福岡県工業技術センター
研究報告 No.29 (2019)

IoT導入支援キットの開発－WBGT測定及び毒劇物管理への適用－
林宏充 *1

川畑将人 *1

奥村克博 *1

賢二 *1

吉村Development of IoT Starter Kit for Supporting Installation- Application of WBGT Measurement and Poisonous/Deleterious Substances Management Hiromitsu Hayashi, Masato Kawabata, Katsuhiro Okumura and Kenji Yoshimura

製造業の生産性向上のためにはIoTやAIの活用促進が急務であるが，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「気軽にIoTをはじめる」ことができるように，様々なセンサによって生産現場の状況を遠隔監視することができる「IoT導入支援キット」の開発を行った。IoT導入支援キットを活用して「WBGT（暑さ指数）測定システム」及び「毒劇物管理システム」を構築し，実証試験を実施した結果，本キットが生産現場に応じたシステムの構築及び効果の検証に有効であることを確認することができた。

1 はじめに

2 IoT導入支援キット

国内製造業の労働生産性は，OECD加盟の主要31ヶ国県内の中小企業が「気軽にIoTをはじめる」ための中15位（2016年）となっており，2000年以降年々低下

支援ツールとして「IoT導入支援キット」を開発して1）している 。九州地域は全国と比べて生産性が低く，おり，本体（Raspberry Pi 3 Model B+）と各種センIoTやAIを活用した生産性向上への取り組みが急務でサで構成される。現在対応可能なセンサ機能及び通信あるが，中小企業の生産現場におけるIoT導入は進ん機能を表1に，温度測定用（熱電対）の外観を図1に示でいない。

す。各種センサデータは本体に逐次保存され，無線まその理由として，技術・ノウハウを持った人材の不たは有線通信により，PCやタブレットなどを用いて遠足，活用イメージが不明，費用対効果が不明，などが隔で監視，制御することが可能である。

挙げられている。つまり，中小企業のIoT導入促進のためには，中小企業自らが「容易」に「現場に設置」

表1

対応可能なセンサ機能・通信機能して「効果を検証」できる必要がある。

(a)

センサ機能

本研究グループでは，県内中小企業が「気軽にIoTセンサ

仕をはじめる」ことができるように，センサの設置から温度（熱電対）-15～200 ℃

データの遠隔取得，データの簡易分析までをハンズオ

温度（放射温度計）～1000 ℃

ンで支援する仕組みづくりに取り組んでいる。その一

温湿度20～60 ℃，20～95 %環として，企業ニーズの高い様々なセンサを備え，セ振動（加速度）～400 Hz（～2 G）

ンサデータを無線（または有線）で伝送し，生産現場画像（カメラ）動画・静止画の状況を遠隔監視することができる「IoT導入支援キ

QRコード（カメラ）～10 kbyte

ット」を開発しており，県内企業などの協力のもと現PLC出力

RS485，RS232C

場での実証試験を進めている。

(b)

本報告では，IoT導入支援キットを活用して「WBGT通（暑さ指数）測定システム」及び「毒劇物管理システム」を構築し，実証試験を実施したので，その内容について報告する。

*1 機械電子研究所- 41 -様通信機能

信仕様

IEEE802.11b/g/n/ac

無線（2.4 GHz帯/5 GHz帯）

TWE-Lite

無線（2.4 GHz帯）

IEEE802.3i/u/ab

有線（最大300 Mbps）

RS485

有線

福岡県工業技術センター
研究報告 No.29 (2019)
式(4)によるWBGTを表3に示す。表2とほぼ同様の傾温度センサ

タブレット表示向となり，太枠で囲んだ部分が表2と異なっているが，いずれも±0.5 ℃程度の誤差であり，実用上十分な精

Raspberry Pi度といえる。

表2

図14039383736353433323130292827262524232221

IoT導入支援キット（温度測定用）

3 WBGT（暑さ指数）測定システム
3-1 WBGTと労務環境管理
WBGT（暑さ指数）は，熱中症予防のために提唱された指標で，単位は℃で示されるが，その値は気温とは異なる。人体と外気の熱収支に着目しており，人体の熱収支に与える影響の大きい「気温」「湿度」「日射・202928282726252524232221212019181817161515253029282827262525242322212120191818171615303130292928272625252423222121201918171716WBGTと気温，湿度との関係
35323130292928272625242423222120201918171640333231302929282726252424232221201919181745343332
3130
292928272625
242323222120191817

相 対 湿 度 (％)
50 55 60 65 70
35 35 36 37 38
34 35 35 36 37
33 34 35 35 36
32 33 34 35 35
31 32 33 34 34
30 31 32 33 33
29 30 31 32 33
28 29 30 31 32
28 28 29 30 31
27 27 28 29 30
26 27 27 28 29
25 26 26 27 28
24 25 25 26 27
23 24 25 25 26
22 23 24 24 25
22 22 23 23 24
21 21 22 22 23
20 20 21 22 22
19 19 20 21 21
18 19 19 20 2075
39
38373635
34
33
32
31
30
2929282726252423
222180403938373635343332313029282726252423222185414039383736353433323130292827262524232290424140
3938
37363534333231302928272625242395 100
43 44
42 43
41 42
40 41
39 39
38 38
37 37
35 36
34 35
33 3432 33
31 32
30 3129 30
28 2927 28
26 2725 2624 2523 24輻射」から算出できる 2）。
WBGTは夏季の労務環境の改善に有効であり，様々な生産現場で採用されているが，作業エリア毎に設置し4039383736353433323130292827262524232221

たWBGT計を決められた時間に目視で確認・記録しているケースが多く，リアルタイムでの労務環境管理が課題となっている。
3-2 WBGT測定システムの構築
リア ルタ イム での 労務 環境 管理 を実 現す るた め ，IoT導入支援キットを活用してWBGT測定システムを構築した。本システムはキット本体，温湿度センサ(SHT15:SENSIRION)，及び，遠隔監視用のPCで構成さ

表3WBGTと気温，湿度との関係（計算値）

20
29282827262524242322212120
191818
1716
15
1530
3130
2928282726252424
2322212120
1918
17171625
30
29282827262525
242322212120
1918181716
1535323130
29292827262524242322212020
1918171640
3332
3130
292928272625242423222120
191918174534
33
32
3130
292928272625242323222120191817

相 対 湿 度 (％)
50 55 60 65 70
35 35 36 37 38
34 35 35 36 37
33 34 35 35 36
32 33 34 34 35
31 32 33 34 34
30 31 32 33 33
29 30 31 32 33
28 29 30 31 32
28 28 29 30 31
27 27 28 29 30
26 27 27 28 29
25 26 26 27 28
24 25 25 26 27
23 24 25 25 26
22 23 24 24 25
21 22 23 23 24
21 21 22 22 23
20 20 21 22 22
19 19 20 21 21
18 19 19 20 20753938
37
3635
34
33
32
3130
2929282726252423222180403938373635343332313029282726252423222185414039383736353433323130292827262524232290424140393837363534333231302928272625242395 100
43 44
42 43
41 42
40 41
39 39
38 38
37 3736 3634 35
33 34
32 33
31 32
30 3129 30
28 2927 28
26 2725 2624 2523 24れる。
3-3 実証試験

屋内での使用を想定し，気温と湿度から算出可能な機械電子研究所の実験棟内に温湿度センサを設置し，表2を基にWBGT計算式を導出する 3）。表2を離散データとして，湿度H(%RH)におけるWBGT(℃)と気温T(℃)のWBGT測定システムの実証試験を実施した。センサ設置

関係を最小二乗法で直線近似すると，次式となる。

状況を図2に，気温，湿度，WBGTの遠隔監視画面を図3

WBGT= fa(H)×T+fb(H)に示す。各データの画面表示を毎分更新して，同時に(1)

ただし，fa(H)は傾き，fb(H)は切片の値である。湿度

測定データファイルへ追記・保存するようにしており，H(%RH)における傾きfa(H)と切片fb(H)の関係についてリアルタイムでWBGTを遠隔監視できることを確認した。

最小二乗法で直線近似すると，次式となる。

本システムにより，夏季の労務環境の改善や管理業務の効率化が期待できる。

fa(H)=a1×H+b1(2)

fb(H)=a2×H+b2(3)気温 ， 湿度 ，WBGTの長 期測 定デ ー タ（ 測 定 期間 ：ただし， a1，a2は傾き，b1，b2は切片の値である。

R1.5.22～6.18）を図4に示す。日々の温度サイクル，式(1)に式(2)，式(3)と値を代入すると次式となる。

湿度サイクルや天気に連動した変動を確認することができる。年間を通して監視，分析することによって，WBGT=(a1×H+b1)×T+a2×H+b2=(0.0037×H+0.6835)×T+0.0353×H-1.984

空調設備の配置や稼働計画の最適化，光熱費の予測な(4)

ど様々な応用展開が考えられる。

- 42 -

福岡県工業技術センター
研究報告 No.29 (2019)
4 毒劇物管理システム
温湿度センサー4-1 毒劇物管理
毒劇物の管理については「毒物及び劇物取締法」によって取締りが行われているが，毒物犯罪の増加に伴設置場所

Raspberry Pi

い，毒劇物の具体的な管理方法の指針が管理マニュア
ルとして厚生省から示され,「鍵付きの薬品庫」「在庫管理」「複数人で管理」「重量・容量の管理」「管理簿の作成」などが求められている 4) 。毒劇物を頻繁に使用する現場では，特に「在庫管理」「重量・容量管理」「管理簿作成」が大きな負担となっている。

図2

WBGT測定システム設置状況

4-2 毒劇物管理システムの構築
IoT導入支援キットを活用して毒劇物管理システムを構築した。システムの外観を図5に示す。本システ
ムはキット本体，カメラ(CameraV2:element14)，電子
秤(EW-1500i:A&D)，ブザー(UDB-05LFPN:DB Products)，
モニタ，及び，遠隔監視用のPCで構成される。「使用者」「管理者」「毒劇物」のQRコードをカメラで読み込み，電子秤で重量計測することにより，毒劇物の「受払簿（在庫管理）」「使用簿（重量・容量管理）」「管理簿」を自動作成することができる。操作フローを図6

図3

遠隔監視画面に示す。毒劇物管理簿作成フローを黒い矢印，受払簿作成フローを白い矢印で示している。
毒劇物管理簿作成の操作手順は以下の通りである。
① カメラで使用者のQRコードを読み込む。
② カメラで毒劇物のQRコードを読み込む。
③ 電子秤で毒劇物の重量を計測する。
④ カメラで確認者／管理者のQRコードを読み込む。

(a) 気温

これらの操作によって，「いつ」「だれが」「なにを」「使用量」「許可の有無」などの情報がデータベース（MySQL）に保存される。これらの情報は管理者が遠隔で取得することが可能であり，CSV形式やEXCEL形式で出力することができる。

(b) 湿度(c) WBGT
図4

長期測定データ（測定期間：R1.5.22～6.18）

図5- 43 -

毒劇物管理システム

福岡県工業技術センター
研究報告 No.29 (2019)

図6

毒劇物管理システム操作フロー

受払簿作成の操作手順は以下の通りである。

6 参考文献① カメラで購入者／払出者のQRコードを読み込む。

1)日本生産性本部：労働生産性の国際比較 (2018)② カメラで毒劇物のQRコードを読み込む。

https://www.jpc-net.jp/intl_comparison/③ カメラで管理者のQRコードを読み込む。

intl_comparison_2018_press.pdf

これらの操作によって，毒劇物の増減をデータベース

2）環境省：熱中症予防情報サイト (2019)に記録する。毒劇物管理簿と同様に管理者が遠隔で取http://www.wbgt.env.go.jp/wbgt.php

得することが可能であり，CSV形式やEXCEL形式で出力

3）日本生気象学会：日常生活における熱中症予防指することができる。

針 Ver.3 確定版 (2013)

4-3 実証試験

http://seikishou.jp/pdf/news/shishin.pdf4）厚生省：毒劇物盗難等防止マニュアル (2005)

毒劇物の使用者，管理者などによる実証試験を実施
し ，「 受 払 簿 （ 在 庫 管 理 ）」「 使 用 簿 （ 重 量 ・ 容 量 管

http://www.nihs.go.jp/mhlw/chemical/doku/manu/理）」「管理簿」が適切かつ自動で作成されることを確

manu.pdf

認した。本システムにより，毒劇物管理業務の効率化やヒューマンエラーの防止が期待できる。

5 まとめ
県内中小企業が「気軽にIoTをはじめる」ことができるための支援ツールとして「IoT導入支援キット」を開発し，「WBGT測定システム」及び「毒劇物管理システム」の構築，実証試験を実施した。その結果，本キットが生産現場に応じたシステムの構築及び効果の検証に有効であることを確認した。
今後はこれらのシステムを企業の生産現場に適用して「効果の検証」ができるようにハンズオン支援し，県内中小企業のIoT導入を促進する。

- 44 -