再利用 同一構成、機能を持つ複数のモジュールが有る場合、雛型をコピーしパラメータ を調整し完成させ、都度作成の場合と比較し設計作業工数を減らす シリンダ 機械部品 (電気不要) バルブ 分解 治具 組立 センサ ストロークエンド検出 機械、電気部品で構成 CAD機械設計 エア−駆動 アクチュエータ機械モジュール コピー ＋ パラメータ調整 (サイズ) (部品タグ名) 電気部品 上記アクチュエータ用 PLCプログラムモジュール(コード + データ) 演算部 プログラムコード(命令) ＋ データ(変数・定数) 入力部 出力部 展開 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 26 PLCプログラム開発 構造体 データ オートメーション デザイナー(開発中) ソレノイド コピー ＋ パラメータ調整 (入出力割付) 工場スキャンデータ（点群）と融合した 生産シミュレーション Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 27 デジタルエンタープライズ マップ PLM ERP 工程設計と シミュレーション 日程管理 オーダー/製品 フィードバック スケジュール 工程 / NC / 製造指示 トレース 製造指示 Genealogy マシーン ID + NC リファレンスデータ 部品製造 NC Programs 工場、製造装置 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 28 制御 MES/MOM プロセス参考例 Transfer Business Process from PLM to SIT Transfer Order from ERP to SIT PLM Integration ERP Integration START Create Manufacturing Order Order Execution Quality Inspection Order Completion Engineering Feedback END Orders Management Orders Management Quality Orders Management PLM Integration Engineer Order Feedback to ERP END SIMATIC IT PLM ERP (SAP) ERP Integration Planner Operator Quality Manager Automatic Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 29 Siemens Amberg 工場 設計から製造までの一貫した連携 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 30 バーチャルとリアルの世界の融合: ロールス・ロイス PLMとMESのインテグレーション 目標 § 市場投入までの時間を30％削減 § エンジニアリングコストの削減: 現状のプロジェクト運営能力は2案件 ⇒ 3案件も可能に § 設計及び製造能力の向上： 週あたり2エンジンから、2015年には週あたり7エンジンに これまでに達成したこと § 製造プロセスの管理をペーパーレス化（電子文書での管理） § 製造における設計変更が1時間以内で有効に（過去には約1週間かかっていた） § 実際のMESデータに基づき、製造の各プロセス履歴を高度に透明化 § 掲げた目標を達成する自信と確信 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 31 Siemens: デジタルエンタープライズの実験場 アンバーグ 1,000 – 種類のSiemensの主力製品を製造 1 million – 百万個のSIMATIC製品を毎月製造 50 million – ５千万個の製造工程でのデータを SIMATICITで毎日収集 75% - 自動化率７５％ 12 dpm - 99.9988% の不良率 1,000 – 種類の製品をTeamcenterで管理 60,000 – 全世界６万顧客に製品を製造 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 32 IoTとは何か？ どうあるべきか？ 汎用技術が、専用技術をカバーして行く Energy Management Digital Factory Process Industries & Drives Healthcare Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 33 Wind Power Web of Systems Power and Gas, Power Generation Services Mobility Building Technologies 様々な業界を超える Web of Systemによる、分散かつ共有 シーメンスはSAP HANAの技術に基づいて、産業界の顧客のための オープンなクラウドプラットフォームを提供しています OEM apps Cloud for industry apps End customer apps App dev. apps 使用エネルギーと資源だけでなくプラントとマシーンの 最適化 • シーメンスとサードパーティー製品をつなぐオープン スタンダード (OPC) • シーメンス製品のPlug-and-play統合（TIAポータルで エンジニアリング） • 顧客それぞれのアプリケーションへのオープンなアプリ ケーションインターフェイスを持った産業向けクラウド • クラウドのインフラは顧客毎に選択可能–パブリック・ クラウド、プライベート・クラウド、業務用ソリューション • 使った分だけ（Pay-per-use）の透明性の高い課金 モデル • 新しいビジネスモデルにも対応可能 （例えば、機械の 時間単位のレンタル） Simatic Sinumerik Sinamics Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 34 Scalance PCS7 Third-party products 業界標準を活用した、簡便かつ高セキュリティのデータ収集を可能にする MindSphere Nano STEP 1 設定 Connect asset to MindConnect Nano Configure data model, data acquisition & connectivity Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 35 Plant Data Cockpit Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 36 Corporate or fleet view Technical view Management view Data Analyst view 予知、予兆保全 ポンプ / ファン ギアボックス ドライブ ブレード周波数 ステーター不良 共振 ローター破損 アライメント不良 アンバランス ベアリング不良 ギア噛み合い異常 a [m/s²] トレンド 2,0 1,8 1,6 警報 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 08.07.03 08.07.11 02.09.03 02.09.11 28.10.03 28.10.11 23.12.03 23.12.11 17.02.04 17.02.12 13.04.04 13.04.12 08.06.04 08.06.12 03.08.04 03.08.12 28.09.04 28.09.12 23.11.04 23.11.12 18.01.05 18.01.13 15.03.05 15.03.13 10.05.05 10.05.13 date 振動解析 温度解析 電流解析 様々な解析方法を提供 故障する前に、メンテナンス情報を提供し、アフターサービスを向上 故障による突然の生産停止をなくし、EU様へより深い付加価値提案 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 37 振動に起因する可能性があるもの 低周波数領域 設計; 制作/組み立て; 設置 ローターアンバランス アライメント Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 38 共振 ブレード周波数 摩耗/稼働による影響 アンバランス (摩耗) 温度上昇 アンバランス (個化) 温度アンバランス 基礎異常 ドライブ機器の緩み 電気異常 診断解析手法 アンバランス Machine speed n = 1 488 rpm Number of pole pairs p = 2 Frequency of rotation frot = 24.8 Hz ^ 1 x frot 2 x frot 3 x frot v [mm/s] Amplitude of frequency of rotation is clear in horizontal and vertical measuring directions 24.8 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 39 49.6 74.4 f [Hz] 診断解析手法 アライメント異常 Machine speed n = 1 488 rpm Rotation frequency frot = 24.8 Hz v^ [mm/s] 1 x frot 2 x frot 3 x frot First and second frequency of rotation are considerably increased. The rise depends on the direction of measurement, in accordance with the direction of the alignment fault. Check by decoupling. 24.8 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 40 49.6 74.4 f [Hz] お客様にリアルで定量的なインパクトをもたらす「Synalitics（シナリティクス）」 外部の専門家からも評価 – スペインの鉄道会社Renfeが運行する 26台の高速列車 （マドリード - バルセロナ - マラガ間） – 可用性保証付きのパフォーマンス契約 – 15分超の遅延発生時には乗客に払い戻し – 定時運行率99.9% – 60%の乗客が飛行機から列車に切り替えた Synaliticsを擁するシーメンスデジタルサービスが、Renfe社にもたらしたビジネスインパクトについて： 製造業の専門家Joe Barkai氏の新著 The Outcome Economy – How the Industrial Internet of Things is Changing Every Business.” に事例として掲載 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 41 Siemensの工場自動化コンセプト エンタープライズレベル ERP PLM MES Plant Engineering NX Product Development TEAMCENTER Collaborative PDM TECNOMATIX Digital Manufacturing ERP PLM マネジメントレベル SIMATIC IT Production Suite SIMATIC IT R&D Suite SIMATIC IT Intelligence Suite COMOS Plant Engineering オペレーターレベル SIMATIC WinCC SCADA System PCS 7 SCADA コントロールレベル フィールドレベル Wireless LAN Page 42 SIMATIC SINUMERIK Controllers HMI CNC SIMOTION Motion Control SIRIUS SIMATIC IDENT Industrial Controls Industrial Identification SIMATIC Distributed I/O Drive Systems SIMATIC NET Industrial Communication Unrestricted © Siemens K.K. 2016 SIMATIC SINAMICS TIA ポータル Engineering Framework for Automation Tasks プロセス 安全 PROFINET IT 規格と セキュリティ ネットワーク 構築 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 43 PROFINET 分散型 インテリジェンス PROFINETは、あらゆる用途に適した選択 リアルタイム 通信 分散型 フィールド機器 モーション コントロール PROFINET ドイツの自動車工業会にて採用 目的は、シンプルで統一されたオートメーション機器のネットワーク化 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 44 1. マーケット情報 PROFINET 中国標準としてて採用 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 45 HMIの見える化 Webアクセス＆Webカメラ接続 HMI • Webブラウザでタッチパネルにアクセスし、遠隔操作 • タッチパネルをすべて確認ことができ、予め表示設定したラダーを表示可能（2016年7月コンフォートパネル/S7-1500で対応予定） • パスワードでアクセス権限をつけます リモート操作でパネル を操作 ウェブブラウザ Internet Webカメラ Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 46 Webカメラをコン フォートパネルに接続 可能 VW: 既存設備の生産性の向上 シミュレーションの活用と最新オートメーションの導入 プレスラインシミュレーション(PLS)： 稼働17年のプレスラインのレトロフィット • シーメンスの制御、ドライブと安全技術 • モーションコントロールに関するすべての機械、電気品、 ソフトウェアコンポーネントをシミュレーション • SIMOTIONとPLMソフトウェアを併用 • PLSとプレスラインのコントロールユニット間の直接デー タリンク • パフォーマンスの向上と最大40％のエネルギーの節約 Industriesoftware von Siemens ist auch für installierte シーメンスの産業ソフトウェアでは、レガシーシステムであっても生産性向上が可能 Systeme ein Produktivitätshebel Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 47 シーメンスの戦略 デジタルエンタープライズの提供 全ての自分にとって必要な情報を全ての人が手にできる環境 製造現場にデジタルプラットフォームが無ければ 5 先進技術は役に立たない。 IOT モノの インターネット 3 製造設備設計 クラウド 技術 3D プリント 技術 2 1 製造準備 製造 4 サービス 製品設計 システムズエンジニアリングがIndustire4.0の成功のカギ ナレッジ・ オートメーション 先進ロボット 専用技術から汎用技術へ、 他社で出来る事は他社にまかせる。 Unrestricted © Siemens K.K. 2016 Page 48 ありがとうございます。 Unrestricted © Siemens AG 2016 Smarter decisions, better products.
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