センサデータだけではAIの学習データにならない

射出成形機の型内圧力の波形が1万本あるとします。この波形で不良を予測するAIを作るには、それぞれの波形が「どの品番の、どのロットの、何番目のショットで、そのショットは良品だったか」が分からなければなりません。設備のPLCやヒストリアンには時刻と値しかなく、品番・ロット・良否は記録されていないのが普通です。

この「どのときのデータか」という情報を文脈(コンテキスト)と呼びます。工場で文脈を持っているのはMESです。MESは、ISA-95(製造業の業務システムと制御システムの統合に関する国際規格。IEC 62264)でいうレベル3の製造オペレーション管理を担い、作業指示・ロット・実績・品質判定・設備状態を記録します。OPC FoundationのISA-95共通オブジェクトモデル仕様(OPC 10030)では、レベル2がサブ秒単位のリアルタイム制御、レベル3が秒〜日単位で保全・品質・在庫移動を扱うと整理されています。

AIのPoCで精度が出たのに品番切替後に精度が崩れる、材料ロットが変わると誤報が増える、という現象の多くは、この文脈がモデルに入っていないことが原因です。

MESがAIに果たす3つの役割

MESはAIに対して、次の3つの役割を持ちます。

設備の時系列とMESがAIモデルに入力され、MESがラベルの供給元、紐付けのキー、結果の出口の3役割を持つ図 設備・ヒストリアン時刻+値のみ MES作業指示・ロット・品番実績・品質判定・停止理由 AIモデル学習・推論 MES(工程)ホールド・再検査作業指示・アンドン 役割2:時系列とロットを結ぶキー 役割1:学習ラベルの供給元 役割3:判定結果の出口
MESの3つの役割。ラベルを供給し、時系列とロットを結び、AIの判定を工程に戻す。

役割1:学習ラベルの供給元

教師あり学習には正解ラベルが必要です。製造業のAIでは、MESに記録された品質判定(良否・不良コード)、設備の停止理由、検査の測定値がそのままラベルになります。外観検査であれば検査工程の判定結果、品質予測であれば後工程の検査結果、予知保全であれば停止理由コードや保全記録です。ラベルの粒度と正確さは、MESへの入力の仕方で決まります。停止理由の半分が「その他」で入力されていれば、AIもその粒度でしか学習できません。

役割2:時系列とロットを結ぶキー

設備の時系列をMESの実績と結ぶには、共通のキーが必要です。代表的な方法は次の3つです。

紐付けの方法仕組み向いている工程注意点
設備ID+時刻範囲MESの着手・完了時刻の範囲に入る時系列をそのロットに割り当てるバッチ・ロット単位の加工時刻同期のずれがそのまま誤紐付けになる
ID伝送MESがロットID・シリアルをPLCに書き込み、PLCが時系列と一緒に記録する1個流し、シリアル管理PLC側の改修が必要
読取イベント製品のバーコード・RFIDを読み取った時点をイベントとしてMESと設備の両方に記録する搬送を伴う多工程読取失敗時の扱いを決めておく

最も手軽なのは設備ID+時刻範囲ですが、PLC・ヒストリアン・MESの時計がずれていると、別のロットのデータが紛れ込みます。時刻の扱いは工場データの時刻ずれ対策で詳しく扱います。品質の要求が高い工程では、ID伝送か読取イベントで個体単位に紐付けるのが確実です。

役割3:判定結果の出口

AIの判定が業務を変えるには、結果が工程に戻る必要があります。MESには、ロットのホールド、再検査の指示、作業指示の変更、アンドン(異常表示)との連携といった機能があり、AIの結果をここにつなげることで、判定が実際の業務の動きになります。MESを通さないAIは、ダッシュボードで結果を見るだけの仕組みにとどまりやすくなります。設計の詳細はAIの推論結果をMESに書き戻すで扱います。

MESデータをAIに使うときの実装上の注意

MESのデータは業務のために設計されており、AIのために作られてはいません。実装でよく問題になるのは次の点です。

1つ目は、データの持ち方です。多くのMESは作業実績をトランザクションのテーブルに記録し、完了時に集計値を残します。工程内の途中経過(どの時点で何をしたか)が残らない設定になっていると、時系列との紐付けが粗くなります。

2つ目は、マスタの改番です。品番の改番や設備の更新で、同じ実体に複数のIDが付いていることがあります。過去データを学習に使うときは、改番の対応表がないと品番単位の分析ができません。

3つ目は、DB直接参照の誘惑です。MESのデータベースを直接読めば早くデータが取れますが、MESのバージョンアップでテーブル構造が変わると連携が壊れます。本番ではAPIやイベント配信での連携を検討してください。方式の比較はMESとAIをつなぐ3方式にまとめています。

AIの企画段階でMES担当者を入れる

AIのテーマを企画する段階で、MESの担当者(情報システム部門、またはMESを導入したベンダー)をメンバーに入れることを勧めます。どのデータがどのテーブルにどの粒度で記録されているか、どの機能に結果を戻せるかは、MESを知る人でないと判断できません。

MESのどのデータがどのAI用途に使えるかの一覧はAI学習に使えるMESデータ一覧で整理しています。

よくある質問

MESがない工場ではAIを始められませんか?

始められます。品番やロットを設備側で入力する、生産指示書のバーコードを読み取って記録するなど、最低限の文脈を残す方法があります。ただし、AIを複数のラインやテーマに広げる段階では、文脈を一元的に持つ仕組みが必要になります。

ERPのデータではだめなのですか?

ERPは受注・購買・在庫・原価など日〜月単位の計画と結果を扱い、工程内の時刻・設備・作業者の情報は持たないのが普通です。時系列と結びつけるには、秒〜分単位の実績を持つMESのデータが必要です。

MESの改修が必要になるのはどんな場合ですか?

紐付けのキーが記録されていない、停止理由や不良コードの粒度が粗い、外部にデータを出す手段がない、の3つが典型です。AIの企画段階でこれを確認し、改修費用を見積もりに含めてください。

この記事に出てくる用語

用語集(日・英・中)をすべて見る

この特集について

AIは「データ基盤」で決まる

PoCは成功したのに本番で止まる。原因の多くはモデルではなく、MESと設備データの側にある 全130本

  1. 製造業AIが本番で止まる7つの理由:PoCは成功したのにラインに載らない構造
  2. 製造業のAI-OCR:紙の検査記録・点検表・ミルシートをデータ化する手順
  3. データ基盤の段階的導入ロードマップ:ユースケースから逆算する8ステップ
  4. 製造データ品質の10の問題:時刻ずれ・欠損・単位不統一をAI投入前に潰す方法
特集の記事をすべて見る →

この記事を書いた人

株式会社サオス

株式会社サオス 製造DX部

DELMIA Apriso を中核とした MES / 製造DX の導入・運用・人材育成と、製造業向けAIの調査・開発・教育を手がけるITコンサルティング企業。ISO 9001:2015 / ISO 27001:2022 認証取得。 日本・中国・米国で製造業のMES・データ基盤・AI導入を手がけた実務者が、欧米・中国の一次情報にあたって書いています。