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状態モニタ / 予知保全

概要
ドキュメント
ツール & ソフトウェア
ソリューション

状態モニタ / 予知保全とは

状態モニタおよび予知保全は、設備効率の最適化や修理のタイミングを故障発生前に設定して修理コストを削減することを目的とする保全戦略です。 状態モニタは、調整不良や軸受け破損といった潜在的な障害を見つけるために、振動や温度といったさまざまなパラメータをモニタする機能です。例えば、回転する機械の振動を振動計とマイクロホンのデータに基づいて周波数解析することで、その劣化を予測モデルに対してマッピングすることができます。コンプレッサやポンプ、軸、モータといった設備では、継続的な状態モニタが行われます。 また、機械の部分放電や真空漏れを検知する上でも継続的なモニタが行われます。 予知保全は、ベースとなる状態モニタ、異常検出、および分類アルゴリズムに、検出された異常に基づいて機械の残存寿命を推定する予知モデルを統合することで実現します。統計分析や機械学習など、さまざまなツールを利用して設備の状態を予測可能です。

状態モニタから予知保全へ: エッジ処理の役割

予知保全では、スマート・センサ・ノードの設計、センサ・ノードやゲートウェイ内で動作する組込みソフトウェアの設定、さらにはクラウドまたは企業のERP(エンタープライズ・リソース・プランニング)システムに統合するためのソフトウェアの開発など、さまざまなスキルや能力が求められます。 また、異常の早期発見や稼働時間の最大化のために、機械学習アルゴリズムAIアルゴリズムを実装することもできます。

エッジ処理 予知保全において重要な要素であるスマート・センサ・ノードは、可視化ツールやその他の処理アルゴリズムで使用するセキュアなデータの収集、記録、および前処理を行います。演算処理の遅延を減らすことにより、データの処理や将来の信頼性にかかわる重要な指標である温度のわずかな上昇や急上昇といった異常を検出することも可能です。 ゲートウェイは、複数のスマート・センサ・ノードからデータを収集して処理したり、イーサネットやWi-Fi、セルラー通信、LPWANなどを介してクラウドとのセキュアな接続を実現する接続ブリッジとして機能します。 エッジ処理では、複数のスマート・センサ・ノードおよびゲートウェイにデータの処理を分散させ、より高度な解析を行うことができるシステムに対して適切なデータを適切なタイミングで送信します。また、機械学習アルゴリズムやAIアルゴリズムにより、スマート・センサ・ノードやゲートウェイのミッション・プロファイルを強化して異常検出や分類の範囲を広げることも可能です。

STの状態モニタおよび予知保全向け製品ポートフォリオ

状態モニタと予知保全は、Industry 4.0における高度な付加価値アプリケーションです。そのため、STは先進的なICに加え、評価ツール、ソフトウェア、ドキュメント、および遠隔モニタ用オンライン・ダッシュボードのエコシステムを展開し、産業分野のニーズに応じて継続的に更新しています。
  • マイクロコントローラ & マイクロプロセッサ

    STM32ファミリの Arm® Cortex®-M4 / M33 / M7搭載マイクロコントローラ(マイコン)、および浮動小数点ユニットを搭載したArm® Cortex®-A7搭載マイクロプロセッサ(MPU)・シリーズは、センサ・データのエッジ処理に対応します。また、STM32マイコンおよびMPUを使ったAI開発をサポートするツール・セットであるSTM32Cube.AIにより、ニューラル・ネットワークや機械学習機能を実装してディープラーニング機能を実現することも可能です。
  • センサ & 慣性測定ユニット(IMU)

    STは、単純なパス / フェイル・モニタから周波数に基づく高精度のデータ分析まで、幅広い振動解析を実現する加速度センサや超音波アナログ・マイクなど、高性能かつコスト競争力のあるセンサおよび慣性測定ユニット(IMU)を提供しています。いずれも10年間の長期製造保証プログラムの対象製品です。また、温湿度センサや大気圧センサを含むさまざまな環境センサや、機械学習アルゴリズムの実行に向けて最適化され、IMUとホスト・プロセッサ間のデータ処理の共有を可能にするデジタル機能を搭載した先進的なMEMSセンサも提供しています。
  • 有線および無線通信ソリューション

    STは、産業向け有線通信用IO-Link対応デバイスなどの有線ソリューションのほか、Bluetooth® Low Energyシステム・オン・チップ(SoC) / ネットワーク・プロセッサ、LoRa®やSigfox、および免許不要のISM / SRD周波数帯に対応したLPWAN SoC / トランシーバなど、幅広い有線 / 無線通信ソリューションを提供しています。
予知保全は実装が難しく、求められる技術も高度であるため、産業分野において大きな課題となっています。STは、予知保全ソリューションのカスタム設計および実装をサポートするため、認定パートナー企業の開発エコシステムも提供しています。詳細は、パートナー・ページおよび「ツール & ソフトウェア」をご覧ください。
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エッジ・コンピューティング

Condition Monitoring and Predictive Maintenance systems include a several smart sensor nodes in the equipment, which are directly connected to the cloud directly or connected via intermediaryate gateways. Computation is performed inside the smart sen
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スマート・センサ・ノード

スマート・センサ・ノードは、工場設備の自動化およびスマート・インダストリ・アプリケーションを実現する上できわめて重要です。  状態モニタおよび予知保全システムにおいてスマート・センサ・ノードは、センサやマイクロコントローラ(マイコン) / ワイヤレス通信対応マイコン、トランシーバ、およびパワー・マネージメント・デバイスにより構成されており、それぞれの要件はアプリケーションに応じて異なります。
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Condition Monitoring vs Predictive Maintenance

Condition Monitoring (CM) is the monitoring of several parameters such as equipment vibration and temperature to identify potential issues such as misalignments or bearing failures. Condition monitoring tools can for instance map equipment degradation when a vibration analysis shows a change in the harmonic frequency of rotating equipment components. Frequency analyses can be based both on vibrometer and microphone data. 

Continuous Condition Monitoring techniques can be applied on several pieces of equipment such as compressors, pumps, spindles and motors and can also be implemented to identify partial discharge on machine or vacuum leaks. 

Predictive Maintenance is based on Condition Monitoring, abnormality detection and classification algorithms, and integrates predictive models which can estimate the remaining machine runtime left, according to detected abnormalities. This approach uses a wide range of tools, such as statistical analyses and Machine Learning to predict the state of the equipment.

The importance of Edge Processing

The importance of Edge Processing

From designing smart sensor nodes and configuring embedded software running in sensor nodes and the gateway, to developing software to be integrated in the Cloud or company Enterprise Resource Planning (ERP) system, Predictive Maintenance requires a variety of skills and competencies. Machine Learning and Artificial Intelligence algorithms can be implemented to ensure technical abnormalities are detected early and equipment uptime is maximized. 

Smart sensor nodes are key enablers of predictive analysis. They gather and log pre-processed, secure data to be displayed in visualization tools and used in other processing algorithms. Smart sensor nodes can also process data and detect anomalies by reducing computational latency. For example, smart sensor nodes can detect a small rise or a sudden increase in temperature indicating a probable device issue and future reliability problems. 

Gateways are either implemented to collect and process data from several smart sensor nodes or to act as a connectivity bridge to enable secure connection to the cloud using ethernet, Wi-Fi, cellular or LPWAN technologies. 

Edge processing combines and distributes processing power among smart sensor nodes and gateways with the aim of sending the right data at the right time to enterprise-level systems where more advanced analyses can be performed. Processing at the Edge can also use Machine Learning and Artificial Intelligence (AI) algorithms to enhance smart sensor node and gateway mission profiles and to broaden the scope of anomaly detection and classification.

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ST's portfolio for Condition Monitoring and Predictive Maintenance

Condition Monitoring and Predictive Maintenance are value-added yet challenging applications in Industry 4.0. ST has therefore deployed advanced ICs and an ecosystem of evaluation tools, software, documentation and online dashboards for remote monitoring, which are continuously updated to be in keeping with industrial needs. 

Microcontrollers and microprocessors

STM32 Arm® Cortex® M4/M33/M7-based microcontrollers and STM32 Arm® Cortex®-A7® microprocessor series with floating points capabilities can process sensor data at the edge. The STM32Cube.AI toolchain allows users to implement Neural Networks and Machine Learning for a deep learning approach. 

Sensors and Inertial Measurements Units (IMU)

ST also offers high-performance, cost-competitive sensors and Inertial Measurement Units (IMUs) with a 10-year supply guarantee (longevity program), including accelerometers and ultra-sound analog microphones enabling vibration analysis from simple Pass/Fail monitoring to high-accuracy, frequency-based data analysis. Our portfolio also includes a wide range of environmental sensors for temperature, humidity and pressure sensing and advanced MEMS sensors containing digital functions optimized to run Machine Learning algorithms that allow the data processing to be shared between the IMU and the host processor. 

Wired and wireless communication solutions 

A range of wired and wireless communication solutions complement our offer: IO-Link-compatible devices for industrial wired connectivity, and a portfolio of wireless technology such as Bluetooth Low Energy (BLE) SoCs and network processors, as well as LPWAN SoCs and transceivers supporting LoRa, Sigfox and license-free ISM and SRD frequency bands.

Together with our partners to help with your challenges

Predictive Maintenance is a key challenge for the industry and the necessary skills to implement these techniques may not be easy to find or acquire. We have therefore brought together an ecosystem of trusted Authorized Partners to support our customers in the tailored design and implementation of their solution. To find out more, visit our Partner page and our Tools and Software section on st.com.

All tools & software

    • 製品型番
      ステータス
      概要
      タイプ
      サプライヤ

      AI engineering services

      量産中

      Implement artificial intelligence for industrial applications with STM32Cube.AI on STM32 microcontrollers

      エンジニアリング・サービス Lenord + Bauer
      AI engineering services

      概要:

      Implement artificial intelligence for industrial applications with STM32Cube.AI on STM32 microcontrollers
    • 製品型番
      ステータス
      概要
      タイプ
      サプライヤ

      Nanoedge AI™

      量産中

      NanoEdge AI™ by Cartesiam is the firstMachine Learning Software specifically developed to entirely run on microcontrollers.

      パートナー製 STM32用組込みソフトウェア Cartesiam
      Nanoedge AI™

      概要:

      NanoEdge AI™ by Cartesiam is the firstMachine Learning Software specifically developed to entirely run on microcontrollers.