AI製品
AI products
E-Smart MPC とは？
制御盤の中からAI制御を実現
製造業の制御システムに革新をもたらす「E-Smart MPC （Edge・Embedded・Economical Smart MPC）」は、従来のPID制御の限界を突破し、 強化学習の実装課題を解決する画期的なAI制御コントローラーです。
産業用Raspberry Pi 5をベースとした堅牢なハードウェアに、弊社独自の Smart MPC® を搭載しています。
制御盤に収納可能なコンパクトサイズで、製造現場への導入を容易にしました。
E-Smart MPCのソフトウェアの構造
Smart MPC®は、モデル予測制御（Model Predictive Control）と機械学習（Machine Learning）を組み合わせた制御アルゴリズムです。
モデル予測制御の長所を引き継ぎつつ、その欠点であるモデリングの難しさを機械学習によるデータドリブンな方法で解決します。
この技術によって、データを取る環境さえ用意することが出来れば、導入コストが高いモデル予測制御を比較的簡単に運用可能になります。
アーキテクチャ
制御システムは制御対象（プラント等）と制御器の2つの要素から構成されています。
制御器の中にはプラントのダイナミクスを模倣するための機械学習モデルと、MPC（モデル予測制御）に用いるための数理最適化ソルバーが存在します。
機械学習で得られたモデルはMPCの計算に使われ、毎ステップ（例えば1秒ごと）に最適な制御入力を計算し、プラントに渡します。
E-Smart MPCのソフトウェアの特徴
強化学習との比較
Smart MPCはデータからモデルを構築・学習しながら、上記のMPCのアルゴリズムによって制御を行います。 一方でAlphaGoやDQNのような（モデルフリーの）強化学習には、モデルという概念が存在せず、ダイナミクスの学習と行動の決定はすべてQ関数に押し込められています。
本来、状態の価値がわかることと、未来が予測できるかどうかということは別問題であり、これらは分割して解くことが可能であると考えられます。 強化学習を難しくしている原因の一つが、この2つの異なる問題を一気に解こうとしているためであり、Smart MPCではこれらを個別に解くことで学習を著しく簡単かつ安定にすることが出来ました。
一方で、Smart MPCは評価関数は別個与えてやる必要があるため、評価関数が比較的自明に与えられる問題、例えば温度の乖離やエネルギーの消費量など、であれば適用可能ですが、それが不可能な問題、例えば囲碁や将棋など状態の評価自体が最も重要である問題に対しては直接的には使うことが出来ません。 Bonanzaメソッドのように過去のデータから逆最適化問題を解くことで評価関数を構成することは可能ですが、このタイプの問題には強化学習を使うことが最適であると思われます。
PID制御との比較
PID制御は現代において最も使われている制御手法であり、多くのプラントや機械の制御に使われています。 非常に単純なアルゴリズムであり挙動が理解しやすいため現場で作業者が調整を行いやすいというメリットがある一方で、以下ような欠点を持ちます。
・一入力一出力（SISO）系しか扱えない。
・拘束条件を扱えない。
・学習機能はなく、すべて人間が調整する。
・パラメータの調整は系統的に行うことは難しく、一般的に勘と経験に基づいて行われている。
・根本的にむだ時間に弱く、ハンチングやオーバーシュートを防ぐためにはスミス補償器のような補助的な機器を用いる必要がある。これはPIDの長所である理解のしやすさを損なわせるものである。
Smart MPCは上記すべての欠点を克服することが可能であり、一方でPID制御に決して劣らない手軽さやわかりやすさを備えています。
E-Smart MPCの活用先
製造現場が直面する制御の課題解決
製造現場の制御システムでは、従来方式では対応しきれない課題が明確になりつつあります。
1. PID制御の限界
・むだ時間（遅延）を含むプロセスで性能が低下
・多変数制御で相互干渉が発生し、不安定化しやすい
・非線形システムでは調整が困難
2. 制御調整にかかる負担
・1プロセスあたりの調整に長時間を要する
・最適化が熟練エンジニアの経験に依存
・環境変化のたびに再調整が必要
3. 先進制御導入のハードル
・強化学習は学習データと計算資源の確保が課題
・従来MPCは専用システムが高額で、専門知識も必要
・産業用PCやサーバーを設置するスペースの確保が困難
E-Smart MPCは、これらの課題を現場レベルで解消するために設計されています。
・わずか数エピソードで最適制御を学習
・制御盤にそのまま収まる省スペース設計
・環境変化に自動適応するオンライン学習によりメンテナンスの手間を削減
現場環境に最適化された次世代の制御アプローチとして活用いただけます。
iFEMSの特徴とメリット
ワンストップで機器が揃い、
簡単につながる
プラグ＆プレイで一元管理
どんな案件にもフィットする
拡張性
多様な工場・プラントに対応
カーボンニュートラル・
ZEF化の見える化にも対応
省エネで環境にも配慮
モバイル監視対応
どこでも監視・制御
短納期・適切なコスト
最小設計による構築作業を少工数化
IoTセキュリティ
セキュアな通信を実現
その他の特徴
管理部門の業務ごとの監視制御
より細やかなシチュエーションに柔軟に対応できます。
大規模な工場・プラントの対応
大きな工場・プラントでもIoT機器やゲートウェイの分散配置の統合型のシステムなら安心です。
OPC-UA、Modbus、MQTT、BACnet完全対応
国内外の多種多様なプロトコルをサポート。
無線機器による省配線
無線対応のiFEMS機器なら配線もスッキリ。
ご注文の流れ
SWXでは、本当に今必要な範囲と機能を見極めて、最小となるよう適正な企画設計でかつ適切なコストでシステムをご提供いたします。
STEP01
初回お打ち合わせ
（更新・改修の場合は現場調査）
既設システム・対象設備の図面等をご提出いただきお打ち合せさせていただきます。
※更新・改修の場合は現場を実際に拝見した上でお打ち合わせ
STEP02
お見積り
初回お打ち合わせさせていただいた内容でお見積りを作成いたします。
STEP03
仕様決定
再度のお打ち合わせにて設計等の見直しをさせていただきます。
STEP04
ご契約
お客様のご承認がいただけましたら発注のお手続きへ。
STEP05
構築作業
システム設計および、機器調達・調整をいたします。
STEP06
納品
システム・機器の導入・設定・調整をさせていただきます。
※ご入金は納品後となります。
お客様に合わせてご提案をさせていただきますので、お問い合わせフォームもしくは、お電話よりお気軽にご相談ください。
実績のある業種
工場
工場施設内を見える化して監視＆制御するグラフィック画面、システムを作成します。
電力
工場施設内を見える化して電力量の予測などのシステムを作成します。
水素
水素製造設備の稼働状況の見える化＆制御するグラフィック画面、システムを作成します。
手術室
室内の温度調整、ドアの開閉などを制御システムを作成します。
火報
施設内を見える化して火災が起こった場所を発報するシステムを作成します。
ビル
BAS/BEMS/ビル内を3Dグラフィックで見える化、カメラで施設内を監視し侵入検知機能を作成します。
センサー
モーターにセンサーを取り付け異常を予兆
空調
AIカメラで人を検視して空調を制御
実績のない業種やシステムにおいても、社内外のナレッジを活用してご相談を承れますので、お気軽にご相談ください。
よくあるご質問
Q 対応しているのは工場・プラントだけですか？
A iFEMSは一般的な工場だけでなく、目的に応じて多様なプラント・施設に導入いただいております。
Q フルオープンシステムとありますが、どんな規格に対応していますか？
A OPC-UA、Modbus、MQTT、BACnetはもちろん、国内外のPLCやIoT通信まで多種多様なプロトコルをサポートしています。
Q 料金はどのくらいかかりますか？
A 工場・プラントの規模、導入の目的、監視のポイント数に応じて適正な仕様での提案をさせていただくために個別のお見積りとしております。IoT製品や技術（設計・人材育成等）のみのご提供も承っておりますので、ご相談ください。お見積りをご希望の方はお問い合わせフォームよりお問い合わせください。