ISA95 と OPC-UA と KPI

Transcription

1 ISA95 と OPC-UA と KPI IAF 運営委員大西作幸 IAF ( Industrial Automation Forum ) 1

2 はじめに 標準規格を使って KPI を測定するには どうすればよいかを考えてみます KPI (ISO 22400) OPC-UA for ISA95 参照 参照実装 補完 ISA95 (IEC 62264) 実装 B2MML IAF ( Industrial Automation Forum ) 2

3 ISO について MES(Manufacturing Execution System) 領域での KPI(Key Performance Indicators) である品質性 安全性 設備稼働率などを数値化して管理するにあたり 工場 事業所 企業ごとといった異なるメジャーでは 経営戦略管理上比較ができないと適切な経営判断ができず 設備 / 装置 ロボットから出すデータ基準が装置メーカーごとに違っていては改善効果の評価もできません そこで KPI 別に装置のデータ採りの基準を国際標準化したものが ISO です ISO は ISA95(IEC 62264) で定義されている Lvel3( MOM) の領域に関する KPI を取り扱っています IAF ( Industrial Automation Forum ) 3

4 ISO 標準化の狙い MES の標準化を意図したが 既に多くの MES が商用で売られていたり 使用されているので 標準化には適しない MES の情報を厳格に標準化するよりは 利用者視点で情報を標準化する方が利点がある 生産システムの生産性指標を標準化することで ベンチマーキングが可能になる 生産性指標を定義することで センサー 制御機器などから必要なデータを容易に収集 編集が可能になる 経営的な情報と生産システムの現場との情報を統合的に可視化することができる IAF ( Industrial Automation Forum ) 4

5 ISO について Automation systems and integration Key performance indicators (KPIs) for manufacturing operations management MES オートメーションシステム及びその統合 - 製造操業マネジメントのキーパフォーマンス指標 - Part 1: Overview, concepts and terminology(fdis) Part 2: Definitions and descriptions(is) Part 3: Exchange and use ( 作業中 ) Part 4: Relationships and dependencies( 作業中 ) IAF ( Industrial Automation Forum ) 5

6 ISO 目次 1 Scope 2 Terms and definitions 3 Symbols and abbreviated terms 4 Structure of KPI description 5 Elements used in KPI description 6 Description of KPIs 7 Conformance Annex A (normative) Effect models 約 70 ページの ドキュメント Annex B (informative) Alternative OEE calculation based on loss time model IAF ( Industrial Automation Forum ) 6

7 ISO の対象領域 ISO は IEC の Level3 が対象 Manufacturing Operation Management ( 製造操業管理 ) 階層 一般に MES と呼ばれている領域 IAF ( Industrial Automation Forum ) 7

8 ISO の対象 種々の現場 工場 企業間で統一的に評価できる指標 IAF ( Industrial Automation Forum ) 8

9 ISA95: Functional model IAF ( Industrial Automation Forum ) 9

10 IEC Level 3 のデータ Level 4 Level 3 Performance data (KPI) 詳細スケジュールオーダー製品 材料品質 作業時間工程 装置関するデータ Detailed schedule data Product data Quality data Process data Job order data Materials data Work-Time data Equipment data Level 2 and below Manufacturing automation & control domain data IAF ( Industrial Automation Forum ) 10

11 ISO で定義されている指標 定義しているKPI 34のKPIを定義 (Part2 6 章 Table 2 ~Table 35) Efficiency indicators 9 Quality indicators 9 Capacity index 4 Environmental indicators 4 Inventory management indicators 6 Maintenance indicators 3 工場の生産性にかかわる基本的な指標を定義 指標を導き出す要素も定義 必要な KPI は 利用者側で追加 IAF ( Industrial Automation Forum ) 11

12 KPIs (1) Worker efficiency: (2) Allocation ratio: (3) Throughput rate: (4) Allocation efficiency: (5) Utilization efficiency: (6) Overall equipment effectiveness index: (7) Net equipment effectiveness index: (8) Availability: (9) Effectiveness: (10) Quality ratio: (11) Setup ratio: (12) Technical efficiency: (13) Production process ratio: (14) Actual to planned scrap ratio: (15) First pass yield: (16) Scrap ratio: (17) Rework ratio: 労働生産性負荷度生産量負荷効率利用効率総合設備効率正味設備効率設備有効性工程効率品質率 良品率段取率設備保全利用率工程利用率計画実績廃棄率直行率廃棄率手直率 IAF ( Industrial Automation Forum ) 12

13 KPIs (18) Fall off ratio: (19) Machine capability index: (20) Critical machine capability index: (21) Process capability index: (22) Critical process capability index: (23) Comprehensive energy consumption: (24) Inventory turns: (25) Finished goods ratio: (26) Integrated goods ratio: (27) Production loss ratio: (28) Storage and transportation loss ratio: (29) Other loss ratio: (30) Equipment load ratio: (31) Mean operating time between failures: (32) Mean time to failure: (33) Mean time to repair: (34) Corrective maintenance ratio: 減衰率機械能力指数クリティカル機械能力指数工程能力指数クリティカル工程能力指数総合エネルギー消費量在庫回転率良品率総合良品率製造廃棄率在庫輸送廃棄率その他廃棄率設備負荷率平均故障間動作時間平均故障時間平均復旧時間良品保全率 IAF ( Industrial Automation Forum ) 13

14 Elements used in KPI description Planned times Planned order execution time (POET) Planned operation time (POT) Planned unit setup time (PUST) Planned busy time (PBT) Planned run time per item (PRI) IAF ( Industrial Automation Forum ) 14

15 Elements used in KPI description Actual times Actual personnel work time (APWT) Actual unit processing time (AUPT) Actual unit busy time (AUBT) Actual order execution time (AOET) Actual personnel attendance time (APAT) Actual production time (APT) Actual queuing time (AQT) Actual unit down time (ADOT) Actual unit delay time (ADET) Actual unit setup time (AUST) Actual transport time (ATT) Actual unit processing time (AUPT) Actual unit busy time (AUBT) Actual order execution time (AOET) IAF ( Industrial Automation Forum ) 15

16 Elements used in KPI description Time model for work units APT: 実際に価値を生んでいる時間 IAF ( Industrial Automation Forum ) 16

17 Elements used in KPI description Time model for production order IAF ( Industrial Automation Forum ) 17

18 KPI description: Overall equipment effectiveness(ooe) index Content Name: Overall equipment effectiveness index ( 総合設備効率 ) ID: Description: The OEE index represents the availability of a work unit, the effectiveness of the work unit, and the quality ratio KPIs integrated in asingle indicator. Scope: Work unit, product, time period, product, defect types Formula: OEE index = Availability * Effectiveness * Quality ratio Unit of measure: % Range: Min: 0% Max: 100% Trend: The higher, the better Context Timing: On demand, periodically, real time Audience: Operator. supervisor, management Production methodology: Discrete, batch, continuous Effect model diagram: see next page Notes: Overall equipment effectiveness (OEE) is an indicator for the efficiency of work units, work centres and areas with several work units or an entire work centre. The OEE index forms the basis for improvements by better production information, identification of production losses, and improvement of the product quality by optimized processes. The calculation of OEE based on the hierarchy structure is only useful if the characteristic of the work unit processes would be comparable. Before starting a benchmark based on the OEE index the criteria for comparability should be checked. IAF ( Industrial Automation Forum ) 18

19 Effect model diagram key OOE = Availability * Effectiveness * Quality ratio Overall equipment effectiveness index Product Production order Site Area Availability = APT / PBT Effectiveness = PRI * PQ / APT Quality ratio = GQ / PQ Work centre Operation sequence Work unit Actual production time Produced quantity Good quantity Planned run time per item Operation calendar Calendar day Work unit Planned operation time Planned unit busy time results, through use of a formula, in a KPI includes (a 1:1 relationship) has (i.e. is booked or entered) consists of (a 1:n relationship) IAF ( Industrial Automation Forum ) 19

20 関連標準規格 ISO MES 領域の KPI 標準 装置のデータ採りの基準 ISA 95 Level3(MOM または MES) が対象 ISA 95 (IEC 62264) 経営システムと製造コントロールシステム間のインターフェース標準 OPC UA for ISA 95 ISA95 Part2 のコモンオブジェクトモデルに従った情報モデルを定義 ISA95 part1 と part2 B2MML を参照 B2MML ISA 95 で定義されたコンテンツを交換する為のデファクトスタンダード OPC UA を使って KPI を測定するには? IAF ( Industrial Automation Forum ) 20

21 OPC-UA を使って KPI を測定 OPC UA for ISA95 の仕様で KPI に必要な情報を測定できるか? OPC UA for ISA95 で KPI に必要な情報が定義されているか? OPC UA for ISA 95 で定義されているオブジェクト Personnel Equipment Physical Asset Material Process segment Operation definition Operations schedule Operation performance Operations capability は 次回以降のバージョン 箱は用意されているが KPI の為の情報までは規定されていない B2MML は 詳細が記載されているが KPI を考慮していない? KPI として利用できる情報は定義されている OPC UA for ISA 95 に ISA95 の残りの仕様を追加 IAF ( Industrial Automation Forum ) 21

22 ISA95 の階層 ISO は ISA95 の Level3 が対象 ISA95 は Level4 から見た Level3 を規定 IAF ( Industrial Automation Forum ) 22

23 ISA-95 モデル IAF ( Industrial Automation Forum ) 23

24 ISA95 規格 パート 1: モデルと用語 パート 2: オブジェクトモデルと属性の定義 パート 3: 製造オペレーションマネージエント (MOM) のアクティビティモデル パート 4: 製造オペレーションマネージエント (MOM) のオブジェクトモデルと属性の定義 KPI( 操業 ) に関するモデルは パート 3 パート 4 で規定されている IAF ( Industrial Automation Forum ) 24

25 ISA95 Personnel Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 25

26 ISA95 Equipment Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 26

27 ISA95 Physical Asset Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 27

28 ISA95 Material Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 28

29 OPC UA Meta-model Mapping IAF ( Industrial Automation Forum ) 29

30 ISA-95 OPC UA Information Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 30

31 ISA-95 Base Information Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 31

32 Personnel Information Model IAF ( Industrial Automation Forum ) 32

33 KPI 測定に必要な規格はどこに? OPC UA for ISA 95 の release1 では 規定されていない ISA95 part2 に規定されている以下の情報が使えそう Process segment information Operation management information ISA95 part3 part4 では スケジュールに関するアクティビティモデルが規定されている IAF ( Industrial Automation Forum ) 33

34 ISA95: Process segment model IAF ( Industrial Automation Forum ) 34

35 ISA95: Operations schedule model IAF ( Industrial Automation Forum ) 35

36 ISA95 part2: Attributes of operations Attributes of operations schedule Start time The starting time for the associated operations schedule, if applicable End Time The starting time for the associated operations schedule, if applicable Attributes of operations response Actual Start Time The actual start time of this segment response :33 UTC Actual End Time The actual end time of this segment response :55 UTC OPC UA for ISA-95 では まだ規格化されていない IAF ( Industrial Automation Forum ) 36

37 OPC UA for ISA-95 ISA95TestResultType definition IAF ( Industrial Automation Forum ) 37

38 ISA95 part3: Resource management capacity reporting IAF ( Industrial Automation Forum ) 38

39 ISA95 part3: Detailed production schedule IAF ( Industrial Automation Forum ) 39

40 B2MML Production Schedule description IAF ( Industrial Automation Forum ) 40

41 参考文献 ISO (IS) IEC Enterprise control system integration Part 2: Objects and attributes for enterprise control system integration 他 OPC Unified Architecture for ISA 95 Common Object Model Companion Specification Release 1.00 Oct 30 th, 2013 Business To Manufacturing Markup Language B2MML Version 01 ISO Standardization of Key Performance Indicator for Manufacturing Execution System Yoshiro Fukuda, Hosei University Robrts Patzke, Messtechnic und Fertigungstechnologie GmbH FA, 装置 ロボットと MES(MOM) での KPI 国際標準化の流れ Manufacturing operations management Key performance indicators 法政大学福田好朗 IAF ( Industrial Automation Forum ) 41