製造業におけるリアルタイム・エンタープライズの考え方

Siegen大学のBusiness & Information Systems Engineering (BISE) InstituteのDaniel Metz氏の学位論文のテーマは、過去10年間のリアルタイムエンタープライズ（RTE）のコンセプトとそれを支える技術に関する分析であり、その主な目的は欠点を特定することである。その後、イベント駆動型アーキテクチャ（EDA）と複雑なイベント処理（CEP）のパラダイムを活用し、RTEの概念を実現するために不可欠な、異なる企業レベルにわたる時間的・意味的垂直統合のギャップを克服するリファレンスアーキテクチャを開発しました。開発したリファレンスアーキテクチャは、中小企業の典型的な特徴を持つ鋳造工場に実装され、検証されています（以下の産業界からの前書きを参照）。
このリファレンスアーキテクチャは、製造現場にあるさまざまな再ソースからのリアルタイムのプロセスデータと、企業資源計画（ERP）システムのような企業アプリケーションからの対応する（オフラインの）トランザクションデータを統合します。統合されたデータは、重要業績評価指標（KPI）の計算、企業メンバーへの可視化、ロジスティック情報の作成（異なる企業エンティティの追跡とトレース）、CEPエンジンのサポートによる統合データ/イベントストリームの分析といったさまざまな方法で利用されます。特に、CEP は、計画されたデータと実際の値との間のあらゆる乖離を特定するために採用される。これらの古典的なリアクティブ/フィードバックアプローチに加えて、リファレンスアーキテクチャは、企業のパフォーマンスを向上させるプロアクティブアプローチもサポートしています。
さらに、このリファレンスアーキテクチャは、最先端のアルミニウム砂型鋳造企業で実装され、検証されています。この実装では、ソフトウェア工学の最新の手法と技術（.NETフレームワーク、EsperTech CEPエンジンなど）が利用されています。さらに、この実装は、多くの国内および国際的な標準とモデル（IEC 62264、MESAモデルなど）に適合しています。
本書は、RTEおよびCEPの概念と実現について、さらなる理解と発展に貢献することができます。

本章では、本研究の問題領域の設定、研究目標の設定、科学哲学の基本的な位置づけ、および研究構成の説明を行う。

次の章では、製造業における組織のコンセプトとして、RTE を紹介する。RTEの紹介は、RTEの動機、基礎、原則について幅広く議論することから始まります。さらに、RTEの領域における研究の重点と開発状況について説明します。ここでは、製造業におけるRTEの実現は、ISRにおいてさらなる注意が必要であることを確認することができる。

RTEの実現には、イベントベースの情報処理、製造業の垂直統合、製造プロセスの計画と実際の実行のリアルタイムな整合性が主要な要件であると認識されている。MESは、製造業におけるRTEの実現に向けた工学界の貢献として紹介されています。また、CEPはRTEのためのITビルディングブロックとして公開されています。しかし、MES と CEP の間の連携には、さらなる注意が必要であり、この研究成果ではその点について詳しく説明しています。

これまで、製造業におけるRTEの実現について、経営学、工学、コンピュータサイエンスの観点から考察してきたが、(i)現場からトップフロアまでの様々な企業レベルの垂直統合、(ii)企業レベル間の多重制御ループの実現が急務であることが明らかとなってきている。そこで、本研究では、製造プロセスのリアルタイムモニタリングと制御のためのITフレームワークを開発することを目的とする。これにより、経営、工学、コンピュータサイエンスの各分野におけるこれまでの成果を取り入れることができる。

なお、前述のITフレームワークは、Ohm & Ha ̈ner Metallwerk GmbH & Co. KG社（ドイツ・オルペ市）の協力を得て開発しました。この企業は家族経営で、400人以上の従業員を抱え、5000万ユーロ以上の売上高を実現しています。この鋳造工場では、総重量が20グラムから2000キログラムまでの鋳物を製造している（[196]を参照）。

ゲルマンのドロルスハーゲンにある新工場1では、最新鋭の機械が採用され、小・中ロットサイズの部品を生産しています。同社は年間400社以上の顧客に製品を供給しているため、製品の多様性に対応しなければならない。新工場のレイアウトは、主に製品レイアウトに準拠していますが、部分的にセルラーレイアウトやプロセスレイアウトも採用されています。生産は、材料の連続的な流れと非連続的な流れの両方を包含している。不連続な製造工程の結果は、バルク品（例えば溶融金属）またはピース品（例えば鋳物、砂中子）である。

まとめると、鋳物工場の製造工程は、図3.2に示すように特徴付けられる。さらに、Mo ̈nch が述べた特徴によれば、Drolshagen で確立された砂型鋳造工程は複雑な製造工程である（[189] および 4.2.2 節を参照）。以下、一般的な金属鋳造、特に砂型鋳造の基礎について詳しく説明する。

RTEビジョンの一環として、内外の事象を（ほぼ）リアルタイムで（再）処理する必要性が打ち出されています。このビジョンでは、完全に統合され、自動化され、個別化された価値創造プロセスを持つ企業が求められている。製造業においては，(i) 垂直統合された企業を確立するための現場インターフェースの標準化，(ii) EDA と CEP に基づくリアルタイム監視・制御コンセプトの概念化，および (iii) MES の領域での実装が課題として挙げられた．

水平・垂直方向のシームレスな統合は、POCから適切なPOAに即座に情報を転送するための前提条件である。さらに、RTEは関連する情報を選択し、分析するための手段を必要とするため、無差別にデータが氾濫することを避けることができる。最後に、RTEは、計画されたプロセスと実際のプロセスの実行を継続的に整合させることを想定している。

製造業において上記のようなRTEを実現するには、経営、コンピュータサイエンス、エンジニアリングの各視点からの検討が必要である。製造業とその生産管理に対する経営者の視点は、最上位の企業レベル（すなわち、戦略的および戦術的な企業レベル）に集中している。また、 経営の視点からは、 ERP は価値創造プロセスを支援するための適切なアプロー チとみなされている。

しかし，エンジニアリングの分野では，より深く，より広範な製造レベル (ショップフロア) の統合が研究されてきた．その研究開発活動により、様々な標準規格やMESの実装が生み出されてきました。近年では、MES は製造業における RTE を確立するための手段としても言及されている。また、制御工学は複数の閉ループ制御（フィードバック制御）を実現するための原理を提供してきた。このとき、RTEの理論的な基礎や原理としてサイバネティクスなどが考えられていることは注目される。しかし、現場資源とのインターフェースについては、大きな課題が残されている。

RTEはガートナー社のビジョンとして策定されたものであり、どのようなITで実現すべきかは明確に定義されていない。しかしながら、RTEの動作はイベントドリブンであると言われています。したがって、EDAとCEPはRTEを実現するものとして認識されています。これらのパラダイムは、RTEのシステム要件である、（i）敏捷性、（ii）適時性、（iii）情報の可用性を満たすITシステムを構築することを可能にします。残念ながら、これまでのところ、CEPは、企業内および企業間の財務・管理プロセスにのみ採用されています。CEPを活用した製造プロセスのリアルタイム監視・制御のコンセプトやアプローチは稀です。また，MES と CEP の連携につい ても，さらなる研究が必要である．

本研究では、製造業における RTE を実現するためのフレームワークを構想し、実装し、評価しました。このフレームワークは、(i) 有形製品を生産し、(ii) 中小企業であり、(iii) ドイツの産業の一部である製造企業を対象として設計されています。このように、開発されたフレームワークによってサポートされる製造企業およびその製造プロセスは、特徴づけられている。その結果、ドイツ経済における製造業の関連性が議論された。

開発したフレームワークの詳細に踏み込む前に、MASやHMSなどの知的な監視と制御のアプローチに関する関連した研究を提供した。これらのアプローチのいくつかのアイデアと概念は、提示されたイベント駆動型フレームワークに転送することができる。このフレームワークは、(i)ITアーキテクチャ導入のための方法論を記述したプロセスモデル、(ii)製造業におけるRTE実現のためのITアーキテクチャの設計と実装の2つの部分から構成されています。

プロセスモデルでは、（i）業務・製造プロセスの分析と再設計、（ii）企業データモデルの設計と（IT）システム間のデータフローのモデリング、（iii）KDDプロセスやドメインエキスパートへのインタビューなどによる制御関連知識の特定、（iv）製造プロセスの監視と制御への知識の利用が含まれます。

プロセスモデルの最後の2つのステップは、統合されたプロセスデータ、イベント駆動型の監視・制御メカニズムが存在することを前提としています。そのため、EDAとCEPを活用したITアーキテクチャが開発されました。プロセスデータは、製造リソースから取得され、エンタープライズアプリケーションからのトランザクションデータと統合されます。この機能により、後方および前方へのトレーサビリティを実現することができます。さらに、生産指示、製品、バッチなどの企業実体をリアルタイムで追跡する機能が開発されました。

トラッキングオブジェクトのストリームは、イベントストリームとして解釈することができる。このイベントストリームはCEPエンジンによって分析され、プロセスの危機的状況を検出し、適切な（再）アクションを決定します。注目すべきは、トラッキングオブジェクトには、実際のプロセスデータだけでなく、企業システム（例：ERPシステム）からの計画データも含まれていることです。したがって、確立された制御アプローチは、RTE で要求される統合された企業に基づいています。また、RTEの残りの原則である、意思決定プロセスの自動化とPOAでの情報の即時利用は、開発されたITアーキテクチャによって実現されます。

プロセスモデルとイベントドリブンフレームワークは，ある鋳造工場に実装された．このフレームワークは，ドイツ・オルペにあるオーム＆ハ̈ner Metallwerk GmbH 社のドロルスハーゲンの新工場で，高度に自動化されたアルミニウム砂型鋳造プロセスを監視・制御するために採用されています．今回リリースされたフレームワークは、測定された平均タクトタイムを約18％短縮し、1年以内に投資回収を実現しました。

これまでのところ、このフレームワークは、3.1節で特徴付けた製造企業および製造工程に限定されています。3.1. また、RTEのビジョンには、人事や営業など、企業の他の側面も含まれる。これまで、このフレームワークでは、このような側面は扱われてこなかった。そのため、このフレームワークを拡張することは、今後の課題である。さらに、このフレームワークは、MES のさらな るタスク/機能を実装するために拡張することが可能である。

このフレームワークは、対象となる鋳物工場の他の製造工程に拡張されることが想定されている。機械加工（例：旋盤加工、フライス加工）は、価値創造プロセス全体をカバーするために、特に 実施されなければならない。さらに、製造リソースに直接影響を与える制御アクションを実行しなければならない。例えば、間違った合金を使用したり、注湯温度（測定値）が定義された製品仕様を満たさないことが予想される場合、注湯機を停止させることが挙げられます。また、この制御手法を生産資源に展開することも計画している。この開発は、近年進められているインダストリー4.0やCPSの研究にも合致するものです。