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1 JIIA 殿主催 Industry 4.0 セミナー Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向とビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について MECHATROLINK 協会 事務局代表 三輪卓也 MLC16C-070

2 目次 Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向と ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について 1.Industry 4.0 及び各種ネットワークに関する市場動向 2. フィールドネットワークの市場動向について 3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応に対する将来性について MLC16C-070 2

3 1. Industry 4.0 及び各種ネットワークに関する市場動向 MLC16C-070 3

4 1-1.Industry 4.0 とは Industry 4.0 とは : ドイツ政府が中心となって第 4 次産業革命の位置づけとして 提唱 IT 技術 サイバーフィジカルシステム (Cyber Physical System) を活用した新たなモノづくりであり それを具体化するスマートファクトリ - の実現と捉えられている 生産性 第 2 次産業革命 : 電力の活用による大量生産第 1 次産業革命 : 蒸気機関による機械化 第 3 次産業革命 : PLC など電気と IT を組み合わせたエレクトロニクスによるオートメーション化 第 4 次産業革命 : サイバーフィジカルシステム (Cyber Physical System) に基づく 新たなモノづくり 18 世紀 19 世紀 1970 年代 2010 年代

5 1-2.Industry 4.0 の背景 ドイツをはじめ先進国が市場環境の変化に危機感 ものづくりの革新 ( 製造業の生き残り ) への取り組みを強化 市場トレンド 新興国 各市場でのニーズは異なる!! 大規模 他品種大量生産 多品種変量生産 先進国 内需拡大 低コスト化 市場拡大 市場縮小 ニーズ多様化 高付加価値 先進国企業の製造工場増加 アプリケーション多機能化

6 1-3.Industry 4.0 に対する各国の取り組み Industry 4.0 に対する各国の取り組み : 新たなものづくりの実現に向け 各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化を含めた主導権争いを実施中 Indstrie4.0 ( ドイツ ) Industrie4.0 プラットフォーム運営委員会 ABB AG Hewlett Packard GmbH Robert Bosch Industrietreuhand KG Bosch Rexroth AG IBM Deutschland GmbH SAP Deutschland AG & Co. KG Deutsche Telekom AG Infineon Technologies AG Siemens AG FESTO AG & Co. KG PHOENIX CONTACT Electronics GmbH ThyssenKrupp AG TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH WITTENSTEIN AG Technische Universität Darmstadt MLC16C-070 6

7 1-3.Industry 4.0 に対する各国の取り組み Industry 4.0 に対する各国の取り組み : 新たなものづくりの実現に向け 各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化を含めた主導権争いを実施中 Industrie4.0 ( ドイツ ) ロボット革命イニシアティブ協議会 (RRI: 日本 ) RRI 運営幹事 ( 企業 ) 小松製作所 日本電気 パナソニック ファナック 富士通 三菱電機 MLC16C-070 7

8 1-3.Industry 4.0 に対する各国の取り組み Industry 4.0 に対する各国の取り組み : 新たなものづくりの実現に向け 各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化を含めた主導権争いを実施中 Industrie4.0 ( ドイツ ) ロボット革命イニシアティブ協議会 (RRI: 日本 ) Industrial Value Chain Initiative (IVI: 日本 ) IVI 幹事会員 IHI オムロン 川崎重工業 神戸製鋼所 小島プレス工業 今野製作所 ダイフク 東芝 トヨタ自動車 豊田中央研究所 ニコン 日本電気 パナソニック 日立製作所 ( 代表幹事 ) ブラザー工業 富士通 マツダ 三菱電機 ( 副代表幹事 ) 安川電機 MLC16C-070 8

9 1-3.Industry 4.0 に対する各国の取り組み Industry 4.0 に対する各国の取り組み : 新たなものづくりの実現に向け 各国が中心になり主要企業が標準化を含めた主導権争いを実施中 Industrie4.0 ( ドイツ ) 中国製造 2015 ( 中国 ) ロボット革命イニシアティブ協議会 (RRI: 日本 ) Industrial Value Chain Initiative (IVI: 日本 ) Industrial Internet Consortium (IIC: 米国 ) Founding & Contributing Members MLC16C-070 9

10 1-4.Industry 4.0 の目指す世界 Industry 4.0 の目指す世界とは : IT 技術 サイバーフィジカルシステム (Cyber Physical System:CPS) を活用した新たなモノづくりであり それを具体化するスマートファクトリ - の実現と捉えられている PLM 企画 CPS データ解析 データ蓄積 製品設計 IT 技術 : M2M Cloud AI OPC-UA 等 ERP 生産準備生産管理 在庫管理販売管理 MES 情報系ネットワーク SCADA コントローラ間ネットワーク 保守 保全アフターサービス IT-FA の情報連携 IT 系 データ収集 対策適用 PLC,NC,RC,MC フィールドネットワーク FA 系 サーボ インバータ I/O センサ MLC16C

11 1-5.Industry 4.0 の課題 Industry 4.0 実現に向けた課題 : IT 技術の活用は新たなものづくりを実現するため手段 今までのものづくりの何を改善するのかをとらえることが重要 PLM 企画 CPS データ解析 データ蓄積 製品設計 IT 技術 : M2M Cloud AI OPC-UA 等 ERP 生産準備生産管理 在庫管理販売管理 MES 情報系ネットワーク SCADA コントローラ間ネットワーク 保守 保全アフターサービス 工場の見える化 : 生産モニタリング 生産性改善 IT 系稼働率改善 等 IT-FA の情報連携 データ収集 対策適用 PLC,NC,RC,MC 生産設備の予防保全 : メンテナンス計画 稼働率 ( ダウンタイム ) 改善 等 フィールドネットワーク サーボ インバータ I/O センサ FA 系 MLC16C

12 1-6.Industry 4.0 に対する各社取り組み Industry 4.0 に対する各社取り組み : 各社が 自社製品を活用した自社工場による実証を積極的に展開 その活動の中で FA 企業と IT 企業の連携が活発化 ファナック ロックウェル (2016/1) ファナックのロボット /CNC とロックウェルの MES との接続し 稼働状況の見える化 ( つながる工場 ) を実現 ファナック シスコ (2016/1) ファナックのロボット及びその解析技術とシスコの IoT ソリューションとの接続し ロボットの稼働率向上 ( 予知 予防保全 ) の実現 ファナック NAVDIA(2016/10) ファナックのロボット及びその解析技術と NAVDIA の AI 技術を利用したロボットの操作の簡単化と高知能化を実現 三菱電機 インテル (2014/9) インテルの IoT 技術と三菱電機の e-f@ctory ソリューションが組み合わさることで 障害予測などの革新的な機能を提供し 工場の生産性向上を実現 三菱電機 e-factory パートナー三菱電機の PLC を軸にした e-f@ctory ソリューションとの連携のため IT 企業やコンポーネント企業など連携を実施 安川電機 IBM(2016/6) 安川電機のロボットと IBM の AI 技術を利用したロボットの稼働率向上 ( 予知 予防保全 ) の実現 シーメンス 松下 (2016/4) 電子機器産業におけるオートメーション規格の共同開発を合意製造プロセスのライン統合及びオートメーション構想に関するパートナーシップを構築 日立製作所 ServiceNow Inc(2016/7) 日立の統合システム運用管理ソフトウェアと ServiceNow Inc の SaaS 型 IT サービスマネジメントを連携させ 企業の IT サービスマネジメントのさらなる最適化を実現するソリューションの提供 MLC16C

13 2. フィールドネットワークの市場動向について MLC16C

14 2-1. フィールドネットワークの位置づけ フィールドネットワークの位置づけ フィールドネットワークは ネットワークの階層の中で 一番下位に位置づけされます フィールドネットワークの中でも 特にアクチュエータ制御や IO 制御など システムを駆動したり制御情報を入力するための機器がつながるネットワークを 一般的に モーション ネットワーク と呼びます ( これに対し I/O 用途のネットワークは I/O ネットワーク ) モーション ネットワークに必要な要件には 高速性 定周期性 同期性 低ジッター 多ノード接続 サイクリックと非サイクリック通信などが挙げられます 上位情報系ネットワーク 生産管理システム 保全システムなど コントローラ間ネットワーク パネルコンピュータやパソコンなど フィールドネットワーク motion network I/O network MC NC PLC MC PLC など末端の機器をコントロールする製品 Servo Servo I/O Spin Servo I/O Servo INV I/O I/O dle サーボ リモート I/O センサ 情報入出力機器 14

15 2-2. 主なフィールドネットワーク Open network ネットワーク 国 開発元 推進団体 URL MECHATROLINK 日本 安川電機 MECHATROLINK 協会 (MMA) EtherCAT ドイツ Beckhoff EtherCAT Technology Group (ETG) PROFIBUS / PROFINET ドイツ Siemens PROFIBUS & PROFINET International (PI) ETHERNET POWERLINK オーストリア B&R ETHERNET POWERLINK Standardization Group (EPSG) Ethernet/IP, DeviceNet, CompoNet 米国 Rockwell Automation Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) SERCOS ドイツ ABB, Bosch, Indramat Sercos International e.v. CC-LINK / CC-LINK IE 日本三菱電機 CC-LINK Partner Association (CLPA) SynqNet 米国 MEI SynqNet Interest Group VARAN bus オーストリア Sigmatek VARAN-BUS-NUTZERORGANISATION" (VNO) Private network ネットワーク 国 企業 URL SSCNET-III/H 日本 三菱電機 (SSCNETパートナー会) Realtime Express 日本 パナソニック ( パートナー会 ) industrial.panasonic.com/jp/i/25000/n_minas_a4n/n_minas_a4n/rtex.html CUnet, HLS 日本 ステップテクニカ Motionnet 日本 日本パルスモーター motioncat 日本 ハイバーテック A-Link, A-net 日本 アルゴシステム DMCNET 台湾 DELTA ELECTRONICS, INC ( 台湾 ) NCUC bus 中国 中国 NCメーカ (GSK 瀋陽高精など) ー 15

16 2-2. 主なオープンネットワーク : 国別 日本 FL-net (OPCN-2) ドイツ アメリカ オーストリア 16

17 2-3. 主なオープンネットワーク団体の関係 各団体の持つネットワーク技術による協力関係 アメリカ ODVA (DeviceNet, Ethernet/IP) CIP Safety オーストリア DeviceNet は CAN( 物理層 ) を使用 EPSG (Powerlink) CANopen CLPA (CC-LINK) 日本 相互接続の協業 (2015/11 発表 ) ドイツ SI (Sercos) Sercos profile CANopen CiA (CAN/CANopen) ドイツ CANopen ドイツ PI (Profibus & Profinet) PI も PR している ドイツ ETG (EtherCAT) CoE : CAN application protocol over EtherCAT SoE : Servo drive profil over EtherCAT MMA (MECHATROLINK) 日本 VNO (VARAN) オーストリア 17

18 2-4. 主なオープンネットワーク団体の取り組み IT 系との情報連携に向けて コントローラネットワークをサポートする団体は OPC Foundation と連携強化 OPC-UA でセキュリティを確保しながら IT 系システムへの情報連携と標準化が加速 IT 系 FA 系 2016/4 2015/4 18

19 2-5. フィールドネットワークの種類 : モーションネットワークと I/O ネットワーク 要件 モーションネットワーク (MECHATROLINK EtherCAT SSCNET など ) 定周期性の保証 たとえば 1ms サイクルの通信であれば 1ms サイクルを保証 同期の仕組みがある 複数のスレーブが同期して動作する仕組みを持っている ジッタ (Jitter; 時間の揺らぎ ) が 1usec 以下 各ノード間におけるジッタが 1usec である このジッタが小さいほど 同期性が高い ( 通信データの送受信タイミングの揺らぎではなく 各スレーブのコマンドデータの処理タイミングの揺らぎのこと ) I/O ネットワーク (DeviceNet CC-LINK など ) 定周期性は保証されない 通信データサイズにより 通信時間は変化する サイクリックな通信は可能だが Best Effort 方式となる 同期の仕組みはない 複数のスレーブは通信データを受信したタイミングで処理を開始する ( 下図参照 ) 通信サイクル Master Slave Slave1 Slave2 Slave3 Slave1 Slave2 Slave Master Slave1 Slave2 Slave3 処理開始 処理開始 処理開始 I/O ネットワークではコマンド受信したタイミングで各スレーブが処理を開始するため スレーブ同士は同期していない 19

20 2-5. フィールドネットワークの種類 : モーションネットワークと I/O ネットワーク モーション用途で使用すると モーションネットワーク (MECHATROLINK EtherCAT SSCNET など ) 複数スレーブでの補間運転も可能 ( 同期性 サイクリック通信 時間確定性 ) サーボ側に速度プロファイル等を持った位置決め動作も可能 ( コマンド ) 速度指令 トルク指令も可能 ( コマンド ) I/O ネットワーク (DeviceNet CC-LINK など ) I/O ネットワークでもサーボ等のアクチュエータを接続可能だが この場合 アクチュエータ側に速度プロファイル等を持ち その運転の起動 停止を通信経由で行うことになる 複数スレーブ間の同期性がないため 補間運転は出来ない 速度指令 トルク指令も可能とは思われるが 一般に上位で位置ループ 速度ループを組むことは無い 補間指令 速度指令 トルク指令 位置決め サーボが持つ速度プロファイル等による移動 Motion Profile Position Control Velocity Control Torque Control Motor Encoder 20

21 2-6. フィールドネットワーク :Motion 用途向けネットワーク概要 Network 物理層 伝送速度 伝送周期 同期性 リトライ 機能 IEC61158 / IEC61784 MECHATROLINK-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us~ Yes Yes Yes No IEC (PDS) EtherCAT Ethernet 100 Mbps 10us~ Yes No Yes Yes (IEC , IEC ) Sercos-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us~ Yes No Yes Yes (IEC ) PROFINET IRT Ethernet 100 Mbps 250us~ Yes No Yes Yes (IEC ) Ethernet/IP with CIP Motion CC-LINK IE Field Motion Ethernet 100 Mbps 200us~ Yes (CIP Sync) No Yes Yes (IEC ) Ethernet 1 Gbps 111us~ Yes No Yes Yes (IEC ) 備考 CC-LINK IE Field Basic SynqNet Ethernet 100 Mbps Yes No No No Ethernet 100 Mbps ZMP : 20.8us XMP : 62.5us Yes No No No VARAN Ethernet 100 Mbps <100us~ Yes Yes No No SSCNET-Ⅲ/H? 150 Mbps 222us~ Yes No No No 111us があるとの噂あり Realtime Express Ethernet 100 Mbps 83us~ Yes No No No motionnet motioncat RS , 5, 10, 20 Mbps 120 us / 8 slave 240 us / 16 slave 480 us / 32 slave 970 us / 64 slave No No No No 同期性は無い通信だが 半導体業界に入り込んで いる 物理層 /DL 層 / アプリ層 アプリ層 ( サーボコマンド関連 ) 21

22 2-7. フィールドネットワーク : 主なオープンネットワークの IEC 規格対応について (IEC61158 / 61784) フィールドネットワークに対する IEC 規格は 主なオープンフィールドネットワークが対応済み MECHATROLINK は type24 として追 2014 年の改版追加され 現在は FL-net や ADSnet の追加が審議中 -6 Application Layer Protocol, Type 1,2,3,4..., 24 IEC (Communication Layers) -1 Overview -2 Physical Layer -5 Application Layer Service, Type 1,2,3,4..., 24-4 Data link Protocol, Type 1,2,3,4..., 24-3 Data link Service, Type 1,2,3,4..., 24 IEC (Communication Profiles) FF CIP PROFIBUS PROFINET MECHATROLINK-II/III (Type24) IEC (Realtime Ethernet RTE) CIP EtherCAT Powerlink IEC (Safety Communication) -3-1 FF SIF -3-2 CIP Safety -3-3 PROFIsafe -3-6 INTERBUS Safety -3-8 CC-LINK Safety EtherCAT Safety Powerlink Safety IEC (Security) IEC (Installation) FF CIP PROFIBUS PROFINET MECHATROLINK-II/III IEC は各ネットワーク用個別の仕様 IEC61918 が共通の要求仕様 IEC は各ネットワーク用個別の仕様 IEC62443 が共通の要求仕様 22

23 3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について MLC16C

24 3-1. FA 装置におけるビジョンシステムの適用例と課題 FA システム機器としてビジョンセンサ等のイーサネット I/F 機器が普及 モーションとビジョンを含むシステムのさらなる付加価値向上に向けては モーションに連携するセンサとの連携が課題 ビジョンコントローラ ビジョンセンサはイーサネット 制御機器 ( デバイス ) はフィールドバスで別々のネットワークで接続 ビジョンセンサのトリガや照明制御は専用の I/O で接続 図 ビジョンセンサの適用例 課題 : コントローラ内のイーサネットデータ処理の遅延でフィールドバスの通信と同期がとれない コントローラにセンサトリガ用の I/O I/F が必要 モーション制御と撮影データとのトレーサビリティ MLC16C

25 3-2. JIIA 殿と MECHATROLINK 協会 (MMA) との協業について マシンビジョンの MECHATROLINK 対応に向けた検討開始で合意! 日本インダストリアルイメージング協会 MECHATROLINK 協会 イーサーネット (IIDC2) コントローラ ( マスタ ) IIDC2 をベースに MECHATROLINK 対応における技術課題と仕様の標準化 ( 実証デモ ) を進める MECHATROLINK-Ⅲ インバータ サーボ サーボ ( スレーブ ) ( スレーブ ) ( スレーブ ) I/O ( スレーブ ) M-Ⅲ/ ビジョンセンサアダプタ ( スレーブ ) イーサネット I/O (IIDC2) ビジョンセンサ照明 他フィールドネットワークを含めた標準化活動の実施 MLC16C

26 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 設定ツール 検査部 PLC カメラ 照明 IIDC2/IO コントロール ( 照明 ) MC MECHATROLINK-Ⅲ Ethernet ビジョンコントローラ X 軸 搬送軸 Z 軸 θ 軸 サーホ 電子部品など Y 軸 ノズル θ 軸 Z 軸 ビジョンセンサはイーサネット 制御機器 ( デバイス ) はフィールドバスで別々のネットワークで接続 ビジョンセンサのトリガや照明制御は専用の I/O で接続 トレー カメラ 照明 搬送軸 基板 ケースなど システムとしては 非同期 電子部品の実装機 ( マウンタ ) のイメージ MLC16C

27 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 設定ツール 検査部 PLC IIDC2/IO コントロール ( 照明 ) カメラ 照明 MC MECHATROLINK-Ⅲ Ethernet ビジョンコントローラ X 軸 搬送軸 Z 軸 θ 軸 サーホ 電子部品 ビジョンセンサの画像処理結果およびなど I/O 入力データ ( 撮影トリガ 証照明制御 ) をM-Ⅲ 通信周期に同期してM-Ⅲマスタ機器に送信トレー ビジョンセンサの検出結果をコントローラを経由せずにサーボが直接参照可能 ( 他局モニタ機能 ) M-Ⅲマスタ機器の指令に同期してI/O 出力可能 高速化とデータ管理の一元化が可能 Y 軸 カメラ 照明 搬送軸 ノズル 基板 ケースなど 電子部品の実装機 ( マウンタ ) のイメージ θ 軸 Z 軸 MLC16C

28 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 MECHATROLINK-Ⅲ の特徴 : 他局モニタ 他局モニタ機能 スレーブが 他のスレーブとマスタとの通信データをモニタ可能 これにより ビジョンコントローラの払いだしたアライメントデータをサーボドライブが読み取り直接動作させることが可能 *1 このデータを 1 軸目のスレーブ内で利用することで 高速応答化が可能 MLC16C

29 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 ビジョンシステムを MECHATROLINK 対応することで データの一元管理が可能 MECHATROLINK のメッセージ通信機能とメッセージ中継機能を使用することで コントローラに負荷を与えることなく データを MES やクラウドへの転送が可能 ビジョンセンサ MLC16C

30 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 メッセージ通信対応システム タブレットから各種操作が可能! 無線 LAN AP Ethernet マスタ HMI PC HUB Message communication Wi-Fi 経由による見える化 スレーブ I/O 表示灯制御 スレーブ MECHATROLINK-Ⅲ MLC16C

31 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 現状 ( メッセージ通信未対応システム ) トラブルが発生した場合には オフラインでの解析 調査 対策検討など プログラム 写真 レポートなど! 各ツール 各ツール WiFi/LAN MLC16C

32 3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例 メッセージ通信対応システム ポイント! M2M データセンタクラウドシステム クラウドサービス インターネット オンラインで各種ツールの使用が可能 クラウドでのデータ蓄積 管理が可能 作業性 工数など削減やデータの一元管理が可能! 3G 回線 M2M モジュール MMLink3G ( 安川情報システム殿 ) M2M システム! 各ツール 各ツール Wi-Fi/LAN クラウドサービス画面 MMCLoud ( 安川情報システム殿 ) MLC16C

33 まとめ Indstry4.0 や IoT 活用の流れの中で IT 系システムと FA 系システムの接続に関しては 各社 各団体が標準化に向けた取り組みを強化 コントローラ間ネットワークは Ethernet/Ethernet IP Profinet OPC-UA など標準化が加速 フィールドネットワークに関しては 装置性能の差別化と 各社コンポーネントサプライや等の思惑などもあり IEC 規格の対応からしても当面標準化は進まない ( 装置内コントローラが IT 系システムへのゲートウェイとして対応 ) ビジュアルフィードバックなど 生産装置や工場のさらなる付加価値向上のためには ビジョンシステムの高機能 高性能化に合わせてフィールドネットワーク対応が重要 MLC16C

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