実習工場のスマートファクトリー化の試み〇高﨑 雅志
富山高等専門学校 技術室
1.はじめに本高専の実習工場では工作機械の使用簿を紙で管理している．利用者数等も必要な際に紙から電子データに起こしている．かねてから，使用簿を電子化したいと考えていた．使用簿を電子化するシステムを導入する事で，利用者それぞれの工作機械の累計使用時間も容易に把握でき，使用時間から習熟度もある程度予測できるのではないかと考えた．加工内容が大きな要因ではあるが，習熟度を把握することで，それに見合ったアドバイスや指導ができると考えている．
また，工作機械使用時の加工条件や使用した工具，加工する際の要点といった加工の記録については必要がある場合のみ，利用者各々がそれぞれの形で記憶・記録してる．しかし，業務が立て込んでいる時期などは，自分自身も部品の製作を優先して，記録を行えない場合もある．学校では企業のような単品大量加工は少なく，一品物の加工が多い．そして，一度製作したものを数年後にもう一度作って欲しいという依頼も多く，以前製作した際の記憶を頼りに製作することになる．卒業研究など，学生が加工する場合においても加工自体を研究テーマにしていない限り，学生がその加工条件まで記録することは少ない．次年度以降，別の学生が同じ部品の製作が必要な研究テーマであったとしてもその加工条件まで引き継がれることは少ない．１から加工条件を模索する場面や記憶を辿る場面を減らし，容易に加工の記録を入力，管理，閲覧が可能なシステムが必要だと感じた．これらの機能を有したシステムの導入により業務の効率化や成功した加工記録を確認することで，無理な加工が減り，失敗や事故・ケガの予防にも繋がると考えている．
そこで，実習工場のスマートファクトリー化の試みの第一歩として，工場利用時に使用できる端末を製作し，使用簿や加工記録をデジタル化するためのアプリケーションを作成，一括で管理可能なシステ
ムの構築を試みたのでその経過について報告する．
2.システム構成
システムはデータを管理するサーバー機とデータを入力する利用端末で構成した．安価に構築できる事とメンテナンス性を重視し，RaspberryPi で製作した．それぞれの写真を図１，図 2 に示す．図 1 のサーバー機は居室のモニタに画面を出力させ，学内ネットワークに有線 LAN で接続している．図 2 の利用端末のスペックを表 1 に示す．利用端末の電源はモバイルバッテリーを取り付けることで作業現場に持ち出せる形とした．端末利用時のログインには NFC カードを使用して，カードリーダーへのワンタッチでログインを可能にした．
カードリーダー等の必要な部品は，３D プリンタで製作したケースを用いて利用端末に取り付けた．

図１ サーバー機

図２ 利用端末

利用端末は無線 LAN で学内ネットワークに接続しサーバー機にネットワーク経由でアクセスすること

表１ 利用端末スペック表
型式ができる．利用端末を動作させるためのアプリケーションプログラムを含め，データはすべてサーバー機に保存されている．サーバー機にアクセスしてアプリケーションを動作させ利用端末の機能を実現している．
Windows の PC からもこのサーバー機にアクセスするOS
ディスプレイカメラ

RaspberryPi OS Full 32bit(Raspbian11)
Raspberry Pi Touchscreen（7インチ、静電容量型）
Raspberry Pi Camera Module V2.1

NFCリーダー SONY RCS380Sことで，自席においても使用簿等のデータを確認する
バッテリーことができる．

RaspberryPi3 ModelB

プログラミング言語

buffalo BSMPB5010C2BK（容量5000ｍAh）
Python(3.9.2)

3.利用端末アプリケーション概要
利用端末の動作を実現させるアプリケーションは Python にて記述している．現在実装できている機能について説明する．
3.1 ユーザー登録・ログイン
自身が持っている NFC カード（電子マネー系 IC カード）やこちらで配布する NFC カードの id を利用端末のカードリーダーにタッチすることで読み取り，ログインを行う．ログイン記録がないカードの場合は，名前や学科，研究室などを入力してもらう画面に移行し，必要事項を記入することで，ユーザー登録ができる．ログイン後の画面を図 3 に示す．アプリケーションはタブで使用簿や加工記録のページなどの機能が振り分けられており，タッチモニタをタップして使用する．
3.2 使用簿の電子化
図 3 はログイン後，ボール盤 3 号機とコンタマシン UR-600 を使用中の画面のスクリーンショット画像である．機械使用タブで使用する機器名と機器番号をドロップダウンリストから選択し，使用開始ボタンを押すことで，使用開始時刻を記録する．作業終了後は，使用中となっている機器のチェックボッ
クスを選択し，使用終了ボタンを押すことで，使用終了時刻を記録する．ログアウトボタンを押すことで，実習工場自体の使用終了とみなして，ログイン画面に戻る仕様となっている．手仕上げ作業などで，ボール盤とコンタマシンを交互に使用するなどの状況が考えられるので，そのたびに画面操作が必要では煩雑なため，機器を 3 台までは同時使用が可能になっている．

図３ ログイン後の機械使用簿記入画面

3.3 加工記録及びその読込み加工記録タブを選択することで，加工を記録する画面に切り替わる．加工記録画面のスクリーンショット画像を図 4 に示す．使用している機械の種目（現在は旋盤とフライス盤）を選択することで，機械ごとの加工条件項目を切り替えることができる．加工条件項目を入力し，保存ボタンを押すことで加工の記録情報を保存できる．自由記入欄に，加工条件のほかに，細かな記録（工具径補正値やワークを固定する際に使用したツールやコツなど）を記入できる．また，付属のカメラで設計図や加工中の様子を撮影した画像を保存できる．加工条件の入力はタップで行うよりもキーボードを用いたほうが素早く入力できると考え，無線キーボードを使用している．
図 5 に加工記録呼出画面のスクリーンショット画像を示す．加工呼出タブを選択し，呼び出したい機
械を選択することで図 5 のように一覧表で保存した加工記録が表示される．一覧表には最新の加工記録から順に表示される．一覧表内の行を選択（タップ）することで，選択した加工条件で記録した写真や自由記入欄で記載した文字がある場合，表の下に表示される．

図４ 加工記録呼出画面

図５ 加工記録呼出画面

4.結言
実習工場のスマートファクトリー化の試みの第一歩として，工場利用時に活用できる利用端末を製作し，使用簿や加工記録をデジタル化，一括で管理可能なシステムを構築した．使用感等についてはアンケートを実施し，発表時に報告する予定である．
今後はアンケート結果を受けての改善を行う．また，計画中で未実装の機能（加工記録表示時の検索機能や加工の際に参考にするための工具の情報の記録や読込機能 etc…）の追加を思案している．実装と運用に向けて注力したい．
構想当初，安価に構築できる事とメンテナンス性を重視し，RaspberryPi を利用してのシステム構築を決めた．しかし，半導体不足などによる RaspberryPi の生産数の減少や RaspberryPi 自体の人気の上昇など様々な原因が重なり，RaspberryPi 本体が大変手に入り辛く，販売価格も高騰している．供給問題が解消されることを切に願っている．
謝辞
本研究は JSPS 科研費 JP22H04155 の助成を受けたものです．