産業機器向け機能安全ソリューションの技術と製造業での利用方法

はじめに

現代の製造業において、多くの企業が品質向上とともに安全性の向上にも重点を置いています。
特に産業機器における安全対策は、作業者の生命を守るだけでなく、製造過程全体の効率向上にも寄与します。
ここでは、産業機器向け機能安全ソリューションの技術的な側面と、その具体的な利用方法について詳しく解説します。

機能安全とは何か

まず、機能安全の基本的な概念について理解しましょう。
機能安全とは、システムが故障した際にも安全に動作できるように設計された技術や方法のことです。
例えば、製造ラインのロボットアームが正しく動作しなくても、人身事故が発生しないような設計や対策が施されています。

機能安全規格

機能安全にはいくつかの国際規格がありますが、最も一般的なのがIEC 61508とISO 13849-1です。
これらの規格は、システムの設計から運用、保全、廃棄に至るまでの各段階で、安全を確保するためのガイドラインを提供します。

安全インテグリティレベル（SIL）

安全インテグリティレベル（SIL）は、リスクの低減度合いを示す指標で、SIL1からSIL4までの4段階があります。
リスクが高い場面ほど、高いSILが要求されます。
例えば、化学プラントや原子力発電所など高リスクの環境では、SIL3やSIL4が必要とされることが多いです。

機能安全ソリューションの技術的要素

機能安全ソリューションには、ハードウェアとソフトウェアの両方の技術が関わっています。
以下では、その具体的な技術要素について詳しく説明します。

フェイルセーフ設計

フェイルセーフ設計は、システムが故障した際にも、最も安全な状態に自動的に遷移するように設計することです。
例えば、エレベーターが誤作動を起こした場合に、自動的に最寄りの階に停止し、ドアを開けるような仕組みがこれに当たります。

冗長性

冗長性は、システムのどれか一部分が故障しても、他の部分が代替してシステム全体が正常に動作することを指します。
例えば、航空機の制御システムが複数の独立した回路で運用されていることが挙げられます。

システム診断

システム診断は、センサーや制御装置などの状態を常に監視して、異常が発生した場合に直ちに検知する技術です。
これにより、早期に問題を発見し、重大な故障につながる前に修正することが可能です。

製造業での機能安全ソリューションの利用方法

機能安全ソリューションは、製造業の各工程でさまざまな形で利用されています。
以下では、具体的な事例を交えて説明します。

自動車産業における機能安全

自動車の製造工程では、多数のロボットアームや自動化された生産ラインが使用されています。
これらの機器が故障した場合、作業者が巻き込まれないようにするためのフェイルセーフ設計が重要です。
加えて、自動車自身の機能安全も極めて重要で、自動運転車の開発においては、高度な機能安全技術が必須です。

食品加工業での適用例

食品加工業では、ハードウェアの故障が直接製品の品質に影響を与える可能性があります。
例えば、機能安全対応の温度センサーを利用することで、加工中の温度が規定範囲を超えた場合に直ちにアラームを鳴らし、加熱装置を停止させることができます。

化学工業での活用

化学工業では、特に高リスクな作業が多いため、機能安全技術の重要性が高いです。
冗長性の高いバルブや制御システムを導入し、複数のチェックポイントを設けることで、安全性を確保しています。

最新技術動向

機能安全に関する技術は日々進化しています。以下では、最新の技術動向を紹介します。

IoTと機能安全の融合

IoT（Internet of Things）は、機能安全の新たな次元を開きます。
IoTセンサーを活用することで、リモートからの監視や診断が可能となり、リアルタイムでの異常検知が実現します。

人工知能（AI）の活用

AI技術を用いた機能安全の向上も進んでいます。
例えば、AIアルゴリズムを用いた異常検知システムは、人間の目では捉えきれない微小な異常をも見逃さず、早期対応が可能です。

サイバーセキュリティとの連携

デジタル化の進展とともに、サイバー攻撃からシステムを守ることも重要です。
機能安全とサイバーセキュリティの連携により、安全性が一層強化されます。

まとめ

産業機器向け機能安全ソリューションは、製造業の現場において非常に重要な役割を果たします。
フェイルセーフ設計や冗長性、システム診断などの技術を駆使することで、高度な安全性を確保することができます。
また、最新のIoTやAI技術の導入により、一層の安全性向上が期待されます。

これらの技術と方法を理解し、効果的に活用することで、製造の効率と安全性の両方を実現することができます。
安全性を確保しつつ、生産性を高めることが、今後の製造業に求められる課題であり、これをクリアするためのポイントとなるでしょう。