特集
ITと
モ ノづ く り産 業
解説
製 造 分 野 に進 展 す る国際標 準STEP*
Martin HARDWICK**
David LOFFREDO*
訳:綾
信博〓 徳永仁史〓The STEP International Data Standard Evolves into Manufacturing / Martin HARDWICK and David LOFFREOOKey words: STEP, data exchange, CAD/CAM,manufacturing, NC, super model
1.は じ め に
製 造 業 にお け る デ ー タ の非 互 換 性 は,900億
ドル の 経 済
損 失 と推 定 さ れ て い る.国 連 は グ ロー バ ル な 経 済 活 動 を促
進 す るた め,国 際 標 準 化 機 構(International
Standards
Organization, ISO)に,製
品 デ ー タ 標 準 の 開 発 を 委 託 し
た.そ の 結 果,200人
を超 え る 製 品 デ ー タ の 専 門 家 を 集 め
た 国 際 的 チ ー ム に よっ て,STEPと
い う デー タ 標 準 が 作
られ,保
守 され て い る.
STEPの
開 発 目標 は,全
ラ イ フ サ イ ク ル を と お し て,
製 品 デ ー タ を 完 全 な情 報 モ デ ル と し て表 現 す る方 法 を規 定
す る こ とで あ る.現 状 で は,製 品 デ ー タ は,設 計 か ら製 造
まで 多 様 な シ ス テ ム に よ り管 理 さ れ,CADデ
ー タ は,互
換 性 を維 持 す るた め に シ ス テ ム ご とに作 り直 さ れ て い る.
ソ フ トウ ェア の寿 命 と製 品 の 寿 命 の 間 に は大 き な差 異 が
あ る.CADシ
ス テ ム は2∼3年
ご とに 変 わ る が,設 計 図面
お よ び 製 造 計 画 は,30年
以 上 保 管 し て お く必 要 が あ る.
製 品 デ ー タ標 準 は,必 要 な と き に シ ス テ ム間 で や り取 りで
き る よ う,シ ス テ ム に依 存 せ ず,ま
た 技 術 の 進 歩 に対 応 で
き る よ う に 作 ら れ るべ き で あ る.STEP以
前 は,幾 何 形
状 デ ー タの 標 準 で あ った,例
え ばIGES
(Initial Graphics
Exchange
Specification)は,そ
の 名 の とお り初 期 の 形 状
デ ー タ 交 換 仕 様 で,米
国 内 の み の 仕様 で あ っ た.
STEPは,製
品 モ デ ル の 部 品 化 さ れ 拡 張 可 能 な標 準 の
集 合 体 で あ る.STEP標 準 は,ISOに よ っ てISO10303 と し て 管 理 さ れ て い る. STEPの 核 心 は,統 合 リ ソ ー ス(Integrated Resources)と 呼 ば れ る,再 使 用 可 能 な 工 学 的 定 義,す な わ ち,幾 何 学,製 品 識 別,組 立 構 造,構 成 管 理,有 限 要 素 解 析,図 面,電 気 回 路,配 管,製 造 仕 様,工 具,製 造 方 針 お よ び 製 造 工 程 な ど の デ ー タ 構 造 定 義(モ デ ル 素 子)の 集 合 体 で あ る.こ の リ ソ ー ス は,STEP以 外 の と こ ろ で も 数 多 く使 わ れ て い る.STEP製 品 モ デ ル は,統 合 リ ソ ー ス の サ ブ セ ッ トの 制 約 条 件 を 明 確 に 規 定 し た も の で,適 用 業 務 の 個 別 の 要 求 に 合 う よ う 設 計 さ れ る た め,ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・プ ロ ト コ ル(Application Protocols)と 呼 ば れ る.そ れ ぞ れ 名 称 と 番 号 を 持 ち,例 え ば,Configuration Controlled Designと い う 名 称 のAP-203(APはAppli
-cation Protocolsの 略)は,3Dソ リ ッ ド ・モ デ ル を 組 み 立 て る た め の モ デ ル を 定 義 す る.最 近,急 速 にSTEPは CADシ ス テ ム 間 の 製 品 デ ー タ 交 換 の 標 準 と し て 使 わ れ る よ う に な っ た.現 在 す で に100万 を 超 え るCADス テ ー シ ョ ン がSTEPト ラ ン ス レ ー タ を 内 蔵 し て お り,IGES を 越 え る と 予 想 さ れ て い る.異 機 種CADデ ー タ を 国 際 標 準 で 交 換 す る と い う 最 初 の 目 標 は 達 成 し た と い え る.
STEPの
次 の 挑 戦 課 題 は,モ
ノづ く りへ の 拡 張 で あ る.
新 し いSTEPモ
デ ル は,フ
ラ イ ス 盤 や 旋 盤 な ど の 機 械 加
工 や 技術 情 報 管 理 な どを 統 合 す るた め に 開 発 され て い る.
将 来 は,CAMシ
ス テ ム がSTEPモ
デ ル を出 力 し,NCコ
ン トロー ラ が モ デル を読 んで 部 品 を生 産 す る こ と に な る と
予 想 さ れ る1).こ れ に よ り,セ ッ トア ッ プ 時 間 の 短 縮,ポ
ス ト ・プ ロ セ ッサ の 除 去,よ
り安 全 で よ りイ ンテ リジ ェ ン
トな 方 法 に よ る工 作 機 械 の制 御 とい っ た 利 点 が 期 待 で きる.
2.STEPと
は 何 か2
STEP標
準 はEXPRESSと
呼 ば れ る言 語 を使 用 し て記
述 され る.EXPRESSは3次
元 形 状 情 報 を 記 述 す る の に
必 要 な 能 力 を有 す る情 報 モ デ ル 記 述 言 語 で あ る.初 期 の
*原 稿 受 付 平 成13年4月6日 ** Rensselaer Polytechnic *** STEP Tools, Inc.MartinHardwick
レ ン セ ラ ー 工 科 大 学 教 授,STEPツ ー ル 社 社 長,USP roduct Data Association理 事,ISO TC184/SC4/WG3T24(STEP Manufactur-ing)チ ー ム リ ー ダ.エ ン ジ ニ ア リ ン グ 情 報 関 連 の 著 書 多 数,Ph.D David Loffredo STEPツ ー ル 社 副 社 長,Ph.D 〓 産 業 技 術 総 合 研 究 所(つ く ば 市 並 木1-2) 〓 正 会 員 産 業 技 術 総 合 研 究 所 精 密 工 学 会誌Vol.67,No.5,2001 733
HARDWICK・LOFFREDO:製 造分野 に進展 する国際標準STEP
STEP開
発 者 た ち は 当 時 利 用 可 能 な デ ー タ 記 述 言 語 を調
査 し,再 使 用 可 能 な工 学 的 定 義 の集 合体 を構 築 す る の に一
番 適 して い る言 語 を探 した が,広 範 囲 な 製 品 モ デ ル を記 述
す る の に必 要 な精 度 と拡 張 性 を備 えた 言 語 を見 つ け 出 す こ
と は で き ず,独
自 の 言 語 を 開 発 す る こ と に 決 め た.過
去
10年 間 で 広 範 囲 な ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・ プ ロ ト コ ル が
EXPRESSを
使 用 す る よ う に な り,こ の 選 択 は 賢 明 で
あ った こ とが証 明 さ れ た2).
ま た,STEPは,初
期 設 計 か ら,詳 細 設 計,製
造,メ
ンテ ナ ン ス お よ び廃 棄 とい っ た 製 品 の全 ラ イ フ サ イ クル を
とお して,デ
ー タの 共 有 を 可 能 にす る た め の統 合化 の 方 法
論 で も あ る.従 来 の や り方 で は,各 工 程 でCAD,CAM
お よ びCAEシ
ス テ ム へ 同 じ デ ー タ を そ の 都 度 入 力 す る必
要 が あ った.STEPが
統 合 モ デ ル を 提 供 す れ ば,デ ー タ
は一 度 だ け入 力 す れ ば よ い こ とに な る.
STEPで
は,次 の3段 階 で 統 合 化 を行 う.
(1)第1段
階 で は,製 品 デ ー タ の 共 有,交
換 に必 要 な ア
プ リケ ー シ ョ ン の 動 作 を識 別 す る.新
し い ア プ リケ ー
シ ョ ン ・プ ロ トコル の 命 令 文 と,新 し い プ ロ トコル が
サ ポ ー トす る技 術 的 な動 作 を示 す ドキ ュ メ ン トを作 る.
(2)第2段 階 で は,情 報 モ デ ル を 使 っ て 動 作 の 要 求 仕 様 を ド キ ュ メ ン ト化 す る.情 報 モ デ ル の 定 義 に は い ろ い ろ な 言 語 を 使 用 で き る が,ほ と ん ど の プ ロ ジ ェ ク ト は EXPRESSを 使 用 し て い る.こ の 段 階 の 終 わ り に は, 命 令 文 の 中 で 動 作 を サ ポ ー ト す る た め に ア プ リ ケ ー シ ョ ン が 必 要 と す る 情 報 を ド キ ュ メ ン ト化 し た, 「Application Reference Model (ARM)」(つ ま り オブ ジ ェ ク ト ・モ デ ル)が で き あ が る.
(3)第3段 階 で は,第2段 階 で 開 発 し た 情 報 モ デ ル を, 統 合 リ ソ ー ス を 使 っ た 根 本 的 な 定 義 の 集 合 の 中 に マ ッ
ピ ン グ す る.こ の マ ッ ピ ン グ の 結 果 を 「Application Interpreted Model (AIM)」 と呼 ぶ.こ の モ デ ル は 規
範 と な る モ デ ル で あ り,ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・プ ロ ト コ ル を 使 っ て デ ー タ を 共 有 あ る い は 交 換 す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン は こ れ を 実 装 す る 必 要 が あ る.AIMモ デ ル は ARMモ デ ル よ り複 雑 で 使 用 が 困 難 で あ る が,ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 製 品 ラ イ フ サ イ ク ル を と お し て の デ ー タ 共 有 を 可 能 に す る.ま た,統 合 リ ソ ー ス は,既 存 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 無 効 に せ ず に,後 でAIMモ デ ル を 拡 張 す る こ と が で き る よ う に 設 計 さ れ て い る.
3.米
国 に お け るSTEP
デ ー タ の非 互 換 性 に よ る問 題 は,米 国 の 自動 車 産 業 だ け
で 年 間10億
ドル の 経 済 的 損 害 を 与 え て い る と推 定 され
る3).こ の 問 題 を 解 決 す る た め に 米 国 の 製 造 企 業 は,
STEPの
開 発 に顕 著 な貢 献 を し て き た.
今 日,米 国 企 業 は,世 界 中 の大 小 の 会 社 とデ ー タ を交 換
す る た め に,STEPを
使 い 始 め て い る.例
え ばIBMで
は,サ
プ ラ イ チ ェー ン で の デ ー タ 交 換 に お け るSTEPの
利 用 が,1998年
に0%だ
っ た も の が,1999年
に は17%
に,2000年 の 終 わ り に は30%に 伸 び て き て い る.こ の 成 長 率 で 行 け ば,2002年 に は,IGESに 変 わ っ て,STEP が 最 も ポ ピ ュ ラ ー な デ ー タ 交 換 フ ォ ー マ ッ ト と な る で あ ろ う. 1995年 に は,AeroSTEPとPowerSTEPの プ ロ ジ ェ ク ト で,Boeingが,ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン ・サ プ ラ イ ヤ で あ る General Electric, Pratt&Whitney,お よ びRolls Royceと 通 信 す る た め にSTEPを 使 い 始 め た.こ の 情 報は,777お よ び767-400の 拡 張 レ ン ジ プ ロ グ ラ ム に お い て,エ ン ジ ン と 支 柱 の イ ン タ フ ェ ー ス の デ ジ タ ル ・プ リ ア セ ン ブ リ(DPA)の た め に 使 用 さ れ た.
1999年3月 に は,Boeing Commercial Airplanes Groupは, DCAC/MRM (Define and Control Airplane Configuration/Manufacturing Resource Management)
と 呼 ば れ る 新 し い 標 準 化 ビ ジ ネ ス ・プ ロ セ ス を 実 装 し た. 最 初 の21時 間 の 処 理 で,900000以 上 の 部 品 がMeta・ phasePDMシ ス テ ム に 変 換 さ れ た..こ の う ち,187000 は さ ら にSTEPを 使 っ た 部 品 リ ス ト に 変 換 さ れ た.
2000年10月,General Electric Power Systems はAli - bre Systemsと 提 携 し,イ ン タ ー ネ ッ ト上 で3次 元 の 設 計
デ ー タ を 管 理 す る た め に,サ プ ラ イ チ ェ ー ン にSTEPお よ びAlibreCADシ ス テ ム の 使 用 を 認 め る と発 表 し た.
Lockheed MartinはF-16, F-22, Joint Strike Fighter, F-2お よ びKTX-2の プ ロ グ ラ ム を サ ポ ー ト す る た め にSTEPを 使 用 し て い る.こ れ は 供 給 べー ス に お け る よ り 小 さ な ビ ジ ネ ス にSTEPを 使 用 し よ う と い う試 み で あ る.パ イ ロ ッ ト ・プ ロ ジ ェ ク トの 結 果,エ ン ジ ニ ア リ ン グ ・ デ ザ イ ン に お い て,デ ー タ 交 換 の 信 頼 性 が10% 向 上 し,非 複 合 部 品 に 対 し て10%,複 合 部 品 に 対 し て 50%の 工 程 が 節 約 さ れ た こ と が わ か っ た. Raytheon-ledプ ロ ジ ェ ク ト で は,生 産 プ ロ セ ス ・プ ラ 、ン を 自 動 的,視 覚 的 に 提 供 す る た め にSTEPが 用 い ら れ, 準 備 の 時 間 が75%節 約 さ れ た.
自 動 車 産 業 の 分 野 で は,Delphi Delco Electronics Sys-temsが,2社 の 主 な 自 動 車 製 造 業 の 顧 客 に 対 し て,環 境 制 御 装 置 を 作 る た め にSTEPを 使 用 し て い る.Delphi Delcoで はCADはUnigraphicsを 使 用 し,一 方2社 の 自 動 車 製 造 業 顧 客 はDassault SystemsのCATIAを 使 っ て い た.過 去 に お い て,3次 元 モ デ ル は デ ー タ 変 換 の 際,手 作 業 で 作 り な お さ な け れ ば な ら ず,そ の コ ス ト は,1部 品 あ た り、3∼5人 日 で あ っ た.最 近 の テ ス ト に お い て,12個 の フ ァ イ ル のSTEPへ の 変 換 業 務 が,実 質 上 手 作 業 が な く な っ た こ と に よ り,50時 間 短 縮 さ れ た.
STEPは
最 初CAD形
状 デー タ の 共 有 の た め に使 用 さ れ
た.初
期 のSTEPト
ラ ン ス レー タ の 中 に は 正 確 に 変 換 で
き な い も の もあ った が,現
在 は高 い信 頼 性 を有 す る よ うに
な っ た.今
日,部 品 リス ト,ア セ ン ブ リ,PDM情
報 も ま
た,STEPを
使 用 し て 共 有 され て い る.2001年4月
に新
しい ア プ リケ ー シ ョ ン ・プ ロ トコ ルが い くつ か リ リー ス さ
れ るの で,さ
ら に多 くの情 報 を交 換 で き る よ うに な る.
HARDWICK・LOFFREDO:製 造分野に進展する国際標準STEP
4.モ
ノ づ く り に お け るSTEP
STEP-NCは,CAM,生 産 計 画 シ ス テ ム お よ びNC制 御 シ ス テ ム 間 の イ ン タ フ ェ ー ス を 定 義 す る こ と に よ っ て,モ ノ づ く り の 中 にSTEPを 拡 張 す る. STEP-NCは,ISOの2つ の 小 委 員 会 に お い て 定 義 さ れ て い る.STEP-NC の た め のARMモ デ ル は,ISO標 準 14649と し てSC1(Physical Device Control)小 委 員 会 に よ っ て 開 発 さ れ, AIMモ デ ル は,SC4(Industrial Data)小 委 員 会 に よ っ て 開 発 さ れ て い る.SC1の 専 門 家 は,物 理 的 な 装 置 制 御 の 要 求 仕 様 を 理 解 し て お り,SC4の 専 門 家 は,ARMをAIMに ど の よ う に変 換 す れ ば設 計 と製造 の 問 で デ ー タ 共 有 が 可 能 にな る か を
理 解 して い る.
CNC制 御 装 置 に 対 す る 現 在 の デ ー タ 標 準 は,米 国 で は RS274D,他 で はISO6983と し て 知 ら れ て い る.こ の 標 準 は,例 え ば 切 削 工 具 を 移 動 さ せ る と か,冷 却 液 を 流 す, 止 め る と い っ た 機 能 を 実 行 す る よ う に 制 御 装 置 に命 じ る, 一 連 の 「M」 お よ び 「G」 コ ー ド ・コ マ ン ド と し て ,部 品 プ ロ グ ラ ム を 定 義 し て い る.十 分 な コ ー ドが 部 品 プ ロ グ ラ ム ・フ ァ イ ル に 含 ま れ て い れ ば,ど の 種 類 の 部 品 も,M コ ー ド とGコ ー ド を 利 用 し て 作 る こ とが で き る.し か し, こ の デ ー タ 標 準 と コ ー ド は,1950年 代 に 当 時 の 紙 テ ー プ を 使 っ た 通 信 に 適 す る よ う 設 計 さ れ,部 品,工 具 お よ び 工 程 管 理 に つ い て の 情 報 をCAMシ ス テ ム か ら 工 作 機 械 に ほ と ん ど 伝 え ら れ な い た め,制 御 装 置 を 「イ ン テ リ ジ ェ ン ト」 化 す る こ と の 障 害 に な っ て い る. STEP-NCは,工 程 管 理 お よ び 機 械 加 工 情 報 の た め の 新 し い 定 義 を 決 め,形 状 情 報 と製 造 仕 様 を 組 み 合 わ せ る. STEP-NCプ ロ グ ラ ム は ワ ー ク ス テ ッ プ の 中 に 組 み 込 ま れ る.STEPの 考 え 方 と 同 様 に,ワ ー ク ス テ ッ プ 群 は ど ん な 製 品 モ デ ル に も組 み 入 れ る こ とが で き る.各 ワ ー ク ス テ ッ プ は,従 来 のMコ ー ド,Gコ ー ド の 機 械 加 工 コ マ ン ド を 含 ん だ 「マ ク ロ 」 と だ い た い 同 じ よ う な も の で あ る が,3次 元 で あ り,コ ー ド を 結 合 し て 製 造 仕 様 を 定 義 す る.そ の 結 果,工 作 機 械 は,必 要 な 場 合 に イ ン テ リ ジ ェ ン トに オ ペ レ ー シ ョ ン を 行 え る.図1はEXPRESS-Gの ダ イ ヤ グ ラ ム と し てSTEP-NCモ デ ル を 示 す.図 の 左 側 は, STEPに よ っ て 定 義 さ れ た 形 状 情 報 と 製 造 仕 様 に 関 連 し, 右 側 は,STEP-NCに よ っ て 定 義 さ れ た 新 し い ワ ー ク プ ラ ン お よ び ワ ー ク ス テ ッ プ 群 を 示 す.各 ワ ー ク プ ラ ン は ワ ー ク ス テ ッ プ 群 の リ ス トか ら な る.ワ ー ク ス テ ッ プ 群 は,製 造 仕 様 を 指 示 す る.製 造 仕 様 を 決 め る た め に は,複 数 の ワ ー ク ス テ ッ プ が 必 要 に な る. 図1機 械 加 工 用STEP-NCデ ー タ ・モ デ ル のEXPRESS-Gア ウ ト ラ イ ン 5.Super Model・ パ イ ロ ッ ト ・プ ロ ジ ェ ク ト 欧 米 や 極 東 の い く つ か の プロ ジ ェ ク トで,STEP-NC デ ー タ ・ モ デ ル が,検 証 さ れ つ つ あ る4).米 国 で は, 「SuperMode1」 プ ロ ジ ェ ク トが 「Art to Part(理 想 的 部 品 製 造)」 プ ロ セ ス(STEP-NCデ ー タ ・モ デ ル を 図2の 左 側 に 示 し た3っ の 段 階 に お い て 製 造 命 令 に 翻 訳 す る プ ロ セ ス)を 調 査 し て い る.(1)3D製
品 モ デ ル を作 成 す る た め の機 能 設 計.
(2)3D製
品 モ デ ル を製 造 仕 様 か ら 注 釈 す る た め の 生 産
設 計.
(3)機
械 設 備 と運 用 情 報 を 製 造 仕 様 に結 び つ け る た め の
工 程 設 計.
シ ス テ ム が,複 数 のSTEPア プ リ ケ ー シ ョ ン ・プ ロ ト コ ル(つ ま りモ デ ル)に よ り定 義 さ れ た デ ー タ を 結 合 し た り,工 作 機 械 制 御 装 置 に 送 っ た り す る の を,上 記 の3つ の 設 計 に 適 用 す る た め,こ の プ ロ ジ ェ ク ト は 「Super Model」 プ ロ ジ ェ ク ト と呼 ば れ て い る. Super Modelプ ロ ジ ェ ク ト で は,ラ ピ ッ ド ・ プ ロ ト タ イ プ,機 械 加 工,生 産 ラ イ ン の3つ の シ ナ リ オ が 考 え ら れて い る.Super Modelプ ロ ジ ェ ク ト の 調 査 委 員
会Indus-trial Review Board (IRB)は,National Institute of
図2Super Modelプ ロ ジ ェ ク トの ア ー キ テ ク チ ャ
HARDWICK・LOFFREDO:製 造分 野に進展する国 際標準STEP
Standards&Technology, Lawrence
Liver-more National Laboratory等 国 立 研 究 機 関 や The Boeing Company, IBM Corporations等 製 造 業 界,CAD/CAMソ フ ト ウ ェ ア 業 界 や, 地 域 の ジ ョ ブ シ ョ ッ プ 等 多 くの メ ン バ ー か ら構 成 さ れ て い る.
6.STEP-NCの
技 術 的 な チ ャ レ ン ジ
STEPは,す
べ て の 工 業 製 品 を 表 現 で き る
情 報 モ デル を 開 発 し て い る.個 々 の 現 実 の ア イ
テ ム に1つ の オ ブ ジ ェ ク トを割 り当 て る とい う
従 来 の 技 術 で は,モ デ ル が 木 き くな りす ぎ る.
そ こ で,AIMを
用 い てARMを
開 発 す る ζい う2段 階 の
ア プ ロ ー チ を採 用 して い る.こ
の ア プ ロー チ で は,ARM
は,あ
る特 定 の利 用 業 務 に よ り要 求 され た 製 品 の モ デ ル で
あ り,ま た,AIMは
統 合 リ ソー ス に よ っ て 表 現 さ れ た 最
小 構 成 要 素 デ ー タ(最 小 単 位 の モ デ ル素 子)で
あ る.
STEP-NCは よ り 多 く の 概 念 を カ バ ー す る た め,範 囲 が 拡 大 す る.STEP-NCの ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・プ ロ グ ラ ム を 開 発 す る 場 合,以 下 の4点 を 知 っ て お く必 要 が あ る. (1)STEP-NCのARMは,フ ラ イ ス 盤 や 旋 盤 な ど の 機 ゴ械 加 工 や 技 術 情 報 管 理 な どの デ ー タ を,ど
の よ う に モ
デ ル化 す るか.
(2)開
発 者 の シ ス テ ム を使 用 して 部 品 の製 造 を制 御 す る
た め にSTEP-NCARMを
使 用 す る方 法.
(3)STEP-NCのARMを,ど うSTEP-NCのAIMに マ ッ ピ ン グ す る か.(4)STEP-NCのAIMに
よ って 定 義 さ れ た デ ー タ を製 造
命 令 に翻 訳 す る方 法.
図2の 「イ ン テ リ ジ ェ ン ト ・イ ン タ フ ェ ー ス ・(Intelli-gent lnterface.)」 の 目 指 す もの は,EXPRESS-X5)と 呼 ばれ るPart14,お よ び,STEP/XML6)と 呼 ば れ るPart28 と6う2っ の 実 装 標 準 を 使 っ て,STEP-NCを 実 装 す る 際 の 複 雑 さ を 緩 和 す る こ とで あ る.ISO14649で 定 義 さ れ た 構 造 を 有 す る1セ ッ トの オ ブ ジ ェ ク ト をNC制 御 装 置 の プ ロ グ ラ マ に 提 供 す る た め に,ARMをAIMに マ ッ ピ ン グ す る 際 の イ ン テ リ ジ ェ ン ト ・イ ン タ フ ェ ー ス に は, EXPRESS-Xを 使 用 す る.そ の 後,こ れ ら の オ ブ ジ ェ ク ト は,よ り詳 細 なAIM実 体 の 代 わ り に,製 造 工 程 を 制 御 す る た め に 使 用 さ れ る.
統 合 デ ー タ ベ ー ス に デ ー タ を 格 納 す る こ と,お よ び,
NC制
御 装 置 の プ ロ グ ラ マ に簡 単 に 理 解 し処 理 で き る よ う
な オ ブ ジ ェ ク ト を 提 供 す る こ と に よ り,ARMお
よ び
AIMの
利 点 を組 み 合 わせ る こ とが 最 終 目標 とな る7).
STEP/XMLは,オ ブ ジ ェ ク ト を イ ン タ ー ネ ッ ト で 処 理 可 能 な 形 式 に す る 際 に,イ ン テ リ ジ ェ ン ト ・イ ン タ フ ェ ー ス 上 で 使 用 さ れ る.Part 28のContainment Early Binding (CEB)は,ク ラ イ ア ン ト(例 え ばNC制 御 装置)がSimple Object Access Protocol (SOAP)を 使 用 し て,サ ー バ に オ ブ ジ ェ ク トの 配 達 を 要 請 す る こ と を 可 能 図3CEB/SOAP通 信 プ ロ ト コ ル に す る 通 信 プ ロ ト コ ル を 含 む8).図3は,NCア プ リ ケ ー シ ョ ン か ら,SOAPプ ロ ト コ ル を サ ポ ー ト す るApache HTTPサ ー バ へ,2つ の オ ペ レ ー シ ョ ン が 送 ら れ て い る の を 示 し て い る.Operation 1は,ワ ー ク プ ラ ン に つ い て の 情 報 を 求 め る も の で,サ ー バ は ク ラ イ ア ン ト に ワ ー ク プ ラ ン のXML記 述 を 送 る こ と に よ り こ の 要 求 に 応 答 す る. Operation 2は,ツ ー ル の 記 述 を 変 更 す る よ う に サ ー バ に 求 め て い る が,こ の 要 求 は レ ス ポ ン ス を 要 求 し な い.
Super Modelプ ロ ジ ェ ク トで は,Part14お よ びPart 28を 使 っ て,STEP-NC用 の バ ー チ ャ ル ・エ ン タ ー プ ラ イ ズ ・ プ ロ ト コ ル を 確 立 す る こ と が 目 標 に な っ て い る9)10)11).こ の プ ロ ト コ ル で,NCア プ リ ケ ー シ ョ ン か ら 製 造 用 デ ー タ ベ ー ス ・サ ー バ へ 送 れ る よ う な,曖 昧 で な い 一 通 りの オ ペ レ ー シ ョ ン を 定 義 す る 予 定 で あ る .こ の オペ レ ー シ ョ ン は,ク ラ イ ア ン トに,サ ー バ か ら デ ー タ を得 さ せ,技 術 的 な 変 更 を 要 求 す る.こ の オ ペ レ ー シ ョ ン が 曖 昧 で な い の は,STEP-NCデ ー タ ベ ー ス に 対 す る 各 オ ペ レ ー シ ョ ン の 効 果 を, 、マ ッ ピ ン グ が 定 義 す る た め で あ る. 製 造 用 サ ー バ は,統 合CAD/CAMシ ス テ ム か,あ る い は 特 別 な 用 途 の シ ス テ ム に な る で あ ろ う.プ ロ トコ ル を 実 装 す る た め に は,プ ロ トコ ル で 定 義 さ れ たEXPRESS-Xに よ る マ ッ ピ ン グ と 同 じ効 果 の あ る オ ペ レ ー シ ョ ン を 実 装 す る 必 要 が あ る. 7.Super Modelの デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン Super Modelプ ロ ジ ェ ク トの 初 年 度 の 成 果 は,Water-vliet Arsenal(米 国 で 最 古 の 兵 器 製 造 所)に あ るBenet Laboratoriesで2000年11月 に デ モ ン ス ト ン ー シ ョ ン さ
れ た.デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン で は,機 能 設 計 用 にCAD-KEY,生 産 設 計 用 にFBMach,工 程 設 計 用 にEZ-MILL を 使 用 し た.CADKEYは,他 の 多 く のCADシ ス テ ム の 形 状 表 現 を 読 む こ と の で き る,コ ス ト効 率 の よ い 機 械 設 計 CADシ ス テ ム で あ る.FB Machは,エ ネ ル ギ ー 庁 の た め にHoneywellが 開 発 し た,先 進 的 な フ ィ チ ャ ー ベ ー ス の 製 造 支 援 シ ス テ ム で あ る.EZ-MILLは,Bridgeport Controllerを 配 置 し た パ ソ コ ン へ 統 合 さ れ たCAMシ ス テ ム で,制 御 装 置 め 工 具 制 御 パ ス をSTEP-NCデ ー タ か ら ダ イ ナ ミ ッ ク に 生 成 す る た め に使 用 さ れ た.
HARDWICK・LOFFREDO:製 造分野 に進展 する国際標準STEP
図4Super Model初 年 度 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン
2001年1月 に は,General Dynamics LandSystems
が,Super Modelの2回 目 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン を 行
う 予 定 で あ る.彼 ら は,工 程 設 計 用 にEZ-MILLに 替 わ
りVirtual Gibbsを 使 用 し,Lawrence Livermore
Labo-ratoriesお よ びGeneral Motorsに よ っ て 開 発 さ れ た,高
度 なOpen Modular Architecture Controller (OMAC)
に こ れ を 統 合 す る 予 定 で あ る. 図4の ワ ー ク プ ラ ン(Work Plan)・ ジ ェ ネ レ ー タ は, 図2で 示 し た イ ン テ リ ジ ェ ン ト ・イ ン タ フ ェ ー ス で あ る. 初 年 度 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン で は,ワ ー ク プ ラ ン ・ ジ ェ .ネ レ ー タは,Honeywell systemに よ っ て 作 成 さ れ, STEP-NCのAIMデ ー タ か らISO14649の ワ ー ク プ ラ ン を 抽 出 す る た め に 使 用 さ れ た.今 後 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン で は,NC制 御 装 置 がSTEP-NCデ ー タ ベ ー ス へ 問 い 合 わ せ と更 新 情 報 を 送 る こ と が で き る よ う に,ワ ー ク プ ラ ン ・ジ ェ ネ レ ー タ を 拡 張 す る.問 い 合 わ せ で は,適 用 で き る ワ ー ク プ ラ ン を 見 つ け る,選 択 さ れ た プ ラ ン に お け る ワ ー ク ス テ ッ プ を 返 す,オ ペ レ ー シ ョ ン の 前 後 に そ の 部 品 の 形 状 を 示 す,と い っ た 機 能 を 実 行 す る.設 計 変 更 情 報 の 入 力 に よ り,NC制 御 装 置 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン は,オ ペ レ ー シ ョ ン の 実 行 ま た は 削 除,特 性 パ ラ メ ー タ の 変 更,工 具 の 取 り替 え な ど を 含 む,新 し い ワ ー ク プ ラ ン を 作 成 す る. Super Modelプ ロ ジ ェ ク トの 初 年 度 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン は,STEP-NCの ビ ジ ネ ス 面 で の 利 点 を 実 証 す る こ と に 焦 点 を 当 て た.結 果 は 次 の よ う に 要 約 さ れ る. (1)ポ ス ト ・プ ロ セ ッ サ が 不 要 に な る:RS274標 準 は 非 常 に 古 い.長 年 そ れ ぞ れ の ベ ン ダ は,RS274の た め の 互 換 性 の な い 拡 張 機 能 を 開 発 し て き た.STEP-NC は,こ れ に 替 わ り す べ て の ベ ン ダ が 実 装 す る 新 し い 標 準 と な り,ポ ス ト ・プ ロ セ ッ サ を 不 要 に す る こ と に な る で あ ろ う.
(2)CAM工
具 パ ス ・ソ フ トウ ェ ア の 新 た な 市 場 が 出 現
す る:将 来 のNCコ ン トロ 一 ラ はSTEP-NCを 完 全 に 実 装 す る こ と をCAM工 具 パ ス ・ ソ フ ト ウ ェ ア に 要 求 す る で あ ろ う.(3)よ
り効 率 的 な工 程 計 画 が で き る:3Dモ
デ ル に よ る
工 程 計 画 は,2次
元 図 面 に よ る もの よ り35%速
く行 え
る.
(4)よ り信 頼 性 の 高 い 生 産:STEP-NCフ ァ イ ル は そ の 部 品 の 形 状 を 含 ん で い る た め,イ ン テ リ ジ ェ ン ト制 御 装 置 は 部 品 を 破 損 す る オ ペ レ ー シ ョ ン を 停 止 す る こ と .が で き る.(5)よ
り安 全 な 生 産 が 可 能 に な る:STEP-NCフ
ァイ ル
は,備 品,マ
シ ン に要 求 さ れ る能 力,お
よ び オ ペ レー
タ に要 求 さ れ る能 力 に関 す る情 報 を 含 む こ とに な る の
で,イ
ンテ リジ ェ ン ト制 御 装 置 は こ れ ら の 情 報 を使 っ
て安 全 性 を強 化 す る こ とが で き る.
(6)動
的 な最 適 制 御 が 可 能 に な る:イ
ン テ リジ ェ ン ト制
御 装 置 は,STEP-NC情
報 を セ ン サ か ら の フ ィー ド
バ ッ ク と組 み 合 わ せ る こ と に よ り,ダ イ ナ ミ ッ ク に 部
品 の 切 削 を最 適 化 す る こ とが で き る.
プ ロ ジ ェ ク ト の 初 年 度 の 目 標 は,図2で 示 し たSuper Mode1ア ー キ テ ク チ ャ を 証 明 し,以 上 に 述 べ た 利 点 を デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン す る こ と で あ っ た.2年 度 の 目 標 は, STEP-NCが,以 上 に 示 し た 利 点 に 加 え,現 状 の 「Art to Part」 工 程 に 必 要 な 能 力 を す べ て 持 っ て い る と保 証 す る こ と で あ る. 8.結 論現 在,数 値 制 御 マ シ ン はRS274と
呼 ば れ る 言 語 を使 用
して プ ロ グ ラ ム され て い る.こ の 言 語 は30年
以 上 た っ て
お り,NC制
御 装 置 に伝 え られ る情 報 は 範 囲 が 限 定 され て
い る.STEP-NC(ISO
14649)は,製
造 計 画 の 策 定 に 必
要 な 製 造 仕 様 と形 状情 報 を使 っ て,工 程 計 画 を 立 案 す る た
め の 豊 富 な デ ー タ 形 式 を 持 っ て お り,RS
274 Dに 置 き換
わ る もの で あ る.製 造 制 御 装 置 はRS274の
機 能 不 足 の た
め 十 分 に能 力 を発 揮 で きな い で い る.制 御 装 置 はパ ソ コ ン
で あ るた め,CAMや
パ ス計 画 シス テ ム を 内蔵 す る こ とは
可 能 で あ る.し か し,今
日 ま で 制 御 装 置 は,1950年
に 導
入 さ れ たGコ
ー ド,Mコ
ー ドを 読 む た め だ け に使 用 さ れ
て い る.こ れ らの コー ドは,最 終 製 品 に つ い て 十 分 な記 述
を し て い るの で は な く,単 に工 具 パ ス を指 定 して い る だ け
で あ る た め,よ
り速 くよ り効 率 的 に動 か せ る場 合 で も,制
御 装 置 は こ れ を認 識 す る た め に 必 要 な情 報 を 持 っ て い な
い.多 くのCAMベ
ン ダ は,STEP設
計 情 報 を 読 め る よ う
に,シ ス テ ム を拡 張 し て い る と ころ で あ る.CAMシ
ス テ
ム に,製
品 を作 る 方 法 に つ い て 記 述 す るSTEP-NCデ
ー
タ を 書 か せ る こ とが,次
の 進 歩 に な る.こ れ が 実 現 す れ
ば,NC制
御 装 置 はSTEP-NC情
報 を 直 接,あ
る い は 設
計 製 造 デ ー タ ベー ス か ら読 ん で,よ
りイ ンテ リジ ェ ン トに
部 品 を製 造 す る た 珍 に,こ の 情 報 を使 用 す る こ とが で き
精 密 工 学 会 誌Vol.67,No.5,2009 737HARDWICK・LOFFREDO:製 造分野に進展す る国際 標準STEP
る.例 え ば制 御 装 置 は一 つ の 部 品 の 製 作 に 関 し て,ど の 工
具,材
料 お よび 装 置 が使 用 可 能 か デ ー タベ ー ス で チ ェ ッ ク
す る こ とが で き る し,部 品 を作 るた めの 費 用 と所 要 時 間 を
予 測 す る こ と もで き る.可 能 性 は無 限 で あ る.
Super Modelプ
ロ ジ ェ ク トは,STEP-NCが
生 産 の 準
備 に必 要 な時 間 を35%短
縮 で き る こ とを示 した.こ
の短
縮 率 は機 械 加 工 産 業 に,新 た な 制 御 装 置 へ の 設 備 更 新 とイ
ン タ ー ネ ッ ト利 用 を 促 進 す る.NC制
御 装 置 は 基 本 的 に は
パ ソコ ンで あ るが,特
定 機 能 用 の 専 用 ハ ー ドウ ェア を含 ん
で い る.Super
Modelプ
ロ ジ ェ ク トは,イ
ン タ ー ネ ッ ト
上 で 生 産 管 理 サ ー バ と工 作 機 械 制 御 装 置 との 通 信 を可 能 に
す るXMLを
使 用 して,バ
ー チ ャル ・エ ンタ ー プ ラ イ ズ ・
ア ー キ テ ク チ ャ を定 義 した.通 信 に よ り,生 産 工 程 計 画 や
部 品 を作 る の に必 要 な補 助 的 な情 報 を入 手 す る こ とや,そ
の 部 品 を最 適 に製 造 す るの に必 要 な 技 術 的変 更 点 を顧 客 に
通 知 す る こ とが 可 能 に な る.
Super Modelプ ロ ジ ェ ク トの 初 年 度 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン は,デ ー タ の 冗 長 性 や デ ー タ 重 複 な し に,設 計 と製 造 の 間 で デ ー タ を 共 有 す る 方 法 に つ い て 示 し た.こ の 目 的 の た め に,Super Modelプ ロ ジ ェ ク ト は,多 数 のSTEP ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・ プ ロ ト コ ル に よ り 定 義 さ れ た デ ー タ ベ ー ス を 実 装 す る 必 要 が あつた .今 後 数 年 でSuper Modelデ ー タ ベ ー ス は 拡 張 さ れ,よ り 多 く の ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・プ ロ トコ ル 間 で デ ー タ を 共 有 す る こ と が で き る よ う に な る で あ ろ う.最 終 的 な 目標 は,ラ イ フ サ イ ク ル を と お し て,製 造 仕 様 や,設 計 時 の 要 求 仕 様 や 設 計 意 図 を た ど れ る よ う,す べ て の 製 品 デ ー タ を 知 識 と し て 共 有 で き る枠 組 み の 中 で 管 理 で き る よ う に す る こ と で あ る.参
考
文
献
1) ISO 14649-1, 2000, Industrial Automation Systems and Inte-gration-Physical Device Control-Part 1, Overview and Fundamental Principles, International Standards
Organiza-tion, Geneva, Switzerland.
2) ISO 10303-11, 1994, Industrial Automation Systems-Prod-uct Data Representation and Exchange-Part 11, Descrip-tion Methods : The EXPRESS Language Reference Manual, International Standards Organization , Geneva, Switzerland. 3) S. Brunnermeier and S. Martin, RTI Project Number 7007
-03 : Research Triangle Institute
, Center for Economic Research, Research Triangle Park, NC 27709, 3 (1999). 4) M. Weyrich, B. Rommel, H. Siegmar and P. Muller : First
Prototype of a NC Controller based on STEP-NC, Comput. Aided Design J., in review.
5) ISO 10303-14, 2000, Industrial Automation
Systems-Prod-uct Data Representation
and Exchange-Part
14,
Descrip-tion Methods : The EXPRESS-X Language Reference
Man-ual, International Standards Organization, Geneva,
Switzer-land.
6) ISO 10303-28, 2000, Industrial Automation Systems -Product Data Representation and Exchange-Part 28
, Implementation Methods : XML Representation of
EXPRESS data, International Standards Organization, Geneva, Switzerland.
7) D. Spooner and M. Hardwick : The Roles for Views in
Exchange
of Product Data, IEEE Comput. Graph. Appl .,
IEEE Comput. Soc Press, 9/10 (1997).
8) Simple Object Access Protocol (SOAP) 1.1, W3C Note 08,
http : //www.w3.org/TR/SOAP/
9) M. Hardwick, T. Rando, K. Morris, P. Denno and D . Spooner : Lessons Learned Developing Protocols for the Industrial Virtual Enterprise, J. Computer-Aided Des
(CAD) 2 (2000).
10) M. Hardwick, D. Spooner, T. Rando and K. Morris :
Shar-ing ManufacturShar-ing
Information
between
Heterogeneous
Corporations,
Commun. ACM, 39, 2 (1996).
11) M. Hardwick, D. Spooner, T. Rando and K. Morris : Data
Protocols for the Industrial Virtual Enterprise, IEEE
Inter-net Comput. Vol. 1, 1, January/February
(1997).
関連 ウ ェブ ・サ イ ト
(1) STEP-NC
www.steptools.com/library/stepnc
(2) STEPに よ る相 互 運 用 性 の 成 功 事 例(Boeing) http://www.mel.nist.gov/msid/sima/daratech (3) 技 術 者 の た め のSTEP用 語 お よ び 略 語 辞 典 http://pdesinc.aticorp.org/Glossary.htm(4) PDES, Inc.
http://pdesinc.scra.org
(5) Lockheed MartinのSTEP実 装 に 関 す る ニ ュ ー ス http://www.mel.nist.gov/msid/98whatsn/3-4-98 .htm (6) 自 動 車 産 業 に お け る 相 互 運 用 性 欠 如 に よ る 損 害 の 研 究 http://www.mel.nist.gov/div826/msid/sima/990vwvis(7) 「STEP the Grand Experience」 出 版 http://www.mel.nist.gov/msid/99whatsn/10-1-99.htm (8) STEP実 装 の 原 理[PDF] http://www.steptools.com (9) STEP•î•ñ http://www.nist.gov/srd/astm/astm-ym/tsldOl6.htm http://www.nist.gov/sc4
