industire4.0におけるシステムズエンジニアリング …...2016/10/24 · plm...

Unrestricted © Siemens AG 2016 Smarter decisions, better products.

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 K.K. 2016

日本の課題とは何か？

GDP (constant 2005 US$)

B USD

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

16,000

1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

China

Germany

Japan

Korea, Rep.

United Kingdom

United States

Source: The World Data Bank, OECD

0

10

20

30

40

50

60

70

1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

GDP PPP per working hour (constant 2011 international $)


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

1800 1900 2000 Time

複雑性

第１次(1.0) 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)

第２次(2.0) Industrial Revolution 電力を活用して製造する大量生産のはしり (19世紀後半)

第３次(3.0) Industrial Revolution PLCなどによる生産工程の自動化。 (20世紀後半～)

第４次(4.0) Industrial Revolution 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 1870年初のコンベヤー (シンシナティのと場)

1969年 PLC (Modicon 084)

* Industrie 4.0：原文ドイツ語。以下、インダストリー4.0


Industrie 4.0が必要な理由

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

• より早く世の中にない製品を • 複雑化する要件をみたしつつ • 多量に産み出す

• 省エネと既存設備の最大活用 • 個人の好みに合わせた • 変化の速い市場に • 効率的に • おもてなす

競争力の強化

コストミニマムで提供する顧客の好みに合わせた製品を市場へより早く


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。

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

1 2 3 5 4 製品設計

製造準備

製造設備設計

製造サービス IOT モノのインターネット

先進ロボット

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


スムーズな統合

設計からの情報

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

製造工程情報

• 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

MES/MOM ソフトウェア製品 + 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

+


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。

PLM Software Portfolio Integrated Automation 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

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


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

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

統合化システムインテグレーションの改善

適合と仮想テスト仮想との相互関係のある

テストと証明の最適化

AMESim Plant Model

Host Machine

Controls

Physics Models: Behavior, Performance &

Physical Properties

Control Algorithms & Embedded Software

Verify Systems & Calibrations Physical Test Virtual Test

Detailed Design Virtual Verification Pre-Program Physical Verification


Controls

Physics Models: Behavior, Performance &

Physical Properties

Control Algorithms & Embedded Software

Verify Systems & Calibrations Physical Test Virtual Test

Detailed Design Virtual Verification Pre-Program Physical Verification

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

Requirements & Test Plans

Functions / Features

Product Architecture Design Configuration

& change Model

Management PLM Foundation R F L P

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

統合化システムインテグレーションの改善

適合と仮想テスト仮想との相互関係のある

テストと証明の最適化

Host Machine AMESim Plant Model


SDPD概念図

製品ライン・エンジニアリング

バリアントフィーチャモデル特性管理製品目標

機能（F）ロジック（L)

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

ソフトウェアソフトウェア

・モデル

ソフトウェア開発

ビルド・デプロイ

制御

E/E モデル

制御モデル

MiL, SiL, HiL

部品マスタ/ BOM 要求(R)

メカ

3D MCAD / CAE モデル

1D Behavior モデ

ル

継続的なインテグレーション、検証、変更

Product Line Requirements

制御システム要件ソフトウエア要件

Cascade / Decompose

メカ要件 Decompose

System Requirements


SDPD ソフト、メカ、制御をつなぐ Decomposition example – Autonomous cruise control system

Autonomous Cruise Control

System

Use Dedicated ECL

Software

Manual Disablement Enablement

Electrical

Cruise Control Speed Selection

Functional System Components

Software 3

Sensing Technology

Software

Use Serial Bus

Electrical

Distance Sensor

Electrical

System Initialization

Electrical Mechanical Mechanical 1

Distance Sensor Technology

Electrical

ü 変更 ü 影響分析 ü コンフィグレーション ü 責任範囲の明確化

…全ての情報はドメインをまたいでトレーサビリティがとれ、情報間の関係性も保持できる環境が必要

URL

URL URL


Multi-Domain Requirements Decomposition example – Autonomous cruise control system

Autonomous Cruise Control

System

Use Dedicated ECL

Software

Manual Disablement Enablement

Electrical

Cruise Control Speed Selection

Functional System Components

Software 3

Sensing Technology

Software

Use Serial Bus

Electrical

Distance Sensor

Electrical

System Initialization

Electrical Mechanical Mechanical 1

Distance Sensor Technology

Electrical

ü Change ü Impact analysis ü Configuration ü Accountability

…all require complete traceability in the context of ALL requirements and related artifacts across all domains

URL

URL URL


Systems Driven Product Development Requirements are everywhere


Systems Driven Product Development Requirements are everywhere

Product Line Engineering Product Line

Variability Feature

Modeling Attribute

Management Product Targets

Functions Logical

Multi-Domain System Architecture and Modeling Traceability and Configuration

Software

Software Modeling

Software Development

Build and Deploy

Control

E/E modeling

Control modeling

MiL, SiL, HiL

Part Master / BOM Requirements

Physical

3D MCAD / CAE Modeling

1D Behavior Modeling

継続的なインテグレーション、検証、変更

Product Line Requirements

Control System Requirements

Software Requirements

Cascade

Physical Requirements

Decompose

System Requirements

COPE TC Polarion

TC

全レ

ベル

での

継続

的な

検証

Unrestricted © Siemens AG 2016

Siemens K.K. Page 15

デジタルエンタープライズマップ

PLM MES/MOM 制御

再利用標準

工程設計とシミュレーション

工場、製造装置

製造指示トレース

日程管理 ERP

製造装置電気設計

モニタリング

部品製造

製造装置

メカ設計統計

デー

タ的

改善

公差設計製造シミュレ

－ション

継続的改善

品質管理

制御設計




PLM MES/MOM 制御

再利用標準




日程管理 ERP


モニタリング

部品製造

製造装置

メカ設計統計

デー

タ的

改善


－ション

継続的改善

品質管理

制御設計

マシーン ID + NC リファレンスデータ

ツールマスターデータ

NCワークパッケージ

工程 / NC / 製造指示

オーダー/製品フィードバックスケジュール

Genealogy

NC Programs

メカレイアウト

OEE データ

コンテキスト

GD&T

工程

mBOM




PLM MES/MOM 制御

再利用標準



ERP


部品製造

製造装置

メカ設計


－ション

制御設計

メカレイアウト

GD&T


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

電気設計制御設計

工程設計

Manufacturing Process Planner

Process Simulate

NX Eplan

Electric P8

TIA Portal NX Line Designer

PLC

E-C

AD

工程シミュレーション

バーチャルコミッショニング

Process Simulate

コミショニング

製造装置/ ツール/

治具設計工場レイアウト

基本電気デザイン制御設計

Teamcenter

NX

Process Simulate

Teamcenter


Siemens K.K.


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


Siemens K.K.

• 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

1970-1995 TIAコンセプト 1995-2010

TIA ポータル 2010-

ユーザの視点

様々な制御機器毎の専用ツール

エンジニアリングツール

PLC HMI Drives

Net

Safety Motion

• 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

総合管理ソフトで各設計データの一括管理

PLC

SIMATIC Manager

HMI Drives Motion

• 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

設計フレームワークで共通サービス機能を統合

PLC HMI

Drive Motion

ﾈｯﾄﾜｰｸ構成情報

データ管理

ｾｷｭﾘﾃｨ診断情報

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 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

STEP 7

SIMATIC Controller

WinCC

SIMATIC HMI

Siemens Totally Integrated Automation Portal

StartDrive

SINAMICS Drives


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

Motion Control

(w/ SIMOTION)

Drive Control (w/ SIZER)

Actuator

Mechanical Design

Sensor


Siemens K.K.


Automation Designer メカ、電気、ソフトウェア開発の統合環境

Mechanics Map to mechanical design

Electrics Devices and schematics

Automation HW Config and PLC SW blocks

Teamcenter backbone


シーメンス流モジュールの一例

シリンダ

バルブ

機械、電気部品で構成センサストロークエンド検出

ソレノイド

エア－駆動アクチュエータ機械モジュール

分解治具

機械部品

(電気不要)

電気部品

組立

CAD

機械

設計

PLC

プロ

グラ

ム開

発

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)

入力部

出力部

演算部

展開

プログラムコード(命令) ＋

データ(変数・定数)

構造体データ

オー

トメ

ーシ

ョン

デ

ザイ

ナー

(開発

中)

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

コピー＋

パラメータ調整 (サイズ)

(部品タグ名)

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


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PLM MES/MOM 制御




日程管理 ERP

部品製造

マシーン ID + NC リファレンスデータ

工程 / NC / 製造指示

オーダー/製品フィードバックスケジュール

Genealogy

NC Programs


PLM

プロセス参考例

START

Transfer Order from ERP to SIT

ERP Integration

Transfer Business Process from PLM to SIT

PLM Integration

Create Manufacturing

Order

Orders Management

Order Execution

Orders Management

Order Completion

Orders Management

Engineering Feedback

PLM Integration

END

Order Feedback to ERP

ERP Integration

END

Engineer

Planner

Operator

Quality Inspection

Quality

Quality Manager

Automatic

SIMATIC IT

ERP (SAP)


Siemens Amberg 工場設計から製造までの一貫した連携


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

§ 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

目標

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


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


IoTとは何か？どうあるべきか？

Process Industries & Drives

Digital Factory

Energy Management

Healthcare

Power and Gas, Power Generation

Services

Wind Power

Mobility

Building Technologies

Web of Systems

汎用技術が、専用技術をカバーして行く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

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）

App dev. apps End customer Cloud for industry apps OEM apps apps

Simatic Sinumerik Sinamics 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 設定

Connect asset to MindConnect Nano

Configure data model, data acquisition & connectivity

1


Plant Data Cockpit

Corporate or fleet view

Management view

Technical view

Data Analyst view


予知、予兆保全

08.07.03 02.09.03 28.10.03 23.12.03 17.02.04 13.04.04 08.06.04 03.08.04 28.09.04 23.11.04 18.01.05 15.03.05 10.05.05

date

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

a [m/s²]

警報

08.07.11 02.09.11 28.10.11 23.12.11 17.02.12 13.04.12 08.06.12 03.08.12 28.09.12 23.11.12 18.01.13 15.03.13 10.05.13

トレンド

ポンプ / ファンギアボックスドライブ

共振

ブレード周波数

アンバランスギア噛み合い異常

アライメント不良

ベアリング不良

ステーター不良ローター破損

振動解析電流解析温度解析

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


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; 設置摩耗/稼働による影響

ローターアンバランス共振

アライメントブレード周波数

アンバランス (摩耗)

温度上昇基礎異常ドライブ機器の緩み

アンバランス (個化)

温度アンバランス電気異常


Machine speed n = 1 488 rpm Number of pole pairs p = 2 Frequency of rotation frot = 24.8 Hz

f [Hz]

1 x frot

24.8 49.6 74.4

2 x frot 3 x frot

Amplitude of frequency of rotation is clear in horizontal and vertical measuring directions

診断解析手法アンバランス

v [mm/s] ^


f [Hz]

1 x frot

24.8 49.6 74.4

2 x frot 3 x frot

Machine speed n = 1 488 rpm Rotation frequency frot = 24.8 Hz

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.

診断解析手法アライメント異常

v [mm/s] ^


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

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

– 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


Siemensの工場自動化コンセプト

エンタープライズレベル

マネジメントレベル

オペレーターレベル

コントロールレベル

フィールドレベル SIMATIC NET Industrial

Communication

Wireless LAN

SIMATIC Controllers

SIMATIC IDENT Industrial

Identification

SIMATIC Distributed I/O

SINAMICS Drive Systems

SIRIUS Industrial Controls

SINUMERIK CNC

SIMATIC HMI

SIMOTION Motion Control

TIA ポータル Engineering

Framework for Automation Tasks

PLM

ERP

SIMATIC IT Intelligence Suite

SIMATIC IT Production Suite

SIMATIC IT R&D Suite

COMOS Plant Engineering

PLM ERP

Plant Engineering MES

PCS 7 SCADA

SIMATIC WinCC SCADA System

TECNOMATIX Digital

Manufacturing

TEAMCENTER Collaborative

PDM

NX Product

Development


PROFINET

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分散型

インテリジェンス

ネットワーク構築

IT 規格とセキュリティ

安全プロセス

PROFINETは、あらゆる用途に適した選択

PROFINET


PROFINET ドイツの自動車工業会にて採用

1. マーケット情報

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


PROFINET 中国標準としてて採用


HMIの見える化 Webアクセス＆Webカメラ接続

ウェブブラウザ Internet

• 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

Webカメラ Webカメラをコン

フォートパネルに接続可能

リモート操作でパネルを操作

HMI


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

Industriesoftware von Siemens ist auch für installierte Systeme ein Produktivitätshebel

• 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

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

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

1 2 3 5 4 製品設計

製造準備

製造設備設計

製造サービス IOT モノのインターネット

先進ロボット

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

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。

システムズエンジニアリングがIndustire4.0の成功のカギ

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。

industire4.0におけるシステムズエンジニアリング …...2016/10/24 · plm...

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