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IoTの普及をリードする「状態監視」、効率的なシステム構築ソリューションが登場

IoTの普及をリードする「状態監視」、効率的なシステム構築ソリューションが登場

ナショナルインスツルメンツ(NI)は、発電所のタービンなど重要な役割を担う回転機械の状態監視システムを効率良く構築できるプラットフォーム「NI InsightCM™ Enterprise」を発売した。同社が従来から展開しているハードウェアと組み合わせることで、測定対象の状態を分かりやすいかたちで「見える化」するなど多彩な機能を備えた状態監視システムを短時間で実現できる。

あらゆる「モノ」がインターネットにつながった環境を表すIoT(Internet of Things)。通信技術やセンサの進化などを背景に、その概念は様々な分野に広がりつつある。IoTの概念をベースにした様々なアプリケーションの中で、いち早く普及の機運が高まっているのが「状態監視」である。一つのシステムに複数のセンサを取り付け、様々なデータを取得。そのデータを基に、システムの稼働状況や不具合の発生などの状態をモニタリングする装置だ。このシステムを、合理的かつ迅速に構築できるプラットフォームが、「NI InsightCM™ Enterprise」である。

効率的な手法で安全を維持

NI InsightCM™ Enterpriseは、回転機械を対象にした状態監視システムを構築するためのソフトウェアである(図1)。「発電用タービンや風力発電システムの風車など重要な役割を担う回転機械の信頼性を保つために、従来よりも一段と進化した予知保全の仕組みが求められています。それを実現するために不可欠な状態監視システムを、NI InsightCM™ Enterpriseを使って素早く実現できます」(日本ナショナルインスツルメンツ マーケティング部 テクニカルマーケティングマネージャー 岡田一成氏)。

図1 「NI InsightCM™ Enterprise」のアーキテクチャ
岡田一成氏
日本ナショナルインスツルメンツ マーケティング部 テクニカルマーケティングマネージャー

予知保全とは、機械から取得したデータを基に、故障が発生するタイミングを予測。故障が発生する前に警報を出すシステムだ。「故障が発生してから補修する事後保全。人間が定期的に機械の状態を調べてメンテナンスを施す定期保全といった手法が従来は一般的でした。これらに対して予知保全は、コストの面で大きな利点があります」(岡田氏)。

つまり、故障が大きな損害や被害を招くことが分かっている場合は、事後保全では対応できない。一方、定期保全の場合は、安全を確保するために、まだ寿命を迎えていない機械や部品を交換することになりがちだ。しかも、検査に膨大な時間を費やすことになる。「ある事業所では、検査に要する時間は、6万時間/月にも上ります」(岡田氏)。予知保全が実現できれば、機械の寿命に合わせた適応的なメンテナンスが可能だ。しかも、常時監視システムを利用することで、検査にかかる手間や時間を一気に削減できる。

既存のハードを利用して素早く構築

NI InsightCM™ Enterpriseは、時系列データや結果のリモート解析、さらにその結果をグラフなど分かりやすい形で表示する機能などを提供する「NI InsightCM™ Data Explorer」。解析機能やデータ集録装置のコンフィギュレーションなどを表示するシンクライアントを備えたサーバソフトウェア「NI InsightCM™ Server」といった二つのコンポーネントで構成されている。「NI InsightCM™ Enterpriseは、回転機械の状態監視に必要な基本機能は、ほぼ網羅しています」(岡田氏)。しかもモニタ画面のプルダウンメニューや選択ボタンを使った簡単な作業でユーザ自身がセッティングを変更し、用途に合わせて機能を最適化できる。

図2 モジュール式野データ集 六要ハードウェア「CompactRIO」

NI InsightCM™ Enterpriseと、組み合わせて使うハードウェアオプションとしてデータ集録システム「NI Condition Monitoring Systems」が用意されており、これを利用することで、リモート式の状態監視システムを素早く実現できる。NI Condition Monitoring Systemsは、同社が従来から提供しているモジュール式のデータ集録ハードウェア「CompactRIO」をベースにしたものだ(図2)。CompactRIOは、組込コントローラと、FPGAを利用した再構成可能な回路を搭載したシャーシに、様々なI/Oモジュール「Cシリーズ」を装着することで、用途に応じたデータ集録ハードウェアを自由に構築できるシステムだ。I/Oモジュールは、100種類以上が用意されている。つまり、監視対象に合わせて選択したセンサに対応したデータ集録装置をCompactRIOで実現。この装置で集めたデータをNI InsightCM™ Enterpriseを使って統合管理できるわけだ(図3)。

図3 NI InsightCM™ Enterpriseを中心に構成した状態監視システムの例

多彩な機能を提供

NI InsightCM™ Enterpriseを中心に構築した状態監視システムは、保守担当者に向けた多彩な機能を提供することができる。例えば、動的・静的データの集録やデータ解析結果の視覚化。アラームの生成と管理などである(図4)。

図4 「NI InsightCM™ Data Explorer」の画面

オープンな、TDMS(Technical Data Management Streaming)ファイル形式を採用しているので、膨大なエンジニアリングデータを対象にしたデータマイニングも可能だ。「オープンなソフトウェアアーキテクチャを採用しているので、既存のデータベースやITシステムに統合しやすいのもNI InsightCM™ Enterpriseの重要な特長です」(日本ナショナルインスツルメンツ 事業開発本部 エネルギー事業マネージャー 江越達三氏)。

ハードウェアオプションとして用意しているデータ集録システムNI Condition Monitoring Systemsには、2種類の構成が用意されている。一つは、「Transient, Periodic & Event Recorder」。安定動作に移行するまでの、起動あるいはシャットダウン時のキャプチャやストリーミングに適している。加速度計、速度計、近接プローブなどに対応可能だ。もう一つは、「Periodic & Event Recorder」。安定状態のデータを定期的に集録するためのハードウェアである。近接プローブ、加速度計、圧力センサ、電圧/電流センサ、熱電対など多くの動的あるいは静的センサに対応している。

発展するプラットフォーム

江越達三氏
日本ナショナルインスツルメンツ 事業開発本部 エネルギー事業マネージャー

NI InsightCM™ Enterpriseには、状態監視のための多彩な機能があらかじめ盛り込まれているが、さらに独自の機能を盛り込みたいというユーザのためにNIは、SDK(Software Development Kit)の提供を計画している。同社の主力製品であるシステム開発ソフトウェア「LabVIEW」で開発したアプリケーションを実装して、既存の制御システムと連携できるようにする仕組みも提供する考えだ。「画像処理機能を予知保全システムに統合できる環境も提供するつもりです」(江越氏)。

システム全体の最適化を図り、さらなる効率化を図る取り組みが様々な分野で始まっている。こうした取り組みを進めるうえで、状態監視の仕組みは不可欠だ。IoTの技術をベースにした高度な状態監視システムを、効率良く構築できるNI InsightCM™ Enterpriseに対する関心は、今後幅広い分野で高まるにちがいない。

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