Network Architecture Model for RENKEI-Control

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みひなおまた
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1 ( 社 ) 日本機械学会生産システム部門研究発表講演会 2015 [ISA-95 の全てが分かるチュートリアル ] 製造オペレーションマネジメント入門 ~ISA-95 が製造業を変える ~ Ver.1 IEC/SC65E/JWG5 国際エキスパート IEC/SC65E/JWG5 国内委員横河電機株式会社宮田宏 - 1 -

2 TOC ISA-95 の概要なぜ ISA-95 が必要か? ISA-95 が出来るまで ISA-95 と国際標準 (IEC62264) ISA-95 解説書の紹介目的 ISA-95 解説書のコンテンツ協力メンバー ISA-95 解説 ( 解説書に則って ) 2 章業務機能の構造 3 章スケジューリングと情報 4 章アクティビティと連携情報 5 章事例による説明 => 村手様本発表の目的 : ISA-95 に関心を持っていただき生産革新に活用していただく事本発表解説のパート - 2 -

3 なぜISA-95が必要か? ISA-95ができるまで ISA-95と国際標準 (IEC62264) ISA-95 の概要経営システムと製造システムの統合 - 3 -

4 なぜ ISA-95 が必要か? レベル4 レベル3 レベル2 レベル1 レベル0 バッチコントロール経営計画とロジスティクス製造オペレーションマネジメント (MOM) 連続コントロールディスクリートコントロール実プロセス経営のロジスティクスと製造システムを統合することはむずかしく費用が高価である ERPの利用が増え統合の要求が増えている成功する確率が低い文化の違い用語の違い効率的な製造オペレーションは説明が困難であり比較がむずかしい製造オペレーションのしくみは統合がむずかしく費用が高価である最終ユーザの要求をベンダーに説明することはむずかしくそれだけで数年かかってしまう ( 逆もまた真 ) MES は業種固有であり共通の定義が存在しない - 4 -

5 ISA-95 ができるまで 1970~80 年代 Computer Integrated Manufacturing(CIM) の潮流が起こるパデューリファレンスモデルが開発される ( パデュー大学と米国の製造業による ) 1990 年代コンピュータによる処理が広範囲に広がる ( 販売マーケティング購買や資材調達物流やロジスティクス製品設計生産技術など ) 個別の機能モジュール間のインタフェース業務アプリケーションとのインタフェースが課題になるこの問題に取り組むため ISA において SP95 委員会が立ち上がる (S88 と呼ばれるバッチ処理標準仕様開発に取り組んでいたメンバが中心 ) - 5 -

6 ISA-95 と国際標準 - 文書体系とステータス ISA-95 のテーマ : 経営システムと製造システムの統合 Part Title ISA-95 IEC モデルと用語 Ed.2 Ed.2 2 オブジェクト属性 Ed.2 Ed.2 3 製造オペレーションのモデル Ed.2 Ed.1 4 製造オペレーションマネジメントのオブジェクト属性 Ed.1 開発中 5 経営 - 製造間のトランザクション Ed.2 Ed.1 ISA の SP95 で開発 => ANSI 化 => IEC 化 - 6 -

7 ISA-95 と国際標準 - 各パートの役割経営システム内アクティビティ ( 例 : 生産スケジューリング ) Part 1 & 2 で取り上げるデータフロー Part 3 で規定するアクティビティ Part 3 で規定しないアクティビティ Part 1 および Part 2 で規定されたデータフロー Part 4 で規定されるデータフロー未規定のデータフローレベル 4 経営システムと製造実行システムの境界レベル 3 製造実行システム内のアクティビティ ( 例 : 詳細生産スケジューリング ) レベル 2 製造実行システムとプロセス制御システムの境界 Part 4 で定義されるデータフロー - 7 -

8 目的 ISA-95 解説書のコンテンツ協力メンバー ISA-95 解説書の紹介 - 8 -

9 ISA-95 解説書製造オペレーションマネジメント入門 ~ISA-95 が製造業を変える!~ 本日発刊部数限定特定非営利活動法人ものづくり APS 推進機構目的製造オペレーションマネジメントについて日本の産業界のみなさんに共通理解いただくこと製造オペレーションマネジメント ( 管理 ) を用いて生産効率を向上していただくこと Industrie4.0 に代表される情報を活用した生産方式の流れに備えていただくこと - 9 -

10 ISA-95 解説書のコンテンツ 1 章概要 ISA-95 の全体像を理解するためにこれまでの経緯や仕様の作成および活用に関する概要を説明します 2 章業務機能の構造対象業務を表現するための視点や粒度をあらかじめ定めますまた製造システムおよび経営システムを機能を実現するための業務の集まりとしてとらえてさまざまな製造形態においてそれらの業務機能が共通してどのような構造となっているかを解説します 3 章スケジューリングと情報製造オペレーションマネジメントにおいて計画とスケジューリングの役割りを示しそこで行われているスケジューリング作業の具体的な内容と手順を解説します 4 章アクティビティと連携情報経営システムドメインと製造システムのドメインがもつさまざまな業務機能についてそこで実施されるアクティビティと業務間でやりとりされる情報を示します 5 章事例による説明具体的な工場を想定して情報システムの構築のための要件定義や仕様検討に ISA- 95 を活用する方法を例示しますここでは果汁入り飲料製造工場を例にとり ISA-95 のリファレンスモデルを用いて対象となる工場を記述した後に情報システムのアーキテクチャと具体的な実装方法を議論する手順を示します村手様

11 協力メンバ北島禎二児玉公信杉浦彰俊高見光吉茅野眞一郎出町公二西岡靖之宮田宏村手恒夫東京農工大学情報システム総研森永エンジニアリング横河ソリューションサービス三菱電機横河電機法政大学横河電機アズビル

12 2 章業務機能の構造 3 章スケジューリングと情報 4 章アクティビティと連携情報 ISA-95 解説

13 2 章業務機能の構造 - 機能階層モデル対象業務を表現するためにはそこでの視点や粒度をあらかじめ定めることが重要です階層モデルを活用することでこうした階層やレベルが明確となります機能階層モデル製造部門を管理するために必要な経営に関するアクティビティ要求された製品を生産するためのワークフローに関するアクティビティ物理的なプロセスを監視制御するアクティビティ物理的なプロセスのセンシングや操作に関連するアクティビティ物理的なプロセスそのもの

2 章業務機能の構造 - 役割階層モデル役割階層モデル生産の分類ワークセンタの例ワークユニットの例バッチプロセスプロセスセル第 5 混合ライン,

1, スチームクラッカー No.59, アルキル化第 2ユニット生産ラインボトル詰め1 号ライン, キャップ止めラインNo.

ホールディングエリアユニット蒸留塔, 反応器ワークセル自動挿入機, 検査機, 仕分け機, 加工機, マシニングセンター貯蔵ユニットラック, 箱,

14 2 章業務機能の構造 - 役割階層モデル役割階層モデル生産の分類ワークセンタの例ワークユニットの例バッチプロセスプロセスセル第 5 混合ライン, 接着材ライン西, 洗剤ラインNo.13 ユニットバッチ蒸留塔, 炉, 混合器連続プロセスディスクリート貯蔵と移動生産ユニット触媒クラッカー No.1, スチームクラッカー No.59, アルキル化第 2ユニット生産ラインボトル詰め1 号ライン, キャップ止めラインNo.15,CMOS 第 2ライン, ポンプ組立第 2ライン貯蔵ゾーン倉庫, トレイラヤード, タンクファーム, サイロファーム, 停船場, レイルヤード, ホールディングエリアユニット蒸留塔, 反応器ワークセル自動挿入機, 検査機, 仕分け機, 加工機, マシニングセンター貯蔵ユニットラック, 箱, スロット, トレイラ, コンテナ, パレット, 樽, タンク, サイロ制御方式などにより異なる具体的な設備を抽象的なワークセンタやワークユニットとして定義した物理階層モデルは別にあります

15 機能モデル経営システム側の機能 (6 機能 ) ドメイン境界に位置する機能 (5 機能 ) 経営システムドメイン ( レベル 4) と製造システム ( レベル 3 以下 ) の境界製造システム内機能 (1 機能 )

16 4 つのオペレーション管理セキュリティの管理情報の管理設備構成の管理文書の管理法令準拠の管理事故と想定外の事象の管理等は ISA-95 の対象外製造オペレーション管理のうち生産在庫保全品質という 4 つの基本的なオペレーション管理を定義した

17 製造オペレーションマネジメント (MOM) アクティビティ作業定義作業能力作業リクエスト作業レスポンス詳細スケジューリングリソース管理トラッキングディスパッチングパフォーマンス解析定義管理データ収集実行管理 8 つの MOM アクティビティは生産在庫保全品質それぞれのオペレーション管理に定義される => 計 32MOM アクティビティ

3 章スケジューリングと情報プラニング : 目的を達成するためのアクションまたはオペレーションを明確化しそのために必要な資源量を確保するための意思決定プラニングのアウトプットは一定の期間における目標数量例 ) 今月は 50,000 個, 来月の部門売上 $480,000, 来週の残業時間合計

18 3 章スケジューリングと情報プラニング : 目的を達成するためのアクションまたはオペレーションを明確化しそのために必要な資源量を確保するための意思決定プラニングのアウトプットは一定の期間における目標数量例 ) 今月は 50,000 個, 来月の部門売上 $480,000, 来週の残業時間合計スケジューリングのアウトプットはアクションの具体的なタイミング例 ) 月曜日 9:00 にワークオーダ 2345 を 6 交代にわたり 100% の稼働率で実行する, 水曜日の 9:00 に E887e の予防保全を行うスケジューリング : 与えられた様々な制約条件と評価パラメータの最適化を考慮しアクションやオペレーションに対して時間と資源を割り当てるための意思決定です

19 生産能力の定義生産効率の評価に利用可能生産スケジューリング生産ディスパッチングに利用可能

20 詳細スケジューリング作業リクエスト例 : 生産スケジューリングと生産ディスパッチングに関する情報の流れリソースネットワーク生産リソース管理ワーク能力生産定義管理ワークマスタ詳細生産スケジューリングワークスケジュール生産ディスパッチングジョブリスト生産実行管理ジョブリストワークアラート生産トラッキングデータ収集詳細生産スケジューリングは上位の経営システムのドメインから受け取った生産スケジュールをもとに個々の設備やワークセンタあるいは作業者に対するワークスケジュールを作成しそれを生産ディスパッチングに送ります生産ディスパッチングは設備や作業者にジョブオーダを割り振り生産の実行を指示します割り当てられたジョブオーダにより各ワークセンタでは装置や機械のセットアップグレード切り替え装置の洗浄稼働率の設定作業順序の決定などが行われます注 1: ワークスケジュールはワークリクエストの集合注 2: ジョブリストはジョブオーダの集合

21 ワークスケジュール詳細生産スケジューリングから生産ディスパッチングへワークスケジュールが送られるワークスケジュールは複数のワークリクエストからなるワークスケジュールジョブオーダワークリクエストは一つ以上のジョブオーダからなるジョブオーダが各生産設備 ( 資源 ) にディスパッチされるある期間内の生産設備に割り当てられたジョブオーダ群生産する品種やロット資源を時系列に見た稼働予定

22 先進的計画とスケジューリング (APS) の紹介作業中心 BOM データ管理現場制約の詳細モデリング有限能力と有限資材のスケジューリング手順ボトルネック指向スケジューリング基準生産計画 (MPS) の What-if? シミュレーションダイナミックフルペギングメタヒューリスティックスによる最適化 APSOM 発の先進的計画手法についても紹介!

4 章アクティビティと連携情報プロセス技術サポート例 : 改修または保全要求を発行するオペレーション機能および保全機能に技術標準と手段を提供する装置およびプロセスの性能をフォローアップする運転員に対する技術支援を行う技術開発をフォローアップする機能生産オペレーション計画例 : 生産スケジュールに基づき直近の生産計画を立てる

23 4 章アクティビティと連携情報プロセス技術サポート例 : 改修または保全要求を発行するオペレーション機能および保全機能に技術標準と手段を提供する装置およびプロセスの性能をフォローアップする運転員に対する技術支援を行う技術開発をフォローアップする機能生産オペレーション計画例 : 生産スケジュールに基づき直近の生産計画を立てる原料の引当可能性と製品の貯蔵可能量からスケジュールを確認する設備と作業者の引当可能性からスケジュールを確認する引当可能能力のパーセントを決定するプロセス技術サポート生産コントロール生産オペレーション計画生産オペレーション管理サブ機能生産オペレーション管理例 : スケジュールと仕様に従って製品を生産する生産, プロセス, 資源情報を報告する設備をモニタし, 運転の計測値を検証して, 保全の必要性を決定する生産設備および制御設備の診断およびセルフチェックを行うローカルで可能なサイトまたはエリアの作業者管理および文書管理を行う

24 ドメイン境界に位置する機能生産スケジューリング例生産スケジュールを決定する長期の資材要求を明確化する最終製品の包装スケジュールを決定する製品在庫管理例製品販売予定に従って, 具体的な製品を確保する配送スケジュールに従って包装済最終製品を出荷可能とする生産スケジューリングに在庫を報告する保全管理例故障を予測するために, 設備を監視する材料や交換部品の調達要求を出すパフォーマンスおよび信頼性に関する状態および技術的フィードバックを, プロセス支援エンジニアリングに提供する資材およびエネルギー管理例短期および長期の要求に基づいて資材およびエネルギーの調達要求を生成する入庫資材およびエネルギーの供給を受け入れ, 品質保証テストを要請する検収した資材およびエネルギー供給の調達を通知する品質保証例資材品質に対する標準を設定する資材を試験して認証等級分けを行う下流工程に対して, 資材の使用 ( 配送する, または次工程に送る ) を許可する

25 経営システムの機能オーダ処理例顧客オーダを処理し, 受け付けて確認する販売予測を行う生産オーダを決定する製品原価管理例生産原価目標を設定する生産総原価を計算し報告する照合するために製造原価の実績を生産コントロールに報告する製品出荷管理例受注したオーダ要求に従って, 製品出荷のために輸送手段を手配する輸送会社と交渉して発注する製品原価計算に出荷原価を報告する調達例原材料, 消耗品, 交換部品, ツール, 設備, 等の必要な資材をサプライヤに発注する調達の進捗をモニタし, 調達要求者に報告する物品が到着し確認が終われば, 支払いのための受領書を発行するマーケティングと販売例販売計画を立てるマーケティング計画を立てる製品に対する顧客要求を判断する製品への要求事項および標準を確定する研究開発と生産技術例新製品の開発プロセス要件の定義製品を生産するという点から, 製品要件設備と資源の要件の定義

26 機能間の情報フローマトリクス

27 機能間の情報フロー (1/2) 情報説明 1 生産実績および原価生産に関する実際の材料, 作業者時間, エネルギーおよび設備の使用実績製品, 副産物, 連産品およびスクラップごとに管理される 2 生産原価目標資源についての製品またはプロセスに関連する原価目標材料, 作業者時間, エネルギー, 装置使用または実績原価を含む 3 製品プロセスのノウ標準作業手順, レシピ, クリティカルな安全限度および分析方法などこれは, オペレーションハウからの要求に応じて生成されるか, 新製品および新プロセスに対応して研究, 開発および生産技術において生み出される 4 製造プロセスの情報新製品または修正された製品の定義およびプロセス定義に対する問い合わせ要求 5 製品プロセスの技術生産設備および製品のパフォーマンスに関する情報この情報は, 一般に, オペレーションコンフィードバックトロールに対するパフォーマンステストおよび検討要求の結果である 6 生産オーダ工場に対するワークを定める受け入れ済みの顧客オーダに関する情報 7 引当可能性新たなオーダへ引当て可能な工場の生産能力や在庫に関する情報 8 完成品在庫完成品の現在在庫に関する情報であり配送または出荷に引当可能な完成品の合計数量, 品質, ロケーション情報を含む新しい生産に対するスケジューリングに利用される 9 包装スケジュール顧客, 在庫などへの配送のために,1つ以上の最小在庫管理単位(SKU) で生産品目をまとめたものとして作成される 10 スケジュールどの製品が製造されるのか, どのくらい作るのか, それをいつ作るのかについての情報 11 計画に対する生産何が作られたか, どのくらい作られたか, どのように作られたか, いつ作られたかなど計画の実行による現在の生産および完了した生産結果に関する情報 12 生産能力生産設備の, 現時点の引当済み, 引当可能および引当対象外の能力量資材, 装置, 作業者およびエネルギーも含む 13 短期の資材およびエネ現在スケジュール済みまたは実行中の生産に必要とされる資源に対する要求期限を含む資材のルギー要求要求資材の予約実際の消費の指標予約の解除消費量の調整など 14 資材およびエネルギー短期のプランニングや生産で用いられる現在引当可能な資材およびエネルギー一般には資材を在庫扱う 15 資材およびエネルギーオーダ要求 16 入庫オーダ確認資材またはエネルギーが受け取られたことの通知現在の引当可能量に基づいて, 短期および長期の要求を満たすのに必要な将来の資材およびエネルギーの必要量を決定する

28 機能間の情報フロー (2/2) 情報説明 17 長期の資材およびエネ計画された生産で必要とされる資材およびエネルギー資源を時間順に記述したものルギー要求 18 資材およびエネルギー資材またはエネルギーが受領されたことの通知と, 原価計算に必要な追加の情報これには, 受領報告 BOL, 安全データシート (SDS) およびCOAを含む場合もある 19 品質保証結果通常, 原材料, 工程内材料または製品に対して行われる品質検査の結果である品質保証結果は, 製品で実施されるテストまたは個別のセグメントで実施される工程内テストに関係する品質保証結果には, 工程内特別採用の許可を含むことがある 20 標準仕様と顧客要求当該顧客ニーズを満たす製品仕様の具体的な値であるこれは, 特定の加工仕様と材料特性とを含めるのが一般的であるこの情報は, 結果として, 資材, 装置および作業者特性と関連テストに対する変更または追加をもたらすことがある 21 工程内特別採用要求正常な製品仕様が維持されているが, 正常な生産手順で定めた資材, 設備または品質測定基準からの逸脱があった場合の特別採用の要求であるこの要求に対する回答は, 品質保証結果の中にある 22 プロセスデータ特定の製品および生産要求に関係する, 生産プロセスに関する情報であるプロセスデータは通常, 品質機能の一部として品質保証で用いられ, また製品在庫管理で用いられる製品在庫管理ではこの情報が完成品納品物の一部として必要である 23 製品プロセスの要件製品を製造する方法を定めるこれは, 通常, バッチ製造におけるゼネラルレシピまたはサイトレシピ, ディスクリート製造における組立てインストラクションと図面, 連続製造のプロセス記述に対応する 24 特別採用完成品正常な製品仕様書からの逸脱に対する承認である特別採用完成品は, 標準仕様と顧客要求仕様で決定された仕様からの顧客と協議した逸脱である場合もある 25 保全要求保全機能に対する要求であるこれは, 計画された要求か, または計画外の事象 ( 例えば, 変圧器への落雷 ) による計画外の要求である 26 保全結果報告保全作業結果報告は保全要求に対する応答であり, 記録された状態, または日常保全, スケジュール化された保全, または計画外保全の完了である 27 保全技術報告通常, 生産装置のパフォーマンスおよび信頼性に関する情報で, 実施された保全に関するレポートを含む保全レポートには, 計画保全, 予防保全, 予知保全を含む 28 保全標準および方法通常, 保全がその機能を遂行する際に用いる認められた実行業務および実行手順である 29 保全関連調達要求保全タスクを実行するために必要とされる資材および補給品に関する情報である 30 出荷指示製品の出荷承認についての情報である出荷確認製品の出荷実績についての情報である

まとめ ISA-95 は経営ロジスティクスと製造システムの統合を図り生産効率を高めることを目指しておりこれを実現するために Level3 を中心としたモデル化を進めている具体的には : 製造業が共通してもつ 12 個の機能群を定義している設計的視点 ) ISA-95は共通モデル共通用語評価軸を提供してくれる実装的視点 ) Smart Manufacturing

29 まとめ ISA-95 は経営ロジスティクスと製造システムの統合を図り生産効率を高めることを目指しておりこれを実現するために Level3 を中心としたモデル化を進めている具体的には : 製造業が共通してもつ 12 個の機能群を定義している設計的視点 ) ISA-95は共通モデル共通用語評価軸を提供してくれる実装的視点 ) Smart Manufacturing 等で不可欠な神経系を提供してくれる Level3 の 4 つの製造オペレーション管理機能を定義している Level3-4 のオブジェクト属性を定義している Level3 の MOM アクティビティ (8*4 個 ) を定義している Level3 内の MOM アクティビティ間のオブジェクト属性を定義している ISA-95 の解説書が完成しました ISA-95 のわかりやすい解説詳細生産スケジューリングと生産ディスパッチングを中心に紹介している APSOM 発のスケジューリング機能も紹介している事例を基に解説している > このあと村手様よりご紹介

30 ありがとうございました

日本機械学会生産システム部門研究発表講演会 2015 資料

日本機械学会生産システム部門研究発表講演会 2015 資料 ( 社 ) 日本機械学会生産システム部門研究発表講演会 2015 製造オペレーションマネジメント入門 ~ISA-95 が製造業を変える ~ 事例による説明 2015-3-16 Ver.1 IEC/SC65E/JWG5 国内委員アズビル株式会社村手恒夫目次事例によるケーススタディの目的事例 : 果汁入り飲料水製造工場情報システム構築の流れ 1. 対象問題のドメインと階層の確認 2. 生産現場での課題の調査と整理