AI搭載のFAサーボシステム
調整にかかる人の作業時間を大きく削減、
次代を切り拓く「MINAS A7」
半導体製造装置、電子部品実装機、工作機械、産業用ロボットなど幅広い装置に搭載されているFAサーボシステム。現在、パナソニック インダストリーのMINASシリーズは、高度な制御を備えた小型・軽量かつパワフルなFAサーボシステムとして、世界各地の工場でお客様の生産現場を支えています。
今回発表のMINAS A7ファミリーは、業界最高(※1)のモーション性能を誇り、業界で初めて(※2)自動調整AIを搭載し、熟練者を超える緻密な調整を自動で行うことで、調整にかかる人の作業時間を90%削減(※3)します。これらにより、お客様の装置性能の向上、および熟練者に依存しない生産現場の実現に寄与します。
※1：2023年9月13日現在、速度応答周波数や最高回転速度、エンコーダ分解能において。当社調べ。
※2：2023年9月13日現在、汎用サーボシステムの商品化において。当社調べ。
※3：当社実験環境による測定。位置偏差が所定の整定幅に収束するまでの調整作業時間を測定。
｜エンジニアが語る、開発ストーリー｜
AI搭載を実現したMINAS A7の開発メンバーに話を聞きました。
モノづくりの現場ごとに、最適な設定を
楠亀 弘一
パナソニック インダストリー株式会社
産業デバイス事業部 モーションコントロールビジネスユニット
モーションシステム開発部 部長
Q_MINAS A7はお客様のどのようなニーズから開発されたのでしょうか。
私たちが普段使っているスマートフォンやPCは、年々小型化や高性能化などの進化をしています。この理由の一つとして、使われる部品一つ一つの小型化が挙げられます。このような小さな部品を製造・実装する工場の設備には、ますます精密な動作が要求されます。また、省人化や人材流動化の流れを受け、熟練技術者の技術伝承に課題を感じているお客様も多くいます。技術伝承というと、伝統工芸などを連想する方も多いかもしれませんが、実はものづくりの現場を支える最新鋭の工場の中でも、経験と勘を引き継ぐ後継者育成が追いついていないのです。
これらのニーズに対してMINAS シリーズでは、速く正確な動作を実現するために進化を続けてきました。今回発表のMINAS A7ファミリーは、より正確に高度な制御ができる性能に仕上がったと自負しています。また、FAサーボシステムの動作は、例えば、動かすモノの重さや取り付け方法、動作速度や方向、さらには設備が置かれた床の硬さによっても変わってきます。必要な動作を実現するためには、FAサーボシステムのパラメータの緻密な調整が必要になります。
当社のFAサーボシステムのパラメータは、100種類以上存在し、それぞれのパラメータが複雑に関係性を持っています。パラメータの調整は、熟練技術者であっても数日を要することもあるくらい、熟練技術者による経験や勘が求められます。
AI搭載によって、熟練者依存から脱却
Q_AI搭載はサーボシステムが導入された現場でどのような効果をもたらすのでしょうか。
MINAS A7は、AIを搭載することによって、熟練者を超える調整を可能にしました。これにより、生産現場が抱える課題の一つである、熟練技術者への依存が解消されます。また、AIによる自動調整は熟練者の手による調整よりも、短時間で行えます。AIを用いて調整時間が短くなることで、設備の立ち上げやメンテナンスなどの時間が短縮でき、生産効率が向上します。
さらに、熟練者を超える調整が可能になったことで、今までお客様の現場で熟練者の不在により採用できなかった分野や、新しい分野でも使用できるようになるはずです。また、お客様が設備移転を行う際にも有効です。海外に移設する際に、移設前の性能が出せず苦労した、という声をよく聞きますが、そんな時にAIによる調整が力を発揮します。
FAサーボシステムとAIの組み合わせ
藤原 弘
パナソニック インダストリー株式会社
産業デバイス事業部 モーションコントロールビジネスユニット
モーションシステム開発部 制御コア開発課 課長
Q_FAサーボシステムにAIを搭載する上で、どんなブレークスルーが必要でしたか。
FAサーボシステムにAIを入れればというアイデアは、サーボシステムを扱う人なら一度は考えたことがあるのではないでしょうか。実際にFAサーボシステムの一部の条件・項目の最適化について、用途を限定した使われ方で採用されつつありますが、調整全体をカバーするAIは実現されていません。それは、FAサーボシステム特有の事情があるからです。
分かりやすく説明するために、自動車に使われている自動運転のAIを例に挙げます。自動車は、使われ方や環境を事前予測することができるので、出荷時には、既に学習済みの自動運転のAIが搭載されています。これは、メーカーが自動運転の使い方や環境を事前予測し、最適解の求め方を決定できるからです。
一方で、FAサーボシステムのAIは、設置される場所・環境などが、お客様ごとに多種多様なので、事前予測ができません。そのため、出荷時には、自動運転のような学習済みAIが搭載できず、現場でデータを集め始め、AIが学習を始めます。そして、そこから最適解を考える……。つまり、FAサーボシステムにAIを搭載するためには、現場ごとに適応できる独自のAIの開発が必要でした。
多様なデバイス・技術を扱える、それが私たちの強み
Q_MINAS A7にAIを搭載することになった経緯を教えてください。
先ほど述べたように、FAサーボシステムにAIを搭載するためには、独自のAI開発が必要なのですが、制御系のアプリケーションと並行して独自AIを開発するとなると、ソフトウェアだけで大きな規模の開発になる。この壁が私たちの前に大きく立ちはだかり、FAサーボシステムに特化したエンジニアにだけでは、AIの導入は非常に困難でした。
しかし、私たちパナソニック インダストリーは幅広い商品や技術を扱っています。さまざまなAI分野の技術者と連携することで、今まで難しいとされてきたFAサーボシステムのAI搭載を実現することができました。従来のFAサーボシステムの開発は、社内のソフト開発やフィールドエンジニアリング部門を中心に行ってきました。今回は、さらに、AI技術やPCアプリケーション開発部門など、社内外の多様な部署と連携し、技術ソリューションとして開発を進めました。特に、私たちは、AI技術部門との共同開発が初めてであったこともあり、それぞれの技術分野での暗黙知や"常識"を交換し合い、多くの学びを得てきました。
AIの開発では、われわれのフィールドエンジニアが培ったノウハウをどのようにAIに盛り込むのかを検討しました。お客様の工場や現場に関する知識を共有し、そこに新しい意見を取り入れて、強みとなる技術がどこにあるのかを追求しました。実は、MINAS A7の特長の一つである熟練者を超える緻密な調整は、開発初期には想定していませんでした。当時は、FAサーボシステムの調整とは違った使い方で、AI導入の検討を進めていたのです。熟練者を超える緻密な調整は、お客様にどのような価値が提案できるか、絶えず考えていたからこそ見つけることができた価値だと言えるでしょう。また、AI以外にも当社はさまざまな技術を取り扱っており、部門を越えて連携を進めています。
例えば、制御アプリやAIを開発する際、センサの技術者とも連携しています。その一例として、物体の位置や振動を測定する変位センサを活用したサーボシステムの調整事例があります。従来、サーボシステムの動作を調整する際には、動作の記録と変位センサの値とを技術者が個別に確認し、綿密な調整をする必要がありました。変位センサとサーボシステムが連携することで、変位センサの値をサーボアンプが直接取り込み、AIが自動で調整できるようになっています。
これは、多様な製品を扱うパナソニック インダストリーだからこそできたこと。“さまざまな製品を組み合わせることで新たな価値を創出する”といった、私たちの強みを発揮できた事例です。
｜プロジェクトメンバーで共有する「お客様への思い」｜
FAサーボシステム MINAS A7が変える、次代の生産現場
私たちは日々、お客様の現場に寄り添い、お客様のお困りごとを解決し、信頼関係を築いてきました。AIの導入によって、FAサーボシステムの新しい価値が生まれます。例えば、AIでは最適化対象を複数設定できるので、FAサーボモータが動かすモノごとに動作の速さや正確さ、かつ静かさなど、人間では実現が難しい最適値を探って、それを切り替えることができるようになります。また、これからデータが蓄積していけば、設備の劣化状態や原因が分かるAIも生み出すことができるでしょう。これにより、設備のメンテナンス時期を予測しつつ、省エネや騒音問題を解決しながら、高速動作するなど、今までお客様が実現できなかった問題解決にむけて、AIが活躍する場がより一層広がります。
お客様も私たちもAIを活用しながら進化していきます。MINAS A7を使用することで、常に進化していることを体感していただけるはずです。今後もお客様との共創を通じて、MINASの進化を追究し、お客様の装置進化に貢献し続けていきます。
