プロセス製造とは何ですか?

プロセス製造とは何ですか?

プロセス製造とは、熱や時間、圧力をしばしば使用する処方やレシピに従って、原料や材料を組み合わせて製品を作る製造方法です。

プロセス製造において、原材料の収集や処方は、通常、連続した数多くのステップのうちの最初のものです。開発者は、原材料や添加物を選び、すべての比率をテストし、精密かつ一貫して守らなければならない処方を導き出します。

厳しい品質管理プロトコルのもと、原料を適切な条件で組み合わせて、決められた量の製品を作ります。通常、いったん作成された製品を分解して、個々の原材料に戻すことはできません。

プロセス製造は、強力なセンサーによるリアルタイム・データ分析などのオペレーション技術や、エンタープライズ・リソース・プランニング (ERP) などのマネジメント・システムを構成する情報技術に依存しています。これらのシステムは、継続的な試験を管理および監視して、原材料と製造プロセスの安全性と完全性を確保し、最終製品の品質と歩留まりを最適化します。

プロセス製造とディスクリート製造の比較

製造プロセスは、プロセスとディスクリートの 2 つのカテゴリーに大別されます。

プロセス製造では、バルク品やコモディティが生産されます。プロセス製造では、原材料を集め、組み合わせ、正確で一貫した処方に従って精製し、決められた量の最終製品が作られます。

この製品カテゴリーには、石油製品、化学製品、プラスチック、金属、そして多くの種類の食品、飲料、医薬品が含まれます。プロセス製造によって生産されるコモディティーは、通常、再び構成要素に分解することはできませんが、一部の製品はリサイクルや再利用が可能です。

ディスクリート製造では、通常、部品やサブシステムを使って組み立てられる個々のユニットが生産されます。ディスクリート製造から生まれる製品には、自動車、コンピューター、家具、電化製品、衣料品などが含まれます。

プロセス製造とディスクリート製造の境界は、時に曖昧になることがあります。プロセス製造で生産された製品の多くは、その後、ディスクリート製造の製品と統合されます。例えば、飲料はプロセス製造によって生産され、その後、別の設備で瓶詰めやパッキングが行われることがよくあります。ただし、ボトル、カートン、ケースはディスクリートなユニットで、大半のボトリング工場は組立ラインを中心に構成されており、それがディスクリート製造の特徴です。

バーティカル市場におけるプロセス製造

主要な 5 つの業界は、生産品質と効率性を支えるプロセス製造と新技術に多額の投資を行っています。

• 石油・ガス
• 食品・飲料
• 医薬品
• プラスチック製パーツ
• 金属

プロセス製造は、複雑な多段階の手順を伴うことが多く、複数の製造ラインや全く別の施設を必要とする場合もあります。

例えば、原油を加熱して分離し、ガソリンやパラフィン、ディーゼル燃料などの製品に精製します。それらのプロセスは製油所で行われます。
これらの中間製品には、さらにプロセスが追加されることがあります。米国では、製油所から出たガソリンはブレンドターミナルに運ばれ、そこでエタノール (植物から作られる代替燃料) や洗浄剤などの添加物と混ぜ合わされます。

ガソリンの配合は、地域や季節によって異なります。さまざまなバリエーションにより、各州の排ガス規制への対応、冬場と夏場のガソリンの揮発性の管理、車種別のオクタン価の調整などを行います。

プロセス製造の製品では、その性質上、よりサステナブルな生産方法を模索することが、企業にとって重要な関心事となっています。IIoT 技術は、エッジでより多くのデータを取得し分析することで、サステナブルな生産への新たな道筋を提供します。

例えば、ExxonMobil は近年、オープンシステムに投資しています。この新しいプロセス製造戦略により、このエネルギー大手は時代遅れの産業用制御システムを、より強力な新技術を活用し、同社のニーズの変化に対応できるよう更新およびアップグレード可能な柔軟なプラットフォームに置き換えることが可能になりました。

開発の一環として、ExxonMobil は、オープン・スタンダードベースのプロセス制御システムにおけるコラボレーションとイノベーションを促進するため、オープン・プロセス・オートメーション・フォーラムに参加しました。ExxonMobil は、さまざまな業界で同様の課題に直面している企業とともに、これらのイニシアチブに取り組みました。インテルは、このフォーラムを主催する Open Group のプラチナメンバーです。

プロセス製造における IoT の利点

プロセスメーカーは、ロボティクス、スマート・コントローラー、リアルタイムデータ分析などの先進技術を導入し、安全な環境で製品の品質、一貫性、歩留まりを最適化します。

新しいオープンなプラットフォームでは、生産とテストのデータを収集、分析して、製造コントローラーにフィードバックするという処理を連続するループ内で行うことで、プロセスをリアルタイムに調整できます。こうした情報技術 (IT) と運用技術 (OT) の融合は、インダストリー 4.0 とも呼ばれる IIoT アプローチの強力な一例です。

IIoT フレームワークでは、プロセスメーカーは、データをリアルタイムで業務システムに接続し、サプライチェーン、受注管理、配送機能を製造システムと同期させることができます。
プロセスメーカーは、サプライ・チェーン・パートナーとの緊密な連携により、従来は個別のサイロとして扱われていた異種の機能を統合および合理化できます。その結果、効率と品質管理が向上し、メーカーは市場環境の変化への対応や新製品の投入を加速させることができます。

また、IIoT とインテリジェントなエッジ・テクノロジーは、深刻な故障が発生する前に機械の問題を検知する予測メンテナンスなどのソリューションも可能にします。プロセス製造におけるダウンタイムは、非常に大きなコストになり得ます。一瞬のダウンタイムが、製品のバッチ全体を無駄にすることになりかねません。

新型コロナウィルス感染症 (COVID-19) のパンデミックは、敏捷性の必要性を強調しています。

COVID-19 パンデミックにより、大規模なサプライチェーンの混乱と相まって、需要が急速かつ予測困難な仕方で変動することで、製造業における俊敏性と復元力の必要性に世界の注目が集まりました。

一部の業界は、不安定な市場環境に迅速に対応しました。例えば、ある製薬会社は、継続的なコミットメントを維持しつつも、革新的なワクチンやその他の新製品の記録的な売上を達成しました。

一方、他の業界はうまくいかず、ペーパータオルや清掃用具など、プロセス製造の製品がタイムリーに補充されず、店舗の棚は空になりました。

その結果、プロセス製造のデジタル化に対する注目度が高まっています。このデジタル変革の主な目的は、工場や製油所内のプロセスと設備をつなぐことで歩留まりと柔軟性を向上させ、サプライチェーンや流通パートナーの活動を製造と統合することです。伝統的で安定したバーティカル・セグメントの企業は、プロセス製造のあらゆる側面でデジタル情報と物理的な製品の融合を始めており、IIoT の戦略的プランニングと実装により真剣な投資を行っています。

オープンな IIoT が QA フィードバック・ループをサポート

最近まで、プロセス製造システムは、シングルベンダーによる独自の統合ソリューションとして提供されることがほとんどでした。通常、メーカーはそのベンダーのエクイップメントやソフトウェアに縛られ、高額なアップグレードやメンテナンス契約を通じて、1 回でしばしば 10 年またはそれ以上の期間、そのベンダーに依存することになります。多くの場合、メーカーのサプライ・チェーン・パートナーはこれらのシステムと完全に連動することができず、高額な過剰在庫や、問題となる欠品状態さえ引き起こしていました。

これらのレガシーシステムの多くは、現在、既製のハードウェアとソフトウェアで構築されたスケーラブルなソリューションによって置き換えられるか、補完されています。このオープンな ERP へのアプローチにより、メーカーは人工知能 (AI) やリアルタイム・データ収集の最新技術を適用して、生産プロセスの加速、制御、検証、そして製造した製品の検査を行うことができます。

オープンな IIo Tシステムへの移行は、必ずしもオール・オア・ナッシングで考える必要はありません。多くのメーカーは、製造用のエクイップメントやプロセスを一度にすべて交換したり変更したりしなくても、デジタル化への段階的なアプローチによってすぐに効果を得ることができます。

プロセス制御

メーカーは、サイロ化した産業用プロセス制御システムを、フロントエンドを ERP と、バックエンドを品質保証と統合可能なオープン・ソリューションに置き換えることからデジタル化プロセスを始めることがよくあります。プロセス制御は、原料の量や割合、材料に加える温度や圧力、流速などの重要な要素について、あらかじめ設定された制限値内で運用上の一貫性を維持するように設計されています。

これらの状態は、センサーで測定および監視されます。通常、センサーデータはシステムにより自動的に分析されるため、製造プロセスのある側面が許容される測定範囲から逸脱した場合にのみ、人間の介入が必要となります。AI を活用した産業用制御および分析により、プロセス製造における熟練労働者の必要性は低下します。

品質保証

プロセス制御と品質保証をリンクさせた最先端のシステムでは、統合された高速フィードバックループでセンサーとコントローラーが接続されているため、製造プロセスにおける予期せぬ変化が欠陥検出のトリガーとなります。

また、欠陥が検出されると即座に製造プロセスが修正され、製品の品質と均一性を確保できます。

プロセス製造では、製品の欠陥の一部はインラインで検出できます。例えば、製紙工場では、製品の重量、水分、引張強度、厚み、有孔度、色を生産中にリアルタイムで監視できます。

その他の製品タイプでは、品質保証のために製造サンプルを抽出してラボ検査を行うこともあります。これらの検査がリアルタイムで行われることはほとんどありませんが、一定の間隔で頻繁に行われる自動テストを、フィードバック・ループに組み込むことができます。サンプルが期待値といくらかでも乖離し始めると、QA システムは適切なプロセス・コントローラーに信号を送り、自動的に問題を修正します。これらの予防的措置により、コストのかさむ製造プロセスの減速や停止を回避できます。

プロセス製造におけるインテル® テクノロジー

プロセス製造環境は相互に関連しているため、1 台の機械の故障が即座に壊滅的な結果をもたらす可能性があります。
インテル® ソリューションは、以下の実現に焦点を当てています。

• プロセスの最適化 (バッチまたは連続したフロー)
• インライン品質管理
• バッチ再現性
• 最大限のアップタイム
• モデリングとシミュレーション
• 仮想計測
• トレーサビリティー
• セーフティーとコンプライアンスの監視

インテルとそのパートナーのグローバル・ネットワークは、統合されたテクノロジー・スタックに対応するオープンなソフトウェア定義インフラストラクチャーへの道筋を企業が切り開くのを支援します。インテルベースのソリューションは、高度なセキュリティー対策により、使用中であっても独自データを保護できるスケーラビリティーを備えています。

数多くのインテル® 製品およびテクノロジーが、プロセス製造をサポートしています。そのいくつかを紹介します。

• 産業向けインテル® エッジ・コントロールは、リアルタイム・コンピューティングの要素にワークロード・コンソリデーション、産業用コネクティビティ、セキュリティー、機能的安全性、さらにソフトウェアとインフラストラクチャー管理を組み合わせたリファレンス・ソフトウェア・プラットフォームです。
• 産業向けインテル® エッジインサイトは、マシンビジョンと時系列データ向けのフリーのオープン・プラットフォームです。
• インテル® アーキテクチャーを採用した産業用 PC は、過酷な動作環境下でも高いパフォーマンスと互換性を発揮するよう設計されています。

プロセス製造における IIoT をサポートするインテル

プロセス製造においてインテルと提携することで、データ駆動型の相互運用可能な IIoT ソリューションの価値実現までの時間を短縮できます。

インテル® パートナー・アライアンスへの参加