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AIのもたらす価値は何でしょうか

実績に裏打ちされたインダストリアルオートメーションのためのAIをお手軽に

横河電機は既に60以上の工場・プラントの課題をAIを使って解決、ノウハウを積み上げてまいりました。
このたび、沢山の方々にご愛顧いただいておりますSMARTDAC+シリーズ ペーパレスレコーダGX/GP、データロガー GM、データロギングソフトウエアGA10に、これまで横河電機が培ってきた実績、経験、知識を元に開発されたAIを導入しました。
また、新発売のe-RT3 PlusシリーズのCPUモジュール F3RP70には、産業の現場に適した耐環境性、汎用プログラミング言語Pythonに対応し、AIの産業利用、開発をこれまで以上に気軽に行えます。
故障や不具合が生じる前と後では、メンテナンスコストに大きな差が生じます。
これら3製品はAIを手軽に利用出来ることを目指し、設備の異常予測、製品品質予測などでお客様の課題解決のお手伝いいたします。


解決事例や、AI導入によるメリットはこちら
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詳細

プラントにおいてAIの提供できる価値は3つに集約されます。

YOKOGAWAはプラントにおけるお客様の様々な課題解決を手がけてきました。これらの課題のうち、従来の解析手法で解決できなかった案件に対し、AIを適用して50件もの課題を解決してまいりました。 そこで分かったことは、プラントにおいてAIの提供できる価値は以下の3つに集約されるということです。  

設備異常予測解析

各種設備異常の発生予測、プラントのシャットダウン発生予測を行います。異常が起こる前にメンテナンスを実施することができるので、前もって対策を行うことによって、稼働率の向上が可能になります。

原因特定解析

過去のトラブルの原因を突き止めたり、品質低下や消費電力変化の原因を特定します。
施策の改善や履行に際して、対象となる箇所を特定することにより、生産品の品質の向上が可能になります。

製品品質予測解析

品質状態をインデックス化し、テスト前に品質を予測して、品質の変化を予測します。破壊試験やテストまでに時間がかかる工程などを実施せずに品質を把握することで、コスト削減につながります。

AIのもたらす3つの価値

 

当社のAI活用ソリューション実績

こちらは、今までYOKOGAWAが提供してきたAI活用ソリューション解析実績の一部です。
石油プラント、化学プラントをはじめ、多くの業種においてお客様の課題をAIを用いて解決してきました。
以下に一例をご紹介します。

設備異常予測 ~設備の違和感を早期検知~

無線振動センサ(Sushi Sensor)で傾向監視をしていた減速機で、シャフト折損が発生しました。下記のグラフは、加速度、速度、温度データと、これらのデータをもとにAI解析を実施した結果です。
AIにより算出された健康度の移動平均は、故障が発生する3週間前に正常域から異常域に推移しました。センサ データのトレンド変化よりも早く、故障の予兆である“違和感”を捉えたことがわかります。
Sushi SensorとAIを組み合わせることで、多数の設備の中から違和感のある要対応設備を早期に判別することができるため、前もって保全計画策定や交換部材の準備をすることが可能です。

AI活用ソリューションの実績一覧(一部抜粋)

  業種 対象 概要
設備異常予測
化学 pHセンサ 排水パイプラインに設置されたセンサ劣化を予測
石油 加熱炉 プロセスデータから加熱炉の運転状態を予測
電力 ポンプ 圧力関連データから配管内のキャビテーションの発生を予測
原因特定
石油 コンプレッサ プロセスデータから、プラントのAエリアにある冷却用コンプレッサの効率低下要因を特定
温泉 温泉制御 運転データから配湯量変化の原因を特定
紙・パルプ 叩解(こうかい)機 叩解(こうかい)機の動力(電力)と品質の関係性を特定
製品品質予測
電子部品 電子部品製造装置 組立工程で部品破損をセンサデータで特定
化学 工業原料連続製造装置 18種のデータから品質実測指標間の指標を予測
石油 製品品質値 製造データから品質値の推定
食薬 医療品製造装置 製造時のデータ(10種)から完成品品質を予測

上記以外にも実績を多数掲載中


AI対応製品

これらの解析経験と要素技術から、手軽に使えるAI対応製品が誕生しました。

AIによるプラント制御へ
また、AI強化学習によるプラントの最適制御例の動画をご用意しました。
 → AIによるプラント制御へ  にてご参照ください。


AI・強化学習によるプラント制御

強化学習によりAIが直接機器を制御する技術を、横河電機が実現しました。
強化学習は機械学習手法の一つで、AIが自ら試行錯誤し学習を行います。当社の強化学習技術は、少ない試行回数で学習可能という特長があり、非常に実用的です。

複雑なプロセスでの課題

  • 外乱の影響による指示値不安定化で原料ロスが発生
  • 熟練者の制御調整技術の伝承が難しくかつ労力・時間が必要
  • 不慣れな制御によるプロセスの不安定化と品質低下

横河電機の強化学習の特長

  • AIが自ら学習するため、大量の教師データが不要
  • 少ない試行回数で学習
  • 制御分野に特化した強化学習技術による最適化

 

世界初 横河電機がAIによる自動制御で化学プラントを35日連続制御

既存の制御手法であるPID 制御などでは自律化できなかった工場のプロセスを、横河電機の自律制御AI( 強化学習AI、アルゴリズムFactorial Kernel Dynamic Policy Programming 以下、FKDPP)*1で安全かつ品質を保ちながら長期に渡って制御を行いました。

世界初 横河電機がAIによる自動制御で化学プラントを35日連続制御

*1 横河電機と奈良先端科学技術大学院大学(NAIST)が共同開発し、IEEE国際学会で「プラントへ活用可能な強化学習技術」として世界で初めて認められたアルゴリズムです。

詳細は >こちらのニュース をご参照ください。

 

最新情報

ENEOSマテリアル様で1年以上稼働し正式採用されました。 New!

本強化学習技術FKDPP が搭載された小型汎用コントローラe-RT3については >こちら 


三段水槽への強化学習による制御の適用例

実際の現場では、実に複雑な制御を要求されることが多くあります。
ここでは、これら複雑な制御の例として、三段水槽の制御にこの強化学習技術を適用した実験を行いました。プラントへのAI強化学習導入例として以下の動画をご参照ください。
*本動画は無音声です。

> 三段水槽の構成 拡大

三段水槽によるAI強化学習による制御例

結果
4時間以下の学習時間で最適制御を学習し、従来発生していたオーバーシュートが起こらない制御が実現しました。


制御分野に特化した強化学習AIで最適化
自動制御AI対応 産業用AIプラットフォーム e-RT3 Plus

e-RT3+AI開発に欠かせない Python  や Linux Ubuntu に対応し、多くのオープンソースの機械学習ライブラリ等を用いることができる産業用AIプラットフォームです。
マルチCPU対応で豊富なI/Oを備え、耐環 境性にも優れるため、産業用のAIアプリ ケーション開発に最適です。

>製品の詳細はこちら


豊富なI/Oモジュール

e-RT3がもつ豊富なI/Oや通信に対応します。
PythonからアクセスできるI/Oアクセスライブラリを備えるため、スタートアップが容易です。
すぐにデータの収集やAIアプリケーション開発が可能です。

Ubuntu / Debian対応

一般的なLinux標準ディストリビューションが起動可能です。デフォルトではLinux U buntuを搭載し、多くのオープンソースソフトウェアに対応します。
自作AIアプリケーション移植やネットワークファイル共有ソフト、PCレスSCADAソフトの利用が容易に行えます。

マルチCPU対応

マルチCPU対応既存のシーケンスCPUの横にe-RT3 plusのCPUを置き、制御は高速なラダーで、通信とAI判定はe-RT3 Plusと役割を分けて実行することが可能です。

 

Python対応

AI開発に広く利用されているプログラム言語、Python。
現場の装置と上位システムをシームレスに繋ぎ、ITとOT、どちらの領域でもアプリケーション開発が可能です。

耐環境性

高温かつ過酷な環境でも大丈夫です。
e-RT3はファンレス設計かつ0℃から+55℃まで耐えられるモジュールなので工場やプラント、屋外でのボックスの中など場所を選ばず設置が可能です。

 

クラウドサービス

e-RT3 PlusはMicrosoft社のAzure Edge Managed認定とAmazon Web Services社のAWS IoT Greengrass認定品です。 各社クラウドサービスとセキュアな通信を構築し、開発したアプリケーションをクラウドで活用することで、生産現場に新たな価値を産み出します。

クラウドサービス


動画でご紹介:Python言語プログラミングに対応

  • e-RT3のご紹介
  • Linux環境UbunTuについて
  • AI開発用Python言語対応
  • 導入のメリット

動画でご紹介:Python言語プログラミングに対応 産業用AIプラットフォーム

 

あきらめていた課題に挑戦してみませんか?

産業用AIプラットフォームe-RT3 Plus用に自律制御AIを用いたAI制御学習サービスを新たにラインナップしました。コントローラとサービスをパッケージ化したことで、お客様自らAI制御に取り組んでいただくことが可能になりました。当社の強化学習AIは、一般的な強化学習に比べて少ない試行回数で学習可能という特長があり、非常に実用的です。

 

生産性と省エネの両立 

生産性と省エネの両立 

 

〈 適用例 〉炉の加熱制御

課題 >>
大出力のヒーターでは低温のPID制御が難しく、オーバーシュートやハンチングが発生。無駄なエネルギーを使用して装置の劣化や故障の原因となり、長い整定時間で設備稼働率の低下。

効果 >>
オートチューニングPID制御と比較して、AI自律制御によりオーバーシュートを抑制し、整定時間を約65%短縮できることを確認。

 

[オートチューニングしたPID制御とAI制御の比較]

[オートチューニングしたPID制御とAI制御の比較]

FKDPPによるAI制御

 

専門知識なしに自律制御AIを活用

AIの高度な専門知識なしに、お客様側でAI制御モデルを生成してコントローラに組み込めるよう、使いやすさを追求しています。

[ シミュレータ ]

装置の稼働データをアップロードすることで、同定条件を自動的に設定しシミュレータを作成。

シミュレータ

[ AI制御学習 ]

生成したAI制御モデルをグラフィカルに確認することが可能。
目的に最も適したAI制御モデルを選定。

AI制御学習


製造設備や品質の異常予兆をAIがお知らせ
設備・品質らくらく予兆検知/未来ペン搭載 SMARTDAC+ GX/GP/GM シリーズ

ペーパレスレコーダGX/GP、データロガー GMシリーズとは

GX/GP/GMシリーズは、さまざまな産業の生産現場や開発現場等で、温度、電圧、電流、流量、圧力などのデータを収集、表示、記録として使用できる、SMARTDAC+シリーズのペーパレスレコーダ/データロガーです。AIを搭載。難しい設定はいらず、監視したいチャネルに登録するだけで、過去のデータより少し先の未来を波形として描画、異常予兆を早期に検知することができアラームで通知します。

GX/GPシリーズは、直感的なタッチパネル操作を実現した、パネルマウント/ポータブルタイプのペーパレスレコーダです。入出力はフレキシビリティの高いモジュール構造です。
また、GMシリーズは、汎用性と拡張性に優れたデータロガーです。設置後もすべてのモジュールが独立して着脱できるためメンテナンス性に優れています。

ペーパレスレコーダGX/GP、データロガー GMシリーズとは

 

いつものレコーダで、AI予兆検知システムを現場に構築してみませんか?

設備・品質らくらく予兆検知(New!)

SMARTDAC+ GX/GP/GM シリーズの信頼性・機能はそのままに、AI予兆検知機能を搭載。今までに取得した過去データを活用しSMARTDAC+ でAIによる予兆検知システムを現場に簡単に構築することができます。今まで数値化することが難しかった設備の劣化や品質の低下度合いを把握することが可能になります。
設備・品質らくらく予兆検知により、

  • 設備の劣化や品質の低下劣化度合いを数値化し傾向を監視し、人に依存していた作業を自動化します。
  • 異常の予兆を現場でお知らせします。
  • 予防から予知保全の実現により保全費用を最適化します。
設備・品質の予兆監視(ペーパレスレコーダGX/GP、データロガーGM)

 

予兆検知システムをらくらく構築 New!

  • 過去OK/NGデータから診断モデルを作成します。
  • 予兆診断モデルをGX/GP/GMにロードするだけで、現場にて予兆検知を開始できます。
  • 複数データの相関を見て判定を行うため、人では検知しにくい異常の予兆を捉えることができます。

 

レコーダで未来波形を描画

AI 標準搭載! 未来ペン機能(ペーパレスレコーダGX/GP)

未来ペン機能は、監視するチャネルを登録するだけで、収集したデータをもとに未来のデータを予測少し先の波形を表示します。未然に問題を検知・対象が可能で、突然のダウンタイムなどのメンテナンスコストを削減できます。

GX/GP AI 標準搭載! 未来ペン機能(ペーパレスレコーダGX/GP)

 

動画でご紹介:未来ペンによる事前検知 デモンストレーション

 

レコーダを中心としたAIソリューション構成例

レコーダ単体で手軽にAIを導入

温度・電圧などのプロセス信号を過去から現在、そしてAI機能による未来の波形を表示することができます。(GX/GP)

*コンサルティングによる高精度AI判定もご相談ください。

レコーダ単体で手軽にAIを導入

PCで高精度にオンラインAI解析、判定結果を現場で表示

プロセス信号を現場側レコーダGX/GPで収集し測定値を表示、リアルタイムデータをPCに送り、ソフトウェアGA10のAI解析機能で違和感検知などのAI判定結果を現場側レコーダGX/GP上で表示します。(GX/GP+GA10)

PCで高精度にオンラインAI解析、判定結果を現場で表示

 

装置組込みで高精度AI解析、判定結果をレコーダで表示

プロセス信号を現場側レコーダGX/GPで収集し測定値を表示、Pythonプログラミング対応の産業用AIプラットフォーム e-RT3 Plusにリアルタイムにデータ送信し、お客様独自に開発したAIアルゴリズムによる判定結果をGX/GPの画面上に展開することができます。(GX/GP+e-RT3 Plus)

装置組み込みで高精度AI解析、判定結果をレコーダで表示

*コンサルティングによる高精度AI判定もご相談ください。
 

SMARTDAC+ ペーパレスレコーダ 各製品の詳細はこちら
 >パネルマウントタイプ GX10/GX20   >ポータブルタイプ GP10/GP20 >データロガー GM10


オンプレミスで設備異常の予兆をAIがお知らせ
違和感検知搭載 AI解析データロギングソフトウェア GA10+Sushi Sensor

近年、設備の老朽化が進み、設備保全の重要性が増しています。
設備の状態把握は巡回点検など人による点検が主流ですが、少子化による担い手の減少、熟練者の退職等による人手不足・技能不足の問題があります。また、巡回点検で得られた測定結果が定量化されておらず、有効活用できていないケースもあります。より効率的な設備保全の仕組みづくりが急務となっています。

► 異常の予兆 “違和感” を自動検知でお知らせ

GA10+ Sushi Sensor(IIoT向け無線ソリューション)は、まるでAIオペレータのように故障の予兆である “違和感” を検知し自動でユーザに知らせてくれる、設備の予兆保全ソリューションです。
保全が必要な設備に対し、適切なタイミングで人員を集中することができるため、

  • ​​​設備の点検工数の削減
  • 異常兆候の早期発見
  • 予期せぬ設備の故障・停止の防止

を実現し、より効率的な設備保全やプラントの安定操業と稼働率向上を実現することができます。

異常の予兆 “違和感” を自動検知でお知らせ
*Sushi Sensorは最大1000台登録可能(付加仕様Gates Sushi機能)
 

► AIで未来を予測 New

収集したデータをもとに、未来のデータを予測し、トレンド画面上に未来の予測波形をリアルタイムデータと同時に表示することができます。また、予測データに対してアラームを設定することも可能なため、未来に起こる問題をいち早く検知し、事前に対処することが可能になります。

AIで未来を予測

 

動画でご紹介:設備の異常予兆をAIがお知らせ​​​

 

セミナー動画を公開「ゼロから始めるAI予兆保全」 
 *YOKOGAWA DX Expo内(要登録) AI Solution EXPO 2021にて


データロギングソフトウェア GA10

GA10とは、工場内や敷地内に分散設置されているさまざまな機器(Sushi Sensor, レコーダ, データロガーなど)とEthernetネットワークを介して接続し、監視・記録を行うPCベースのデータロギングソフトウェアです。
GA10

>製品の詳細はこちら

小型無線センサ Sushi Sensor

Sushi Sensorとは、設備の状態を検知するセンサ(振動、圧力、温度)を含むIIoT向け無線ソリューションです。省電力・長距離を実現する広域無線通信方式LoRaWANに対応しています。

Sushi Sensor & eRT3>製品の詳細はこちら


予兆保全を実現、いつもの操作性で将来の危機を回避します

一括傾向監視で予兆保全を実現する

  • 大量のデータを一括傾向監視
  • 現場ノウハウの数値化

効率的な設備保全を実現する

  • 設備状態を定量化し、その傾向を監視
  • 巡回点検の工数を削減
  • 人依存だった設備保全のノウハウを共有・継承
  • 突発的な設備故障を予防

設備異常の予兆を素早く捉える

  • 閾値による異常判定を適用しづらい設備でも予兆を補足
  • 複数のデータを元に、設備の異常兆候を判定

簡単設定で手軽に設備異常の予兆を検知する

  • Sushi Sensor、LoRaWANゲートウェイ、GA10だけの簡単構成
  • 正常動作時のデータ期間を設定するだけで、解析を開始
  • 違和感を検知すると自動でお知らせ


Webセミナー:横河プラントAIがもたらすビジネス価値とは

=== 本イベントは終了しました。===

石油/化学/電力/鉄鋼などのプラントをはじめとした、産業用AI活用ソリューションに関するWebセミナー(ウェビナー)を開催いたしました。

セミナー概要

日時 2020年8月26日(水) 14:00~15:00 *終了しました
会場 ウェビナー Webex  (オンライン)

近年、設備の異常発生予測や異常原因特定などに対してAI技術を適用し、成功した事例が多く報告されています。弊社でも、プラントにおけるお客様の様々な課題を、独自のAI技術を用いて解決してきました。 しかしその一方で、AIツールを導入したもののなかなか期待通りの結果が出ない、もしくは、どのようなところからAI技術に取り組んだらいいかわからない、という方も多くいらっしゃるようです。

こんな方にオススメのウェビナーです。

  • AI技術に取り組んでいる、もしくは取り組もうとしている方
  • AIツールを導入したものの、期待通りの結果が出ず、お困りの方
  • まずは手軽なところからAI技術の適用を試してみたい方

このセミナーでは、次の内容をご紹介予定です。

  • AI技術の概要と現在のAI技術がなぜプラントで使えるのか
  • 弊社のAI技術と実績からわかったこと
  • AIへスモールスタートで取り組める、横河AIプロダクトソリューション


ご参加ありがとうございました。

動画

概要:

データロギングソフトウェアGA10とは、主に測定器やセンサーからのデータを監視、記録するためのPCソフトウェアです。設定が簡単で、導入してすぐに利用が可能なため、工場内に分散されている設備のデータの監視や、データ保管のために多くの場面で利用されています。今回新たにAI機能の違和感検知を搭載したことで、設備異常などが発生する前にAIが学習したデータを基に異常予兆をお知らせしてくれるようになりました。

概要:

e-RT3シリーズの最新モデル「F3RP70-2L」は、汎用 Linux 環境を起動可能な産業用AIプラットフォームです。OSにUbuntuを採用し、AIアプリケーションの用途を想定し、 「Python」によるプログラミング環境に対応しています。PLC基準の耐環境性や豊富なI/Oモジュールのラインナップも持ちあわせているため、工場内の生産設備や製造装置の制御だけなく、産業・社会インフラを含めたデジタルトランスフォーメーション時代のデータ活用の足回りにも期待が出来る製品です。

概要:

AI開発は難しくない!このチュートリアルビデオではe-RT3 Plusと、会員サイト Partner Portalで提供のサンプルプログラムを使って簡単にAI開発を行う方法を説明します。

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本件に関する詳細などは下記よりお問い合わせください

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