日常生活を支えているシステムのほとんどは、決してニュースの見出しになることはありません。 水圧を維持するポンプ場、食品を運び続けるコンベア、適切な荷物を適切な玄関先へ届ける倉庫――これらは「身近な産業」のヒーローたちです。 また、これらは常に「さらなる成果」を求められるプレッシャーにさらされています。つまり、ダウンタイムの削減、エネルギー消費の削減、予期せぬトラブルの減少といったことです。
「十分」と「ひそかに卓越した」との違いを決定づけるのは、ますますエッジAI――つまり、コントローラ、パネル、センサに直接組み込まれた少量の知能――となっています。 ルネサスのAIアクセラレーション機能を内蔵した高性能Arm® Cortex®-M85マイクロコントローラ（MCU）「RA8P1」、グラフィックスを多用しAI対応のヒューマン・マシン・インターフェース（HMI）やゲートウェイ向けのマイクロプロセッサ（MPU）「RZ/G3E」、およびビジョン処理に最適化されたプロセッサ「RZ/V2N」は、必要な場所に的確にインテリジェンスを配置できるよう設計されています。
故障の発生源を的確に制御
モーターのベアリングが摩耗し始めたり、ポンプでキャビテーションが発生し始めたりすると、その最初の兆候として、振動、電流、あるいは温度に微妙な変化が現れることがよくあります。 従来のコントローラは、これらの信号をサンプリングし、固定された閾値と比較して、明らかに異常がある場合にのみアラームを発します。 その頃には、生産がすでに危機に瀕しているかもしれません。
RA8P1ベースのコントローラを使用すれば、その同じデータをはるかに早い段階で利用できるようになります。 RA8P1は、高速なリアルタイム制御と内蔵のAIアクセラレーションを組み合わせているため、コントローラは特定の機械における「正常な状態」を学習し、小さくても重要な逸脱を静かに監視することができます。 制御プログラムはこれまで通り動作します。ただ、オペレーターの行動パターンや、見落とされがちな単純な閾値に気づく「もう一つの目」が加わっただけです。
具体的には、次のような意味になります：
- 予期せぬ故障による停止ではなく、計画停止中にベアリングの交換を行うようにスケジュールされた包装ライン。
- 水道網内のブースターポンプで、サービスに影響が出る前にキャビテーションの発生を検知する。
- 機械に組み込まれた小型のHMIで、ステータスを表示するだけでなく、時間の経過に伴う自身の状態の推移も把握できる。
ハードウェアの構成を大幅に変更する必要はありません。キャビネットコントローラ、ドライブボード、コンパクトパネルはすべて、同じRA8P1プラットフォームを活用できます。 変わるのは、彼らが管理しているプロセスについて、どれほど理解しているかという点です。
単なるデータ表示にとどまらない操作パネル
現代的な産業用HMIの前に立つと、タンクの液面レベル、ライン速度、温度、エネルギー使用量、アラーム一覧など、プロセスの詳細な状況が一目で把握できます。 力強いけれど、同時に圧倒的でもあります。 数十個の警報が同時に点灯すると、経験豊富なオペレーターでさえ、どこから手をつければよいか途方に暮れてしまうことがあります。
ここで、RZ/G3EクラスのHMIおよびゲートウェイの出番となります。 高性能なアプリケーションコアと、専用のAIアクセラレーション機能、そして高機能なグラフィックスを組み合わせているため、HMIは単にプログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）のタグを表示するだけでなく、さらに多くの機能を実現できます：
- 共通の根本原因を持つアラームをグループ化し、本当に注意が必要な1つまたは2つを特定することができます。
- これにより、特定の機械で繰り返し発生する微小な停止といった、調査が必要なパターンを浮き彫りにすることができます。
- 一般的な故障コードを表示するだけでなく、「フィルターAを確認してください」や「コンベアセクション3を点検してください」といった、状況に応じた提案を行うことができます。
RZ/G3Eは、完全なオペレーティングシステムや最新のUIフレームワークを実行できるように設計されているため、制御ネットワークと上位レベルの分析機能との間の自然な架け橋としての役割も果たします。 データの事前処理やローカルモデルの実行が可能であり、最も関連性の高い知見のみを上流に共有することで、帯域幅を削減し、機密性の高い生データを工場内に留めておくことができます。 オペレーターにとっては、依然として「そのパネル」のように感じられます。 その裏側では、ディスプレイとしての役割だけでなく、ローカルアナリストとしても静かに機能しています。
人間には見えないものを見通す視力――一日中見つめ続けることなど到底できない
工場において最も価値のある情報のいくつかは、視覚的なものです。 ラベルは表示されており、位置が揃っていますか？ コネクタは正しく接続されていますか？ ロボットが動くとき、本来は空いているべき場所に誰かが立っていますか？ 人間はこうした事柄をしばらくの間は見抜くのが得意ですが、勤務中のすべての瞬間においてそうできるわけではありません。
RZ/V2Nのようなプロセッサは、まさにこのようなエッジでの常時稼働型ビジョン処理を想定して設計されています。 それらはカメラベースのAIモデルをローカルで実行し、生画像を「部品は正常か異常か」「領域はクリアかクリアじゃないか」「パターンは想定通りかそうでないか」といったシンプルな判定結果に変換しています。
日常的には、次のような形で現れることがあります：
- コンベアの上に設置されたカメラで、製品がパレットに積まれる前に、キャップの欠落や包装の破損を検知する。
- スマートセンサが、ロボットセルを監視し、安全区域内に誰もいないことを確認してから、動作を許可する。
- 生産ラインを停止させて手作業で検査することなく、電子機器のはんだ付け状態やコネクタの位置合わせを確認できる高品質な検査装置。
処理はカメラの近くにあるコンパクトで高性能なデバイス内で行われるため、動画をリモートサーバにストリーミングする必要がありません。 ネットワークは決定を伝送するものであり、すべてのフレームを伝送するわけではありません。
1つのツールキットで、数多くの目立たない改善
RA8P1、RZ/G3E、およびRZ/V2Nは、それぞれ産業用システムの異なる部分、すなわち制御、可視化、およびビジョンに対応しています。 これらを組み合わせることで、すでに機能しているアーキテクチャを大幅に変更することなく、既存の機器をよりスマートにするための次のツールキットが完成します：
- RA8P1により、コントローラやドライブは、自らが制御する機械の状態をより的確に把握できるようになる。
- RZ/G3Eは、パネルやゲートウェイを、オペレーターが最も重要な情報を把握できるよう支援するパートナーへと変える。
- RZ/V2Nは、人間が見落としがちな問題をカメラが根気よく監視できるようにする。
ルネサスは、シリコンに加え、AI開発環境、サンプルプロジェクト、リファレンスデザインも提供しており、これにより開発チームは、トレーニング済みのモデルを組み込みハードウェアへスムーズに導入することができます。 具体的には、PLC型コントローラに異常検知機能を追加したり、プロセス表示画面に分析結果を重ねて表示したり、スマートカメラに小型のビジョンモデルを導入したりすることなどが考えられます。
「単なるコンピューティング以上のもの：プラットフォームのその他の要素」
エッジAI対応システムには、プロセッサやソフトウェア以上のものが必要です。 ルネサスはまた、産業用パワーデバイス、アナログおよびセンシングIC、そして堅牢な接続ソリューションも提供しており、これらのプロセッサを包括的なソリューションへと昇華させています。 高効率な電力供給により、高密度な24V制御キャビネットの構築が可能となり、高精度なアナログおよびIO-Link製品が振動、電流、温度データの正確な計測を保証します。さらに、産業用グレードのイーサネットおよびフィールドバスインタフェースにより、センサ、コントローラ、HMIを確実に連携させます。 セキュアブートや保護されたアップデートを実現する組み込みセキュリティ機能と相まって、この演算、電力、アナログ、接続性、セキュリティの融合により、チームはエッジAIを実験室でのデモ段階から、予期せぬトラブルを最小限に抑えつつ、長期にわたる産業用展開へと移行させることができます。
