製造業におけるコンピュータビジョンの概要
コンピュータビジョンは、現代のコネクテッドファクトリーにおいて不可欠な要素として急速に台頭しつつある。
製造現場では数十年にわたりコンピュータビジョンの各種技術が活用されてきましたが、機械学習や画像処理分野における近年の進歩により、製造分野における新たな活用事例が可能になりました。AIを活用したコンピュータビジョンプラットフォームは、もはや構造化された反復的な作業に限定されることなく、ますます複雑化する環境下でも機能できるようになっています。これらは継続的に稼働し、作業員と連携して動作することで、効率の向上、エラーの低減、そしてより質の高いデータの取得につながっています。
しかし、すべてのマシンビジョンプラットフォームが同じメリットをもたらすわけではありません。コンピュータビジョンソリューションは、スマートファクトリーに戦略的に統合され、生産ラインにおけるデジタルと人間の双方のパフォーマンスを向上させる場合に、最も効果を発揮します。
Tulip、優れたコンピュータビジョンソリューションには、次の2つの重要な特徴が共通して備わっていることがわかりました：
- これらはオペレーターの能力を補完する――つまり、オペレーターと連携して、その業務の有効性、正確性、効率性を高める
- これらは、インダストリー4.0のエコシステムの一部として機能しています。
つまり、コンピュータビジョンのメリットを最大限に引き出すためには、組織は次の2つの点を考慮すべきです。1）この技術がオペレーターやエンジニアの業務をどのように支援するか、そして2）他の技術とコンピュータビジョンソリューションをどのように連携させることで、その技術の真価を引き出せるか、ということです。
補足説明：製造分野における「マシンビジョン」と「コンピュータビジョン」の違い
マシンビジョンとは何ですか？
マシンビジョンとは、 従来、コンピュータビジョン技術の製造分野における応用の一分野を指してきました 。1980年代以降、カメラ、照明、反射板、ソフトウェアから構成されるシステムは、企業が視覚ベースの作業を自動化・最適化する上で役立ってきました。品質保証、コンプライアンス、在庫管理などの分野で確固たる実績を持つマシンビジョンは、大規模かつ効率的な製造において不可欠な役割を果たしてきました。例えば、マシンビジョンシステムには次のような機能があります：
- 充填ライン上のボトルの充填レベルを監視し、基準からの逸脱を検知して、自動的に是正措置を講じる。
- 人間の目では見分けがつかないほど微細な、機械加工部品の品質上の欠陥を検出する
- 超人的な速度で連続的な視覚情報を処理する
しかし、こうしたシステムは、反復的で構造化されたシナリオに限定されています。カメラ、ソフトウェア、厳密に制御された照明などのコストは、非常に高額になる可能性があります。これらは、製造現場で初期の機械学習をいち早く導入したシステムの一つですが、プログラミングには専門家が必要であり、一度導入されると柔軟性に欠ける場合があります。
コンピュータビジョンとは何ですか？
大まかに言えば、 コンピュータビジョンとは とは、コンピュータが視覚的な入力から情報を抽出し、処理し、分析する一連の手法を総称するものです。この技術の応用範囲は多岐にわたります。コンピュータビジョンは、次のようなシステムの基盤となっています：
- 自動運転車が周囲の状況を把握できるよう支援する
- ソーシャルメディア上のユーザー写真から、年齢、性別、活動状況、位置情報などの情報を読み取る
- 工場内での複雑な組立工程をオペレーターに案内する
従来のマシンビジョンシステムとは対照的に、最新のコンピュータビジョンシステムはより柔軟性が高い。これらの新しいシステムは、制御された環境下での構造化情報の処理にとどまらず、半構造化および非構造化のシナリオにおいても機能する能力が向上している。また、反復的な自動化プロセスに限定されることもない。
インダストリー4.0のコンピュータビジョンシステムは、オペレーターとの連携に優れており、オペレーターの行動に反応することで、デジタルと人間の新たな形の相互作用を実現します。
こうした点を踏まえると、組織はコンピュータビジョンシステムをどのように活用すれば最大の効果を得られるのでしょうか？
コンピュータビジョンがオペレーターの能力向上にどのように役立つか
製造業において、人は中心的な存在です。したがって、優れたコンピュータビジョンソリューションとは、作業員と連携して、その作業をより効果的、正確、かつ効率的なものにするものです。
最新のコンピュータビジョンソリューションは、いくつかの方法でオペレーターの能力を補完することができます。
まず第一に、インダストリー4.0のコンピュータビジョンソリューションは、作業者がタスクを実行する様子を追跡するだけではありません。それだけでなく、それに対して反応もします。
こうした対応にはさまざまな形があります。コンピュータビジョンシステムは、メーカーの業務プロセスに基づいて学習させることで、工程内のあらゆるジェスチャーを認識できるようになり、作業者が各ステップを遂行する際に、複雑な作業指示に従って作業を進められるよう支援します。また、コンピュータビジョンは、工程レベルでの監視を行うことで、作業者が作業を行う最中にライン上で品質チェックを支援することも可能です。一部のシステムでは、作業者の行動を長期的に検知・分類することさえ可能であり、これによりエンジニアは各ステップのタイミングや実行状況について、より詳細な情報を把握できるようになります。
オペレーターとコンピュータビジョンの間にあるこの「物理－デジタル－物理」のフィードバックループから生まれるのは、徹底したリアルタイムのデータ収集を通じて、より効率的で、エラーが発生しにくく、かつ可視性の高いプロセスである。
コンピュータビジョンは、インダストリー4.0のエコシステムの一環として機能すべきである
これまでの議論で一貫して指摘されているのは、コンピュータビジョンは、統合された一連の技術の一部として活用された場合に最も効果を発揮するという点である。
作業者を支援するには、パフォーマンスに関するデータを収集するコンピュータビジョンシステムだけでは不十分です。むしろ、効率を最大化するためには、視覚的な作業指示書や標準作業手順書（SOP）のような枠組みが必要です。また、作業者とのコミュニケーションやデータ交換を円滑にするためには、IoT他のデバイスも必要です。さらに、他の業務用アプリとの連携も有効です。
コンピュータビジョンがもたらすメリットの一つは、プロセスを継続的かつリアルタイムに可視化できることです。その名の通りです。しかし、コンピュータビジョンシステムによって収集されたデータは、機械からのデータや、視覚情報以外のオペレーターデータといった文脈と照らし合わせて初めて、より意味のあるものとなります。コンピュータビジョンは新たなデータ源となり得ますが、文脈や妥当性を把握するためには、依然として全体像を把握することが不可欠です。
要するに、システムがリアルタイムでオペレーターの行動に反応し、それに影響を与える信号を送信できるようになったとき、コンピュータビジョンの最大のメリットが発揮されるのです。そして、コンピュータビジョンがオペレーターとリアルタイムでやり取りを行うためには、それを支える技術、つまりエコシステムが必要となります。
結論
現状において、コンピュータビジョンはデジタルファクトリーの重要な要素となっています。これにより、オペレーターやエンジニアは、より質の高いデータを収集し、オペレーターの能力を高め、組立工程のエラーを未然に防ぐためのツールを手に入れることができます。
デジタルトランスフォーメーションを検討している方は、コンピュータビジョンが、オペレーターの能力を補完し、インダストリー4.0のエコシステムの一部として機能する場合に、その真価を発揮することを念頭に置いておくべきです。
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