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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2023

研究論文

M Z Pla tfor m ・ ス マート 製 造 ツ ール キット によ る既 存 機 器 の I oT 化～ I oT 活 用 例 示 の た めのテス トベ ッド 構 築 に 向 け て ～木 村 宏 樹 *1 、 島 津 達 哉 *1 、 平 出 貴 大 *1 、 酒 井 昌 夫 *1 、 依 田 康 宏 *2

I oT A p plic at ion of Exis tin g E qu ip men t Usin g M Z Platf or m/Sm ar t
M an u f ac tu r in g Toolk i t: Towar d Bu il din g U p Test -Be d for Utilizin g IoT
Hiroki KIMURA *1 , Tatsuya SIMADZU *1 , Takahiro HIRADE *1 , Masao SAKAI *1 andYasuhiro YODA *2Industrial Research Center * 1 * 2
県 内 企 業 の IoT 導 入 強 化 を 図 る た め 、 産 業 技 術 セ ン タ ー が 所 有 す る 装 置 ・ 機 器 の 稼 働 状 況 等 の 「 見 え る化」や「データ活用・分析」を例示し、企業との意見交換の場となる「テストベッド」を構築する。本研
究 で は 、 テ ス ト ベ ッ ド の 構 築 に 向 け て 、 熱 衝 撃 試 験 機 お よ び 促 進 耐 候 性 試 験 機 の IoT 化 (見 え る 化 )を 行 った 。 (国 研 )産 業 技 術 総 合 研 究 所 の 「 MZ Platform・ ス マ ー ト 製 造 ツ ー ル キ ッ ト 」 を 活 用 し て 、 試 験 機 の 異常停止等の検知・通知や遠隔地から試験機の動作状況を画像で確認するアプリを開発した。

1. はじめにー ル に は( 国 研 ) 産 業技 術 総 合 研 究 所 が 開 発 し た 「MZ

本研究は、(国研)産業技術総合研究所の「つながる工Platform・スマート製造ツールキット」 8)~10) を使用す場テストベッド事業(第 2期)」1)に採択されて実施するる。本ツールは、IoT 化のための基本的なシステムを自ものである。本事業は、地域での自立的な IoT 活用促進

前で安価に構築することができるもので、IoT 未経験のと地域課題の解決を図るための方法論を検討するもので、企業であっても使いやすく設計されている。

公設試験研究機関が地域課題に即した「テストベッド」

本研究は 3 年計画で実施するものである。本稿では、を構築して、企業の IoT に関するニーズの抽出を行いな1 年目に実施した内容のうち、テストベッド構築に向けがら、その解決を図ることを目的としている。本事業にて「見える化」の例示を目的に開発した熱衝撃試験機お限らず、各都道府県の公設試験研究機関においては企業よび促進耐候性試験機の稼働状況のモニタリングについの IoT 活用促進に向けた取組が進められている 2)~6)。て報告する。

愛知県は、輸送機械、電気機械、鉄鋼、生産用機械、

2 . 実験方 法

食料品、プラスチックといった様々なモノづくり産業の中小企業が集積する「モノづくり県」である 7)。IoT を

2 . 1 対 象 機 器 と Io T 化 ニ ーズ

積極的に導入・活用している企業がある一方で、中小・熱 衝 撃 試 験 機 ( 日 立 ア プ ラ イ ア ン ス ( 株 ):ES-106LH)

小規模事業者を中心に、IoT に関する認識やリソース

図 1(a))は、試料に加熱・急冷を繰り返し与え、温度変(図(技術、人員、コスト)不足などの理由で、十分に取り組化に対する耐久性や劣化を調べる装置である。指定しためていないという地域の課題がある。多くの企業の IoT温度に達しない(制御できない)などのトラブルが生じた化を支援するためには、企業ニーズの把握と課題解決へ場合、異常停止し、試験が中断・遅延する。当センター

向けた技術支援を効率的に実施する必要がある。

では、試験機の設置場所が職員の居室から離れているた

そこで、IoT 活用の例示・意見交換の場として、「テめ、装置の稼働状況を遠隔で確認したい、異常停止の場ストベッド」を構築する。具体的には、当センターが所合はすぐに知りたいなどのモニタリングに対する IoT 化有する装置・機器を多数 IoT 化し、「見える化」や「デニーズがある。

ータ活用」の具体的な事例として示すことで、IoT に関促進耐候性試験機(スガ試験機(株):S80HBBR)(図 1(b))

する認識向上と企業ニーズの把握につなげる。また、当は、カーボンアークを光源とし、試料が屋外・屋内で長センターによる地域企業への技術支援を見据え、IoT ツ

時間使用された時の色や機械的強度の変化などを*1 産業技術センター

自動車・機械技術室*2 産業技術センター

総合技術支援・人材育成室（現産業科学技術課）

23(a)

熱衝撃試験機図1(b) 促進耐候性試験機
対象機器

短時間で評価する装置である。試験中、過昇温防止や降水の設定に対し、誤作動やカーボンの異常燃焼などのト図2構築した IoT システム

ラブルが生じた場合、異常停止し、試験が中断・遅延する。前述の熱衝撃試験機と同様、モニタリングに対するを取得する。本アプリでは、取得したセンサ値に対するニーズがあるほか、異常停止した際、計装パネルに表示閾値と識別番号を設定する。センサ値が設定した閾値ルされている数値が時々刻々変わり、異常発生時に生じたールを満たした場合、識別番号がサーバ PC のデータベ現象の正確な把握ができていないという課題がある。こースに登録される。データベースは、スマート製造ツーのため、異常停止前後の表示データを記録することにルキットが提供するもので構築した。クライアント PC

IoT 化ニーズがある。

からデータベースにスマート製造ツールキットの可視化

2. 2 Io T ツール用アプリ「IoTDBViewer」を利用してアクセスする。

2. 2. 1 MZ Plat fo rm・ スマ ート製造ツールキット

本アプリでは、データベースに登録された識別番号の登

MZ Platform は、中小企業の IT 化支援を目的に開発録回数をカウントする。カウント数を時間・日・月別でされたソフトウェア開発ツールである。高度なスキルをグラフ表示することも可能である。

必要とせずに、コンポーネントと呼ばれるソフトウェア

2. 3 Io T 実装(見え る化)の部品を画面上に組み合わせることで、ソフトウェアを2. 3. 1 熱衝撃試 験機の Io T 化作成することができる。これを拡張した「スマート製造モニタリングのニーズに対し、熱衝撃試験機の運転状ツールキット」は、ソフトウェアだけでなくハードウェ況の「見える化」を行った。スマート製造ツールキット

アまで含めた IoT システムの構築を可能とする IoT ツーの既存アプリの活用・改良と独自アプリの開発等により、ルである。具体的には、安価なセンサやマイコンを使用

エッジ側、サーバ側およびクライアント側で実施した具した計測・可視化などのシステムを自作することができ、体的な内容を以下に記載する。

そのためのアプリケーション(MZApp)も提供されてい試験機の運転状況を表す表示灯(緑点灯-運転、消灯-る。これらのツールは、MZ プラットフォームユーザー

停止、赤点滅-異常)に照度センサを設置し、スマート製会 9)から配布され、会員登録すれば無償で利用すること

図 3)。スマート製造ツール造ツールキットに接続した(図ができる。操作マニュアルや開発チュートリアルも充実

キットの計測用アプリ「IoTEdgeApp」で照度センサのしており、独自アプリの開発も可能である。

図
出力値を取得し、閾値ルールと識別番号を設定した(図2. 2. 2 Io T シス テムの構築4)。閾値ルールに該当する場合、識別番号がサーバ PC

スマート製造ツールキットを使用して構築した IoT シのデータベースに登録される。なお、計測用アプリ

図 2 に示す。機器の稼働状況をデータ計
ステムの構成を図「IoTEdgeApp」では、閾値ルール該当時、データベー測部(エッジ PC)で取得し、データ蓄積部(サーバ PC)にスに固定値「1」が登録される仕様だが、識別番号その送信する。モニタリング部(クライアント PC)からサーものを登録するようにアプリを改良した。

バ PC のデータベースにアクセスすることで、LAN 内また、計装パネルの遠隔地からの閲覧と異常発生時ににおいて稼働状況の遠隔モニタリングが可能である。

その表示内容を記録するため、カメラを設置した。エッ具体的には、シングルボードコンピュータ

ジ PC に WEB 配 信 用 ア プ リ ケ ー シ ョ ン 「 MJPG-「Raspberry Pi(4B)」をエッジ PC とし、アナログ・デStreamer 」 11) を イ ン ス ト ー ル し て 、 カ メ ラ の 画 像 をジタル入出力可能なマイコン「Arduino Nano」を接続

Web 配信できるようにした。

した。スマート製造ツールキットの計測用アプリ

サーバのデータベースには、試験機の稼働状況を識別「IoTEdgeApp」を利用して、接続したセンサの出力値する識別番号が登録される。クライアント側では、デー24

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図4

研究報告2023

計測用アプリの画面と設定した閾値ルール

本アプリでは、クライアント側からサーバのデータベースにアクセスし、エッジ側から送信された識別番号を参照することにより試験機の稼働状況を判別して、アプ
図3

環境試験機への IoT 実装リ上に表示(例: 識別番号 0-停止、1-運転、2-異常)する。
また、カメラの Web 配信にアクセスして試験機の計装タベースにアクセスして、試験機の稼働状況を判別し、パネルの画像を取得・表示する。表示内容の更新は、任必要な情報を表示するとともにメール通知する機能が必意の周期に設定可能とした。試験機が異常停止した場合、要となる。そこで、MZ Platform を利用して、独自アプ通知用に登録されているアドレスにメール送信するとと

図 5)。本アプリ「モニタリング用アプリ」を開発した(図もに、その時のカメラ画像を自動で保存する。

リには以下の機能を設けた。

2. 3. 2 促進耐候 性試 験機の Io T 化
IoT 化ニーズに対し、促進耐候性試験機の運転状況の・稼働状況の表示: 運転、停止、異常等の判別・表示「見える化」を行った。モニタリングについては、熱衝撃試験機と同様のため、ここでは「異常停止前後の計装・メール送信機能: 異常時の自動送信・通知パネル表示データの記録」について説明する。
異常発生前後の計装パネル表示データの記録のため、・カメラ画像の表示・保存: カメラ画像の取得・表示、異常時の自動保存

図5

モニタリング用アプリに改良を加え、発生前は更新周期開発したモニタリング用アプリの画面と機能

25

図6

異常停止前後のカメラ画像の連続保存機能

5 回分、発生後は指定回数分のカメラ画像を自動で保存

文献

1) 国 立 研 究開 発 法 人 産業 技 術 総 合研 究 所企 画 本部

図 6)。なお、保存される画像のファできるようにした(図地域部: つながる工場テストベッド事業,

イル名は、日時刻と運転状況の識別番号で表現すること

https://regcol.aist.go.jp/sgr/kenkyukai/gmiot/tsuna
garu_top. (2023/05/15)とし、後から確認しやすいようにした。

2) 赤堀篤, 望月紀寿, 望月健治, 大澤洋文, 竹居翼, 岩

3 . 実験結 果 及び考 察﨑清斗, 松下五樹, 中山洋, 鈴木敬明: 静岡県工業技術研究所研究報告, 15, 26(2022)

熱衝撃試験機に実装した IoT システムの動作確認をするため、異常表示灯に設置した照度センサに対し、設定

3) 成 瀬 哲 哉 : 岐 阜 県 生 活 技 術 研 究 所 研 究 報 告 , 23,23(2021)

した閾値以上の照度のライトを照射する実験を行った。
その結果、以下のことを確認した。

4) 渡邉恭弘, 林宏充, 田口智之, 川畑将人: 福岡県工業技術センター研究報告, 32, 59(2022)

・計測用アプリは、閾値ルールにより識別番号「2」(異常)をデータベースに登録した。

5) 島津達哉, 木村宏樹, 石川和昌, 斉藤昭雄: あいち産・モニタリング用アプリは、設定した更新周期(60

業科学技術総合センター研究報告, 11, 82(2022)秒)でデータベースにアクセスして識別番号「2」6) 木村宏樹, 酒井昌夫, 島津達哉, 平出貴大: あいち産を取得し、その時点及びその前後 5 周期分のカメ

業科学技術総合センター研究報告, 12, 26(2023)

ラ画像の保存とメール送信をした。

7) 愛知県経済産業局産業部産業政策課: あいちの産業と労働 Q&A2022, 22(2022), 愛知県

識別番号の登録に要する時間は 30 秒程度、画像データの保存に要する時間は 60 秒程度であった。これらの

8) 澤田浩之, 徳永仁史, 古川慈之: Synthesiology, 8(3),時間は LAN 環境に左右されるが、今回対象とした機器のモニタリングにおいては、十分な性能と考えられる。

158(2015)
9) 国立研究開発法人産業技術総合研究所

製造技術研

究 部 門 : MZ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム ユ ー ザ ー 会 ,4 . 結びhttps://ssl.monozukuri.org/mzplatform/.
(2023/05/15)

本研究の結果は、以下のとおりである。
(1) テストベッドの構築に向けて、熱衝撃試験機と促進

10) 古 川 慈 之 : 人 工 知 能 学 会 第 二 種 研 究 会 資 料 ,耐候性試験機の IoT 化(見える化)を行った。
(2) 「MZ Platform・スマート製造ツールキット」を活2017(KST-32), 1(2017)11)

GitHub,Inc.:

jacksonliam/

mjpg-streamer,

用して、試験機の異常停止等を検知・通知するとと

https://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer.

もに、遠隔地から画像確認するモニタリング用アプ(2023/05/15)

リを開発した。

付記
本研究は、(国研)産業技術総合研究所の「つながる工場テストベッド事業(第 2 期)」により実施した。