はじめに：生産現場の課題とAI制御の可能性
現代の製造業や各種生産現場では、常に効率化と品質向上が求められています。しかし、熟練技術者の不足、複雑化する生産プロセス、そして予期せぬトラブルへの対応など、多くの課題に直面しています。特に、設備を動かす「制御」の分野では、長らく「PID制御」と呼ばれる技術が主流でした。PID制御はシンプルで汎用性が高い一方で、より複雑な状況や、未来の予測に基づいた最適な制御を行うことには限界がありました。
このような背景から、近年注目されているのが「AI制御」です。AI（人工知能）の力を活用することで、これまでの制御では難しかった高度な最適化や、変化への柔軟な対応が可能になると期待されています。しかし、「AI」と聞くと、専門的な知識やプログラミングが必要で、導入のハードルが高いと感じる方も少なくないでしょう。
Proxima Technologyが開発した独自の制御AIプロダクト「E-Smart MPC™」は、まさにこの課題を解決するために生まれました。そしてこの度、そのユーザーインターフェース（GUI）が大幅にアップデートされ、AIや制御の専門知識がない方でも、より手軽に高度なAI制御を導入・運用できるようになりました。本記事では、この画期的なプロダクト「E-Smart MPC™」が、どのように生産技術の未来を拓くのかを、AI初心者にもわかりやすい言葉で詳しくご紹介します。
「E-Smart MPC™」とは？生産技術を変革する制御AIの核心
「E-Smart MPC™」は、Proxima Technologyが独自に開発した「Smart MPC®」という最適制御AIを、実際の制御盤に組み込みやすい形にしたプロダクトです。このSmart MPC®は、「モデル予測制御」という高度な制御技術と「機械学習」というAI技術を組み合わせることで、これまでの制御の常識を覆す新しいソリューションを提供します。
モデル予測制御と機械学習の融合
モデル予測制御（MPC: Model Predictive Control）とは、制御対象の「未来」の状態を予測し、その予測に基づいて最適な操作量を決定する制御手法です。例えば、お風呂の温度を一定に保つ場合、PID制御は現在の温度と目標温度の差だけを見てヒーターの出力を調整します。これに対し、モデル予測制御は、ヒーターをどのくらい動かせば、数分後にどのくらいの温度になるかを予測し、目標温度に最も早く、かつ安定して到達できるような最適なヒーターの動かし方を計算するイメージです。
Smart MPC®は、このモデル予測制御に機械学習の能力を加えています。機械学習とは、データからパターンやルールを自動的に学習するAIの一種です。Smart MPC®は、実際に設備を動かした体験（データ）から、その設備の特性や最適な操作方法を自ら学習し、より賢く、より効率的な制御を実現します。これにより、従来のPID制御では難しかった、複雑なシステムや、時間遅れ（むだ時間）があるシステムでも、非常に高い精度で安定した制御が可能になります。
PID制御との決定的な違いと強化学習との比較
従来のPID制御が「現在の状態」と「目標」の差に基づいて操作量を決定するのに対し、Smart MPC®は「未来の状態」を予測して「最適な操作」を決定します。この「未来予測」と「最適化」の能力が、Smart MPC®の最大の強みです。
また、AI制御の中には「強化学習」と呼ばれる技術もあります。強化学習は、試行錯誤を通じて最適な行動を学習する強力なAIですが、実用化には膨大な試行回数が必要だったり、学習が不安定になるケースがあったりする課題も存在します。Smart MPC®は、モデル予測制御をベースにすることで、強化学習よりも少ないデータで安定して学習し、すぐに実用できるレベルの性能を発揮できるのが特徴です。
革新的なGUIアップデート：ノーコードで実現する次世代の生産効率化
今回の「E-Smart MPC™」の最も大きなアップデートは、ユーザーインターフェース（GUI: Graphical User Interface）機能の大幅な強化です。これにより、ユーザーは完全にGUIのみの操作、つまり「ノーコード」で、AI制御の導入から運用までを行えるようになりました。
ノーコードがもたらすメリット
「ノーコード」とは、プログラミング言語を書くことなく、視覚的な操作（マウスでのクリックやドラッグ＆ドロップなど）だけでソフトウェアやシステムを開発・設定できることを指します。E-Smart MPC™におけるノーコードGUIのメリットは計り知れません。
- 専門知識が不要: AIや制御工学、プログラミングに関する高度な専門知識がなくても、直感的な操作で設定が可能です。これにより、これまでAI導入を躊躇していた企業や、現場の技術者でも手軽にAI制御を導入できるようになります。
- 導入障壁の低減: 専門家を雇ったり、複雑なシステム開発を行ったりする必要がなくなるため、初期投資や導入にかかる時間、手間を大幅に削減できます。
- 開発期間の短縮: 従来の制御システムの開発や調整には数週間から数ヶ月かかることも珍しくありませんでしたが、ノーコードGUIを使えば、はるかに短期間でAI制御を立ち上げ、稼働させることができます。
- コスト削減: 専門家への依頼費用や開発コストを抑えることができ、AI制御導入の費用対効果を高めます。
- 現場での柔軟な対応: 現場の担当者が直接設定や調整を行えるため、生産状況の変化や新たな要件に対して、迅速かつ柔軟に対応できるようになります。
このアップデートにより、E-Smart MPC™は、まさに「生産技術のゲームチェンジャー」として、より多くの生産現場でAI制御の恩恵をもたらす可能性を秘めています。導入の敷居が下がることで、中小企業から大企業まで、幅広い規模の工場や設備で、手軽に高度な最適制御AIを活用できるようになるでしょう。
セットアップと制御実演のデモ動画
Proxima Technologyは、E-Smart MPC™のセットアップから制御実演までをわずか2分弱で紹介するデモ動画を公開しています。この動画では、3つの温度計と3つのヒーターがついた装置（多入力多出力系）をE-Smart MPC™と接続し、実際に制御を行っている様子が確認できます。専門知識がなくても、いかに簡単にAI制御が実現できるかを視覚的に理解できるため、導入を検討する上で非常に参考になるでしょう。
「Smart MPC®」がもたらす具体的なメリット：生産現場を変える5つの特徴
Smart MPC®は、その独自の技術によって、従来の制御システムが抱えていた様々な課題を解決し、生産現場に具体的なメリットをもたらします。ここでは、その主要な5つの特徴について詳しく見ていきましょう。
1. むだ時間に強い（遅延があっても大丈夫）
生産設備では、操作を行ってからその結果が表れるまでに時間差が生じることがよくあります。これを「むだ時間（デッドタイム）」と呼びます。例えば、ヒーターのスイッチを入れても、すぐに温度が上がるわけではなく、少し時間がかかってから変化し始めます。従来の制御では、このむだ時間があると、制御が不安定になったり、ハンチング（目標値の周りを上下に振動する現象）が起きやすくなったりする問題がありました。
Smart MPC®は、未来の状態を予測する能力があるため、このむだ時間の影響を考慮に入れた上で、最適な操作を先回りして行うことができます。これにより、遅延があるシステムでも安定した制御が可能となり、過剰な操作を防ぎながら、素早く目標値に到達させることが可能になります。
2. 学習が早く、安定している
AIを実用化する上で重要なのが、効率的な学習能力です。Smart MPC®は、モデル予測制御と機械学習の組み合わせにより、非常に少ないデータ量でも効率的に学習を行い、しかもその学習結果が安定しているという特徴を持っています。これは、実稼働中の設備で大量のデータを収集する手間を省き、短期間での導入・運用を可能にします。
また、一度学習したモデルは安定して動作するため、頻繁なパラメータ調整の手間がほとんどありません。これにより、運用にかかる負担が軽減され、現場の担当者はより本来の業務に集中できるようになります。
3. 計算量が小さい
AI制御と聞くと、高性能なコンピューターが必要だと思われがちですが、Smart MPC®は非常に軽量な計算量で動作します。Proxima Technologyによると、制御対象によっては、Raspberry Piのような小型で安価なコンピューターのCPUでも十分に動作するほどだと言います。これは、以下の点で大きなメリットとなります。
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エッジAIとしての可能性: 現場の制御盤や機器に直接組み込む「エッジAI」としての運用が可能になります。これにより、クラウドへのデータ送信にかかる遅延をなくし、リアルタイムでの制御を実現できます。
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導入コストの抑制: 高価な高性能サーバーを導入する必要がなく、システム全体のコストを抑えることができます。
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省エネルギー: 消費電力が少ないため、運用コストの削減にも貢献します。
4. MIMO（多入力多出力）系や拘束条件が扱える
実際の生産設備は、複数の入力（例：複数のヒーター）と複数の出力（例：複数のセンサーで測定される温度）が複雑に絡み合う「多入力多出力（MIMO: Multiple-Input Multiple-Output）系」であることがほとんどです。また、「温度は〇〇℃を超えてはならない」「バルブは全開か全閉のどちらか」といった「拘束条件」も多く存在します。
Smart MPC®は、これらの複雑なMIMO系システムや、様々な拘束条件を考慮に入れた上で、最適な制御を行うことができます。これにより、より現実に即した、安全で効率的な制御を実現し、設備の性能を最大限に引き出すことが可能になります。
5. 最適化ができる
Smart MPC®の最大の強みの一つは「最適化」能力です。単に目標値に到達させるだけでなく、「最もエネルギー消費を抑えて目標温度にする」「最も早く目標値に到達させる」「最も品質の良い製品を作る」といった、特定の目的（目的関数）に基づいて、最適な操作量を計算し実行することができます。
この最適化能力により、企業は省エネルギー、品質向上、生産速度の最大化など、様々な経営目標に直結するメリットを享受できます。例えば、化学プラントで製品の収率を最大化したり、空調システムで消費電力を最小化しながら快適な温度を維持したりするなど、多岐にわたる応用が期待されます。
広がる可能性：多様な産業分野で活躍する「Smart MPC®」
Smart MPC®は、その汎用性の高さから、特定の業界や設備に限定されず、非常に幅広い分野での応用が可能です。Proxima Technologyは、以下のような分野での活用を見込んでいます。
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工場設備: 炉やリアクター、空調システム、クレーン、圧延機、射出成形機など、製造業における多種多様な設備の制御に利用できます。これにより、生産ライン全体の効率化、品質の安定化、エネルギーコストの削減に貢献します。
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精密機器・通信機器・蓄電池: 高度な精度が求められる精密機器の制御や、通信機器の安定稼働、蓄電池の充放電管理など、最先端技術分野での応用も期待されます。
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ロボット: 脚付きロボットやヒューマノイド、産業用ロボットなど、様々なタイプのロボットの動作制御に応用することで、より滑らかで効率的、かつ安全な動作を実現します。
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モビリティ: 自動車の自動運転システム、航空機、ドローン、船舶など、次世代のモビリティ分野における高度な制御にもSmart MPC®の技術が活用されるでしょう。特に、複雑な環境下での安定した運行や、燃費の最適化などに貢献する可能性を秘めています。
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航空宇宙: ロケットや人工衛星といった、極めて高い信頼性と精度が求められる航空宇宙分野での制御にも、その真価を発揮することが期待されています。
これらの幅広い応用範囲は、Smart MPC®が持つ、制御対象を選ばない柔軟性と高い性能を物語っています。どのような複雑なシステムや、厳しい制約条件がある環境下でも、最適な制御を実現することで、各産業の発展に大きく貢献するでしょう。
Proxima Technologyについて
株式会社 Proxima Technologyは、独自の制御AI技術を通じて、生産技術の革新を目指す企業です。
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住所: 〒110-0005 東京都台東区上野5-24-16 KDX御徒町 6F
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代表者: 代表取締役 深津 卓弥
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詳細はこちら: https://proxima-ai-tech.com/products/e-smart_mpc.html
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連絡先: sales@proxima-ai-tech.com
まとめ：生産技術の未来を拓く「E-Smart MPC™」
Proxima Technologyが提供する制御AIプロダクト「E-Smart MPC™」は、今回のリッチなGUIアップデートにより、AI初心者でも手軽にモデル予測制御を実現できる画期的なソリューションとなりました。ノーコードでの導入・運用が可能になったことで、AI制御の導入障壁が大幅に下がり、より多くの生産現場でその恩恵を享受できるようになります。
Smart MPC®が持つ「むだ時間に強い」「学習が早く安定している」「計算量が小さい」「多入力多出力系や拘束条件を扱える」「最適化ができる」といった特徴は、従来の制御システムでは解決が難しかった多くの課題を克服し、生産効率の向上、品質の安定化、コスト削減、そして省エネルギーといった具体的なメリットをもたらします。工場設備からモビリティ、さらには航空宇宙分野に至るまで、その応用範囲は無限大です。
「E-Smart MPC™」は、まさに生産技術の未来を切り拓くゲームチェンジャーとして、持続可能で効率的な社会の実現に貢献していくことでしょう。AIを活用した次世代の生産効率化に興味をお持ちの方は、ぜひ詳細をご確認ください。
