現代の製造施設では、プロセス間の同期化と、設備と工場のホストシステム間のシームレスな連携が求められています。SEMI規格、特に SECS/GEM SECS/GEM （SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model）規格群は、 半導体 製造における自動化の基盤となっており、これら各要素間の通信プロトコルを標準化しています。本記事ではGEM GEM 規格について 始めに5回シリーズの 5回シリーズの を開始する さまざまな GEMの GEMの。
GEM標準とは何ですか？
GEMとは、製造装置と工場のホストコンピュータシステム間の通信を規定する一連のSEMI規格を指します。メッセージ層規格であるSEMI E5 SECS-IIは、汎用的なメッセージ構造と、自動化機能を実装する広範なメッセージライブラリを定義しています。 プロトコル層規格であるSEMI E37 High-Speed Message Service (HSMS)は、TCP/IPを使用してSECS-IIメッセージを転送するためのバイナリ構造を定義しています。SEMI E30 GEMは、SECS-IIメッセージのサブセットに対する最低限の要件、追加（オプション）機能、ユースケース、およびユーザーシナリオを定義しています。
GEMは装置に実装され、工場が指令・制御機能にアクセスするために使用される。成熟した業界標準であるため、GEM準拠のホストソフトウェアはあらゆるGEM準拠装置と通信可能である。装置に完全に実装された場合、この標準により工場ソフトウェアはGEMインターフェースを介して装置を完全に制御・監視できる。これらの標準は装置メーカーと工場双方に数多くの利点をもたらし、そのいくつかは本稿および今後の記事で取り上げる。
GEMの利点
- 強化された相互運用性：GEMは、メーカーを問わず、多様な工場ホストと多種多様な機器タイプ間のシームレスな統合を実現します。
- データ透明性：GEMは、機器からホストシステムへ直接重要なデータを送信することで、リアルタイム監視と分析をサポートします。
- コスト削減：GEMインターフェースによりカスタム統合ソリューションが不要となり、工場と設備メーカー双方のエンジニアリングコストを大幅に削減します。
- スケーラビリティ：単純なデバイスから高度に複雑な装置まで、GEMは様々な複雑さのレベルに適応します。
- 幅広い産業での採用実績：GEMは半導体、太陽電池、プリント基板、フラットパネルディスプレイなど、複数のハイテク製造産業で広く採用されています。
GEM制御状態モデルのご紹介
GEM制御状態モデルは、GEM運用フレームワークの重要な構成要素である。これはホストシステムと機器間の連携レベルを規定し、異なる制御レベルにおける相互作用を定義する。この体系的なアプローチにより競合が防止され、いかなる時点においても認可されたエンティティのみが機器を指揮・制御できることが保証される。
GEM制御状態モデルには3つの主要な制御レベルがあり、それぞれがホストシステムとオペレータの相互作用に対する固有の権限と制限を規定している：リモート制御、ローカル制御、およびオフライン制御。
リモコン
リモート制御機能により、ホスト制御が最優先され、ホストが機器の動作を完全に監視・指揮することが可能となります。現場オペレーターの機器操作は最小限に抑えられ、設定構成に基づき厳格に制限されます。START、STOP、PAUSEなどの主要コマンドは、GEMリモートコマンドを用いてホストから遠隔で発行され、精密な機器制御を実現します。
ローカル制御
ローカル制御下では、オペレーターが装置の主要な制御権を保持し、安全上または運用上の理由から必要に応じてホストの命令を上書きする能力を確保します。ホストは状態読み取り値、トレースデータ、イベント通知などの情報を収集できますが、稼働中の装置プロセスに影響を与える重要な命令を実行する能力は持ちません。ローカル制御中は、ジョブの開始や停止を含む物理的な操作をホストが開始できないよう制限が設けられています。
オフライン制御
オフライン制御下では、オペレーターが完全な制御権を保持し、ホストシステムは実質的に操作から締め出される。ホストの機能は大幅に制限され、主に基本通信の確立、またはオペレーターが開始した際のオンライン状態への復帰に限定される。
これらの制御レベルの分離は、運転の安全性を確保し、プラント、製品、または人員に危害をもたらす可能性のある競合を回避します。
統制国家モデルの作動原理
GEM制御状態モデルの中核機能は、その状態遷移マシンであり、システムが制御レベル間で移行する方法を規定する。
- オペレータガバナンス：オペレータは状態遷移に対する優れた制御権を持ち、現場での作業を保護し、運転安全を確保する。ホストが制御状態の変更を要求することは可能だが、最終決定権は往々にしてオペレータにある。
- 状態表示と制御：装置は常に現在の制御状態を操作者に表示しなければならない。明確に視認可能な制御状態表示は、現場のユーザーに装置の動作状態を知らせる上で基本となる。
- 制御スイッチの実装：装置には、制御レベルを切り替えるための物理的またはソフトウェアベースのスイッチを装備しなければならない。これらのスイッチには、ハードウェアボタンや、長期運用設定のための永続的に保存されたソフトウェア構成が含まれる場合がある。
- 条件付き遷移：ホストオフラインからオンラインへの移行など、一部の状態遷移は条件付きであり、特定の事前定義された機器設定に基づいて構成できます。
高精度と明確な業務権限に依存する工場向けに、本モデルは多様な生産シナリオに適応可能な堅牢なフレームワークを提供する。
では、GEM制御状態モデルの主な利点は何でしょうか？
紛争解決
このフレームワークは、どのエンティティ（ホストまたはオペレーター）が各時点で制御権を持つかを明確に決定することで曖昧さを排除します。これにより、同時コマンド入力から生じうる操作上の競合を防止します。
強化された安全性
現地オペレーターの制御を優先させることで、本モデルは緊急時や安全でない操作が発生した場合に迅速な介入を可能とする。
業務効率
ホストは制御および通信パラメータを事前定義でき、コマンドフローを効率化し、セットアップ時間を短縮します。
柔軟性とカスタマイズ性
スイッチベースの遷移と設定可能な条件付き状態により、製造業者は設備固有または工場レベルの運用要件に基づいて制御状態モデルをカスタマイズできます。
スマート製造における重要な側面
GEM制御状態モデルは、効率的な運用を維持しつつ、オペレーターとホストシステム間の権限バランスを調整することで、製造の自動化を強化します。さらに、このモデルは、GEM300規格ファミリーにおける自動化コンセプトなど、より高度なスマートマニュファクチャリング基準を実装するために必要な基盤を形成します。
GEMと共に前進する
設備の通信と制御において、拡張性・コスト効率・適応性に優れたソリューションを求める工場にとって、GEM規格は明確な選択肢です。自動化製造への新規参入であれ、レガシーシステムの更新であれ、GEMの導入は業務の効率性と安全性を維持し、将来の課題に備えた体制を構築します。