IoT導入支援キットによる生産管理の見える化及び連携体制構築－オープンソースソフトウェアによる無償提供－
渡邉 恭弘 *1

林 宏充 *1

田口 智之 *1

川畑 将人 *1

Visualization of Production Management and External Collaboration by IoT Starter Kit- Free Provision by Open Source Software Yasuhiro Watanabe, Hiromitsu Hayashi, Tomoyuki Taguchi and Masato Kawabata

製造業の生産性向上のためにはIoT・AIの活用が有効であるが，技術・ノウハウの不足や費用対効果が不明などの理由により，中小企業の生産現場におけるIoT導入は進んでいない。本研究では，県内中小企業が「容易にIoT体験」でき，「効果を実感」できる「IoT導入支援キット」を開発した。本キットは，様々なセンサを備え，生産現場の見える化だけでなく，生産管理の見える化，外部機器・システムとの連携を実現した。更に，開発したソフトウェアをオープンソースソフトウェアとして無償提供することにより，企業自身によるカスタマイズを可能とした。
また，支援機関やIoTベンダーと連携して，IoT普及促進のための体制強化を図った。

1 はじめに

2 IoT 導入支援キットの開発

日本の時間当たり労働生産性は，OECD加盟38カ国中2-1 ハードウェア構成23位（2021年）となっており，主要先進7カ国でみる中小企業自らが「容易にIoT体験」でき，「効果を実と，データが取得可能な1970年以降，最下位の状況が感」できる支援ツールとして「IoT導入支援キット」

1)

続いている 。製造業の生産性向上のためにはIoT・を開発した（図1参照）。企業自身による製作，カスタAIの活用が有効であるが，中小企業の生産現場におけマイズを可能とするため，表1に示す汎用品のみで構るIoT導入は進んでおらず，導入予定を含めても2割強成している。各種センサデータは本体に逐次保存し，

2)

PCやスマートフォン等のWebブラウザを用いて，ネッに留まる 。
IoT導入が進まない理由として，技術・ノウハウをトワーク経由にて遠隔監視が可能である。

持った人材の不足や，活用イメージ・費用対効果が不明，等が挙げられる。つまり，IoT導入を促進させる本体（Raspberry Pi）

ブレッドボード

ためには ， 中小 企業自 らが 「容易にIoT体験」で き，「効果を実感」できる必要がある。
本研究では，WBGT測定システム 3) や毒劇物管理シス
テム 4) で培った技術を 基に「IoT導入支援キット」を開発した。本キットは，企業ニーズの高い様々なセンサを備え，生産現場の遠隔監視だけでなく，生産管理の状況も遠隔監視可能であり，外部信号出力機能により既存の生産管理システムや外部機器との連携も可能である。また，開発したソフトウェアをオープンソースソフトウェアとして無償提供することにより企業自身によるカスタマイズを可能とした。
カメラ

本稿では，本キットの構成や機能を報告するとともに，IoT普及促進のための仕組みづくりについても報

センサモジュール
（照度，距離，温度，加速度，GPIO）
図1

告する。
*1 機械電子研究所- 59 -

IoT導入支援キットの外観

表1

IoT導入支援キットの主なハードウェア構成
機材

シングルボード仕様

Raspberry Pi 4 Model B

コンピュータ
熱電対温度センサモジュール
温度センサ

MCP9600-200～1350℃
9軸センサモジュール

加速度センサ(3軸加速度のみを使用)（振動センサ）MPU9250～2G（～400Hz）
ToF距離センサモジュール

距離センサ

VL53L0X～2m
可視光センサ＋赤外光センサ

照度センサ

TSL2561
16ビット分解能

カメラ・マイク

マイク内蔵120万画素USBカメラ
BSWHD06MBK

2-2 ソフトウェア構成
本キットのソフトウェアは，表2に示す汎用ソフトウェアで構成しており，膨大なデータの管理や必要なデータの検索が容易なデータベースを構築した。
ダッシュボードにて様々なデータを統合して表示しており，各種センサデータの現在値及び各種データ・カウンタの時系列表示を確認できる（図2参照）。

表2

IoT導入支援キットの主なソフトウェア構成

ソフトウェアOS
開発環境
センサドライバ仕様

Raspberry Pi OS 32bit
Node-RED
Pythonで開発
図2

Node-RED用にデータ形式を変換

IoT導入支援キットのダッシュボード

node-red-dashboard:標準ダッシ
ュボード

2-3 生産現場（機器の状態）の見える化

Epoch.js, Plotly:グラフ表示

本キットによって「容易にIoT体験」でき，「効果をMJPG-Streamer: カ メ ラ 用 入 力 プ
ライブラリ

ラグイン実感」できる構成を図3に示す。各種センサデータをSMBus:I2C通信リアルタイムに表示するとともにデータベースに蓄積

spidev:SPI通信することで，任意時間のログ表示（図4参照）を可能

RPi.GPIO:GPIO制御とし，生産現場（機器の状態）の見える化を実現した。

NumPy, SciPy:数値・科学計算
データベースMoment.js:日付操作

更に，加速度センサ（振動センサ）の時系列データか

InfluxDB:時系列データベース

ら周波数スペクトルを計算し，周波数毎の信号成分の強さをリアルタイム表示する振動スペクトログラムを実装した。同じくログ表示（図5参照）で長期間に渡って監視できるため機器の故障予知等に活用できる。

- 60 -図3

IoT 導入支援キットの構成図

外部信号出力機能
出力端子名：GPIO 05
状態：ON

図6
図4カウンタ機能（外部信号出力機能）

任意時間のログ表示

図7

図5

カウントグラフ振動スペクトログラムのログ表示

2-4 生産管理（生産数，稼働時間等）の見える化

図8

カウントヒストグラム

図9

ON時間ヒストグラム

生産管理への適用を図るために，各種センサデータをトリガとしたカウンタ機能を実装した（図6参照）。
立上り・立下りの閾値に幅を持たせることが可能であるため，データふらつきによる誤カウントを軽減できる。本機 能によ って， カウ ント回数 をグラ フ化で き（図7参照），生産管理等に応用することができる。
また，単位時間毎のカウント数のヒストグラム表示

2-5 外部機器・システムとの連携により， 生産効 率，サ イク ルタイム 等を可 視化で き

既存の生産管理システムや外部機器との連携を可能（図8参照），単位時間毎のON時間のヒストグラム表示とするため，各種センサデータのトリガに連動して外により，装置の稼働時間等を可視化できる（図9参照）。

部に信号を出力する機能を実装した（図6参照）。この出力信号を他の生産管理システムが受け取ることで連- 61 -

携が可能となる。同様に，ファンやパトランプ等の外大し，IoT普及促進のためのプラットフォームを構築

部機器とも連携可能である。

するとともにそのスケールアップを図っていく。

3 オープンソースソフトウェアによる無償提供

加速度(振動)センサ：機器状態の監視

企業自身によるカスタマイズを可能とするため，開照度センサ：稼働時間の管理

発したソフトウェアにはオープンソースソフトウェア
温度センサ：加工温度の管理として表3に示すライセンス 5) を適用し，キットの作製方法，操作マニュアルとともに福岡県工業技術センターホームページにて2021年3月26日より無償提供を開始した 6)。

距離センサ：生産数のカウント
表3

ソフトウェアの適用ライセンス

図11

IoT導入支援キットの活用事例

Apache License, Version 2.0
商用（私用）利用と修正，再配布が可能

5 まとめ

修正，再配布の際は，著作権の表示，生産現場の見える化，生産管理の見える化，外部機変更箇所の明示が必要

器・システムとの連携によって，中小企業が「容易に使用や配布に伴うトラブルについては，自己責任IoT体験」でき，「効果を実感」できる「IoT導入支援キット」を開発した。オープンソースソフトウェアに4 活用状況

よる無償提供によって，県内外で広く活用されており，2022年3月31日時点で本キットに関連して直接支援IoT普及促進に貢献している。

した企業（22社），連携しているIoTベンダー（6社），普及活動を共に行っている支援機関（5機関）を図10

今後，支援機関，IoTベンダーとの連携を強化し，に示す。支援企業は県内全域に渡っており，支援機関IoT普及促進のためのプラットフォームを構築する。

による間接支援した企業も増加している。また，同時
点にてソフトウェアのダウンロード数は約450件であ

6 参考文献り，県内外で利用企業が拡大している。

1) 日 本 生 産 性 本 部 ： 労 働 生 産 性 の 国 際 比 較 2021，pp.1-17(2021)
2) 総務省：令和2年通信利用動向調査，pp.7(2021)

IoT 導入支援キットを活用中の企業（22 社）

3) 林宏充，川畑将人，奥村克博，吉村賢二：福岡県
工 業 技 術 セ ン タ ー 研 究 報 告 ， No.29, pp.41-

IoT ベンダー（6 社）

44(2019)4) 田口智之，林宏充，奥村克博：福岡県工業技術セ

県内支援機関（5 機関）
図10

ンター研究報告，No.30, pp.57-60(2020)
5) TheIoT導入支援キットの活用分布

ApacheSoftware

Foundation:“ApacheLicense, Version 2.0”, The Apache Software
Foundation(2004)（オンライン）

本キ ット の活 用事 例を 図11に示 す。 様々 な業 界，様々な目的でIoTの現場検証が進んでおり，「効果を実https://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

感」した企業が本格的にIoTシステム導入を検討する（参照2021-12-24）

ケースも出てきている。そのため，IoTベンダーとの

6) 福岡県工業技術センター：「IoT導入支援キットダ連携強化を積極的に図っており，導入企業のニーズにウ ン ロ ー ド ペ ー ジ 」， 福 岡 県 工 業 技 術 セ ン タ ー

応じて，適切なIoTベンダーをマッチングするための(2022)（オンライン）仕組みづくりにも取り組んでいる。

https://www.fitc.pref.fukuoka.jp/information/downloadpage.htm（参照2022-1-5）

今後も支援機関やIoTベンダーとの連携を強化・拡- 62 -