混合設備のプロセスデータをMES/ERPシステムに統合するにはどうすればよいですか。
統合は、ミキサーと企業ソフトウェアとの直接接続として計画するのではなく、センサーおよび制御装置から、ヒストリアンまたはエッジシステムを経て、製造実行システムおよび統合基幹業務システムに至る、管理されたデータ連鎖として計画すべきです。製造実行システム、略してMESは、現場の生産を制御・記録します。統合基幹業務システム、略してERPシステムは、受注、資材、在庫、計画、物流を管理します。
アーキテクチャとデータモデル
バッチプロセスには、ISA-88に準拠した構造が適しています。ISA-88はレシピ、設備モジュール、プロセスフェーズ、バッチデータを規定します。ISA-95、すなわちIEC 62264は、生産レベルと企業レベルの間のインターフェースを規定します。これらのモデルは、プロセスデータをバッチID、レシピバージョン、設備、タイムスタンプ、プロセスフェーズと関連付ける助けとなります。
ミキサーでは、制御装置が計量値、混合時間、回転数、トルク、温度、水分、圧力、エネルギー消費、状態、アラーム、操作員の介入といった関連する値を取得します。プロセス制御、品質、トレーサビリティ、保守、あるいは指標にとって重要なデータのみを引き渡すべきです。振動データや詳細なトルク推移といった高頻度のデータは、しばしばヒストリアンやエッジシステムに保存され、前処理されます。その後、MESには集約された指標、トレンド、イベント、あるいは限界値逸脱が引き渡されます。
インターフェースとデータフロー
OPC Unified Architecture、略してOPC UAは、制御装置、センサー、MES・ERP・クラウドアプリケーションの間で、安全かつ構造化された交換を行うためのプラットフォームに依存しない標準として適しています。OPC UAは、情報モデルに加え、認証、暗号化、完全性保護のための機能を提供します。
その他のインターフェースはそれぞれ特有の役割を担っています。PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、IO-Linkは通常、フィールド機器と制御装置を接続します。Message Queuing Telemetry Transport、略してMQTTは、イベント指向のデータ伝送や産業用IoTアプリケーションに適していることがあります。Representational State Transferの略であるRESTインターフェースは、MES、ERP、統合プラットフォームの間で多く用いられます。ブラウンフィールド設備では、ゲートウェイが独自仕様や旧式のインターフェースを標準化されたデータモデルへ変換できます。ただし、こうしたゲートウェイは、データ品質、タイムスタンプ、サイバーセキュリティ、障害時挙動を確実に扱わなければなりません。
通常、ERPシステムは生産オーダー、部品表、マスターデータ、資材指図をMESに引き渡します。MESはそこから実行を具体化します。レシピを提供し、バッチを調整し、プロセス手順を管理し、電子バッチ記録を作成します。MESからは、実績消費量、生産数量、不良、手直し、状態、品質データについてのフィードバックがERPに戻されます。ミキサーの制御装置は、資材計上やバッチ出荷判断のための主管システムとして直接用いるべきではありません。
バッチとコンプライアンス
トレーサビリティのためには、原料バッチ、目標値と実績の計量値、レシピバージョン、プロセスパラメータ、時刻、アラーム、逸脱、操作員の介入、出荷判断を、一意の最終製品バッチに紐付けなければなりません。Electronic Batch Record、略してEBRは、これらの情報を電子バッチ記録として一つにまとめることができます。
規制対象アプリケーションでは、ユーザー権限、監査証跡、電子署名、データアーカイブ、バックアップ、保管期間中の可読性を考慮しなければなりません。21 CFR Part 11は、他の該当するFDA規則に基づいて電子記録や電子署名が作成される場合に関連します。PLC（プログラマブルロジックコントローラ）からデータをエクスポートするだけでは不十分であり、インターフェース、時間基準、修正プロセスを含むデータ連鎖全体が管理されている必要があります。
制御装置、ヒストリアン、MES、ERPにわたる時刻同期はとりわけ重要です。Network Time Protocol、略してNTPは、多くの場合バッチ評価やOEE評価には十分です。Precision Time Protocol、略してPTPは、時間的精度に対するより高い要求がある場合に必要となることがあります。決定的に重要なのは、ずれが監視され、異なるシステムからのイベントを正しく対応付けられることです。
セキュリティと実装
統合は、明確なデータ・インターフェースマトリクスから始めるべきです。すなわち、どのデータがどこで発生するのか、どのシステムが主管なのか、誰が読み取りまたは書き込みを許可されるのか、エラーはどのように検知され、通信障害後の再起動はどのように行われるのか、といった点です。設備、タグ、バッチ、レシピに関する統一された命名規則も同様に重要です。
サイバーセキュリティはアーキテクチャの一部でなければなりません。IEC 62443に基づくセキュリティモデルは、産業用オートメーション・制御システムを、同等の保護要求を持つゾーンと、いわゆるコンジットと呼ばれる管理された通信経路に区分します。したがって、MESやERPからのアクセスは、制御レベルにまで無制限に及ぶべきではありません。ネットワークセグメンテーション、制限的なファイアウォールルール、明確なユーザーアカウント、安全なリモートアクセス、パッチ管理、そして管理された変更が中心的な対策です。
amixon® におけるMESおよびERP連携
amixon® は、プロセスデータを事業者の既存の自動化・IT環境にプロジェクトごとに統合します。出発点となるのはUser Requirement Specification、略してURSです。URSは、どのデータを取得するか、それをどのようにバッチに紐付けるか、そしてどのインターフェースを介してプロセス制御システム、製造実行システム、あるいは統合基幹業務システムに引き渡すかを定めます。製造実行システム、略してMESは、生産管理とバッチ文書化をご要望に応じて支援します。統合基幹業務システム、略してERPシステムは、受注や資材、物流などを管理します。
混合設備には、プログラマブルロジックコントローラ、略してPLCを装備できます。混合時間、回転数、投入順序、温度プロファイル、その他のパラメータを持つレシピは、そこでバッチごとに実行できます。混合課題に応じて、たとえばトルク、温度、水分、圧力、真空度、計量量、稼働時間、サイクル数、アラームメッセージ、操作員の介入を取得できます。amixon® は、データの範囲を固定の標準パッケージとしてではなく、プロセス、製品、品質要求、既存のシステム環境に合わせて調整します。
バーコードによる識別により、原料、容器、レシピバージョン、生産バッチを関連付けることができます。これにより、目標値と実績値、バッチ番号、選定されたプロセスデータが、トレーサビリティ、電子バッチ記録、OEE評価のために利用可能になります。設備総合効率（英語でOverall Equipment Effectiveness、略してOEE）は、稼働率、性能、品質を評価します。その説得力は、タイムスタンプ、停止理由、バッチの紐付け、データの責任がすべての関連システムにわたって明確に規定されていることを前提とします。
規制対象アプリケーションでは、amixon® は自動化を、文書化、ユーザーロール、監査証跡、電子データに関する要求に合わせて調整できます。amixon® はDesign Qualification、Installation Qualification、Operational Qualification（略してDQ、IQ、OQ）をご要望に応じて支援します。文書化と実行は、同社によれば、EU-GMP、FDA 21 CFR Part 11に沿って調整することができます。データ連鎖全体のバリデーション、データインテグリティ、規制上の出荷判断に関する責任は事業者に残ります。
ミキサーからの稼働データは、状態基準保全も支援できます。稼働時間、切替サイクル、トルク推移、モーター電流、温度、故障は、駆動部、軸受、シール、排出機構の変化を示すことがあります。amixon® は、このデータ基盤を、混合室の上方に配置された混合工具など、保守しやすい構造と組み合わせています。予知保全が合理的かどうかは、測定可能な故障メカニズム、データ品質、事業者の保守組織によって左右されます。
データ取得の技術的な設計は、オリジナル製品を用いてテストセンターで準備できます。amixon® によれば、パーダーボルンには35以上のテスト設備があり、米国とアジア各国に補完的なテストセンターがあります。試験によって、混合品質、製品への配慮、エネルギー投入、排出、洗浄性にとってどのプロセス量が重要かを示すことができます。これにより、適切なセンサーの選定と、レシピ・プロセスデータの構造化の基盤が得られます。
amixon® は、自社発表によれば、開発と製造をパーダーボルンに集約して行っています。高い製造深度により、ミキサー、センサーソケット、自動化、文書化、そして後の改修の調整が容易になります。保守、近代化、予備部品供給、プロジェクトごとのインターフェース調整は、設備のライフサイクルにわたって伴走することができます。