導入しやすい予知保全、エッジAI搭載小型モジュールの無線ソリューション「i3 CbM Solution」
目次
予知保全とは
一般的に生産現場では、生産性を高めるために機械や設備の稼働率をできるだけ高く維持することが求められます。しかし、機械や設備は長時間の稼働により劣化が進み、異常動作を引き起こして正常な稼働ができなくなるおそれがあるため、故障する前にメンテナンスをする必要があります。従来は定期的に部品の交換や修理といったメンテナンスを行う予防保全（Preventive maintenance）が一般的でした。しかしこの手法では、現場での過去の経験に基づきメンテナンス周期を決めるため、まだ使える部品でも交換してしまうというムダが発生したり、何らかの要因で通常より早く劣化が進んでしまった部品が引き起こす故障に対応できないという課題がありました。そこで近年では、予知保全（Predictive maintenance）という設備の保全方法が注目されています。これは機械や設備の状態をセンサによってリアルタイムに監視し、不具合や故障を事前に予知して対策を行う方法です。適切なメンテナンス時期を把握し生産計画をたてやすくなること、交換部品の在庫の適切な保有が可能となること、保全技術者の負担や属人化を減らすことで高齢化や人手不足といった課題にも対応可能となること、といった点から、様々な現場での普及が期待されています。
これまで、予知保全を実現するためにはいくつかの課題がありました。例えば、配線や物理的な制約により、ユーザーが望む場所でセンシングができないという課題です。また、故障につながるような異常状態のデータが不足しているため、故障の予測が難しいという課題もあります。さらに、既に様々なセンサや分析ツールなどが各々異なるシステムとして提供されており、取得したデータを集約して活用するのが困難であるという課題もありました。
これらの課題を解決するためにTDKは、ユーザーが現場で簡単に予知保全を開始することができるオールインワンパッケージソリューション「i3 CbM Solution」を開発しました。超小型でバッテリー駆動が可能なワイヤレスセンサモジュールにより、物理的な制約を受けずに様々な場所でのセンシングが可能となります。センサモジュールにはエッジAIを内蔵しており、設備ごとに機械学習モデルを作成して予知保全を開始することが可能です。またセンサモジュールはワイヤレスメッシュネットワークで簡単かつ広範囲での接続が可能であり、本ソリューションは取得したデータの集約、解析、運用を容易に行うことが可能です。このように、TDKの「i3 CbM Solution」は、お客様の予知保全を実現するうえで最適なソリューションです。
製品構成
「i3 CbM Solution」はセンサモジュール「i3 Micro Module」、ネットワークコントローラ、ソフトウェアから構成されます。機械や設備の振動状態は各センサモジュールで測定、解析します。各々のセンサモジュール間はワイヤレスメッシュネットワークで接続され、広範囲かつ確実に分析したデータの送信が可能です。センサモジュールから取得したデータは、ネットワークコントローラを介してPCで動作する付属のソフトウェア上に集約され、機械や設備の状態を一元的に管理することが可能となります。
i3 CbM Solutionの特徴
i3 CbM Solutionは、簡単に導入が可能であること、導入後の対象設備の追加も容易であること、導入から運用の開始が短時間で可能であること、といった点に優れたソリューションです。このソリューションを実現するうえでは、下記に挙げるようなTDKの開発した技術が寄与しています。
- センサモジュールの小型化
基板設計や回路設計といった要素技術を網羅し、全て自社で設計・実装することでバッテリー駆動でありながら超小型のモジュールを実現しています。センサモジュールの小型化により、従来センシングが困難であった設備に対しても、予知保全を行うことが可能です。 - エッジAIの実装
TDKが有するセンサ技術を活かした独自のAIを開発しました。自社の加速度センサに最適化されたAIは、設備に設置するセンサモジュールに内蔵されます。それぞれの設備の加速度データを集約・解析することで簡単かつ各々の設備に適合したAIモデルが作成され、予知保全を開始することが可能です。また、送信するデータはセンサで取得したRawデータではなく解析した特徴量のデータであるため、データの秘匿性が確保され、かつ通信量を少なくすることが可能となります。これにより消費電力を抑え長時間のバッテリー駆動を実現できます。 - ワイヤレスメッシュネットワークによるデータ通信
バッテリー駆動かつ無線接続により配線が不要となることで、設備の密集した工程においてもセンサモジュールの設置の自由度が高く、また、自己形成、自己修復に対応したワイヤレスメッシュネットワークでの接続により、ユーザーが意識せずに最適なネットワーク環境の構築が可能となります。新しく監視対象の設備を導入した際にも容易に既存ネットワークへの接続が可能な他、何らかの原因でモジュール間の通信ができなくなった場合にも、代わりのセンサモジュールまたはネットワークコントローラを自動的に探し、ネットワークの修復が可能です。
このようなエッジAIとワイヤレスメッシュネットワークに対応した予知保全ソリューションを、TDKは世界で初めて実現しました。
上記の技術を活かし、i3 CbM Solutionではセンサモジュールを設置してから短時間でデータの集約と解析、AIモデルの作成（トレーニングフェーズ）が完了し、速やかに予知保全を開始することが可能なソリューションとなっています。
活用事例
i3 CbM Solutionを活用した予知保全の実例を紹介します。
下図はベアリングの摩耗状態を監視するために設置したセンサモジュールと、AI処理されセンサモジュールから送信された振動特性の時系列変化です。ベアリングの摩耗に伴い振動特性が変化していることを確認でき、事前にメンテナンスすることで、製品の品質異常や予期せぬダウンタイムの発生を未然に防いだ事例となります。
まとめ
TDKが提供する「i3 CbM Solution」はお客様の現場で簡単に予知保全を開始することができるオールインワンパッケージソリューションです。エッジAIとワイヤレスメッシュネットワークに対応した超小型センサモジュールの開発により、これまで予知保全を行う上で課題であったデータの集約・解析・運用を容易にし、配線等の物理的な制約を受けずにユーザーが望む場所で、機械・設備のセンシングを開始することができます。「i3 CbM Solution」にご興味がございましたら、ぜひお気軽にお問い合わせください。
