本ページでは、TPCA / PCN 状態遷移前制御体系で使用する主要用語を整理する。公開資料、適用事例、協業時の技術説明、関連技術文書における共通定義として使用する。

TPCA / PCN の基本命題は、次のとおりである。

明確な目標状態入口は、それ自体を独立して設計・判定・制御・記録できるエンジニアリング対象として扱う。

TPCA / PCN と既存の産業オートメーション技術や制御機構との関係については、以下を参照。

TPCA / PCN と既存の産業オートメーション技術・工学手法との関係

主要用語一覧

用語日本語名称基本的な役割
TPCA状態遷移前制御アーキテクチャ明確な目標状態入口を対象とする前制御の全体アーキテクチャ
PCN前制御ノード具体的な目標状態入口の直前に配置される前制御ノード
Current State現在状態システムが現在置かれている状態、段階、経路上の位置
Target State目標状態システムが次に移行しようとする状態、目標実行経路、目標物理実行段階
Target State Entry目標状態入口現在状態から目標状態へ移行する際に前判定を行う工程上の位置
C（Condition）条件状態目標状態への移行に必要な対象、データ、タスク、パラメータなどの事実条件が成立しているかを表す
A（Authority）許可状態安全、権限、資源、上位システム、人工確認などにより、目標状態への移行が許可されているかを表す
E（Execution Chain）実行チェーン状態目標状態への移行後、関連する実行チェーンを継続できるかを表す
S（Structure）構造完全性必要な信号、インターフェース、対応関係、許可元、実行チェーン境界などの工程構造が成立しているかを判定する
D（Dynamics）動的時系列有効性関連状態を現在時点の判定根拠として使用できるかを判定する
B（Boundary）制御境界関連状態が現在の目標状態入口に対して定義された工程上の境界内にあるかを判定する
CAE-SDB構造化判定ロジックC / A / E の状態変数領域と S / D / B の判定特性を組み合わせて分析する
CAE-SDB ResultCAE-SDB 判定結果一回の前判定から形成される一つまたは複数の構造化判定結果
T時間情報状態・判定とともに保持し、時系列関係、動的判定、PCN Trace に使用する
Arbitration制御優先度調停判定結果、重要許可、制御制約に基づいて制御優先関係と後続の制御方向を決定する
Multipath Control複数経路制御制御優先度調停の結果に基づき、現在の目標状態入口に対する制御経路を決定する
PCN TracePCN 状態遷移判定履歴一回の目標状態入口に関する入力、判定、時間情報、制御、実行結果を関連付けて記録する
PCN RuntimePCN ランタイムPCN のオンライン実行を担う運転部分
PCN NetworkPCN ネットワーク複数の PCN が実際の状態遷移関係や工程上の依存関係によって接続された前制御ネットワーク

TPCA / PCN の基本的な工程関係は、次のとおりである。

① 現在状態を確認
② 目標状態と目標状態入口を特定
③ PCN が関連状態を取得し、C / A / E 状態マッピングを実施
④ S / D / B 判定から CAE-SDB 判定結果と時間情報を形成
⑤ 制御優先度調停
⑥ 複数経路制御
⑦ 目標状態入口に対する制御を適用
⑧ 選択された制御経路を実行し、実行結果を取得
⑨ PCN Trace に入力・判定・制御・実行結果を関連付けて記録

PCN ランタイムは、この一連の処理を実システム上で実行する。複数の PCN が、それぞれの目標状態入口と状態遷移関係によって接続されると、PCN ネットワークを構成する。

現在状態、目標状態、目標状態入口

現在状態（Current State） は、状態遷移前にシステムが置かれている状態、段階、または経路上の位置を表す。

目標状態（Target State） は、システムが次に移行しようとする状態、実行経路、または物理的な実行段階を表す。

目標状態入口（Target State Entry） は、現在状態から目標状態へ移行する際に、前判定を行う工程上の位置を表す。

TPCA / PCN は、明確な目標状態入口を基準として、関連状態、前判定、制御結果、および状態遷移判定履歴を整理する。

前制御

前制御とは、システムが目標状態、目標実行経路、または目標物理実行段階へ移行する前に、関連する複数の状態を構造化して判定し、その結果に基づいて移行可否と制御経路を決定することである。

前制御で扱う主な内容は次のとおりである。

  • 条件が成立しているか
  • 必要な許可が成立しているか
  • 実行チェーンが継続可能か
  • 判定に必要な構造が整っているか
  • 関連状態が動的・時系列的に有効か
  • 関連状態があらかじめ定義された制御境界内にあるか
  • 複数の判定結果をどのように制御仲裁するか
  • 現在の目標状態入口に対して、どの制御経路を適用するか

前制御は目標状態への移行前に行うものであり、動作失敗後の事後診断やアラーム分類とは工程上の位置が異なる。

TPCA

英文：Transition Pre-Control Architecture
日本語：状態遷移前制御アーキテクチャ

TPCA は、明確な目標状態入口を対象とする状態遷移前制御の全体アーキテクチャである。

TPCA は、設備、制御システム、MES / WCS、安全システム、人的確認などに分散する関連状態を、同一の目標状態入口に対する前判定、制御出力、判定履歴として整理する。

主な構成要素は、現在状態、目標状態、目標状態入口、PCN、C / A / E 状態マッピング、S / D / B 判定、CAE-SDB 判定結果、制御仲裁、複数経路制御、実行結果、PCN Trace である。

PCN执行示意动图
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PCN执行示意动图多源设备与系统信号进入 PCN，在 PCN 内部映射为 C、A、E 三个变量域， 再通过 S、D、B 三类判定性质形成九个 CAE-SDB 判定坐标。 一个或多个判定坐标被触发后进入 Arbitration，并选择相应执行路径。 示例先触发 E-D，进入 Wait / Refresh；状态刷新后重新判定，进入正常执行链并到达 Target State。多源设备 / 系统信号PCN：CAE-SDB 判定执行路径 / Target StateVision_ResultWork_Order / TaskSafety_PermitQuality_ReleaseRobot_ReadyDownstream_AvailablePCNPre-Control NodeC / A / E MappingCConditionAAuthorityEExecution ChainVision / Work OrderSafety / QualityRobot / DownstreamCAE × SDBDomainSDBCAEC-SC-DC-BA-SA-DA-BE-SE-DE-BActive result set: noneCAE-SDB ResultE-DDownstream state not refreshedArbitrationWait / RefreshWait / RefreshRecheckManual ConfirmProhibitNormal Execution ChainTarget execution pathTarget StateNot EnteredPCN Trace #0001271st: E-D → Wait / RefreshState refreshedDownstream_Available = valid
多源信号准备进入 PCN

示意：PCN 将多源状态映射到 C / A / E，并从 S / D / B 三类性质形成 9 个判定坐标。 一个或多个判定坐标被触发后，经 Arbitration 选择相应执行路径；正常执行链成立时进入 Target State。

PCN

英文：Pre-Control Node
日本語：前制御ノード

PCN は、明確な目標状態入口の直前に配置される、TPCA の制御ノードである。

一つの PCN は一つの目標状態入口を担当し、関連状態の取得、状態マッピング、構造化判定、制御仲裁、複数経路制御を行い、その結果を状態遷移判定履歴として記録する。

PCN ランタイム

英文：PCN Runtime
日本語：PCN ランタイム

PCN ランタイムは、PCN のオンライン実行を担う運転部分である。

PCN ネットワーク

英文：PCN Network
日本語：PCN ネットワーク

PCN ネットワークは、複数の PCN を実際の状態遷移関係および工程上の依存関係に基づいて接続した状態遷移前制御ネットワークである。

詳細は以下を参照。

複数の PCN はどのように状態遷移前制御ネットワークを形成するのか？

複数ソースの状態情報

複数ソースの状態情報は、現在の目標状態入口に直接関係する入力情報である。

情報源には、PLC、ロボット、画像認識、安全システム、MES / WCS、センサ、上位システム、人工確認などが含まれる。

PCN は、各状態を現在の目標状態入口における工程上の役割に基づいて C / A / E へマッピングする。

CAE-SDB

CAE-SDB は、PCN 内部で使用する構造化判定ロジックである。

基本構造は次のとおりである。

{C, A, E} × {S, D, B}

  • C / A / E は、各状態が目標状態入口に対して担う機能役割を表す。

  • S / D / B は、それらの状態に適用する判定性質を表す。

二つの軸を組み合わせると、次の9つの判定座標が形成される。

SDB
CC-SC-DC-B
AA-SA-DA-B
EE-SE-DE-B

一回の前判定では、一つまたは複数の CAE-SDB 判定結果を形成し、必要な時間情報 T を保持する。

C：Condition

日本語：条件状態

C は、目標状態へ移行するために必要な事実条件が成立しているかを表す。

代表的な内容には、次のものがある。

  • ワークの存在
  • 位置・姿勢
  • 画像認識結果
  • タスクの存在
  • パラメータ
  • 前段階の完了状態
  • 製品・ロット情報
  • 対象物と関連結果の対応関係

A：Authority

日本語：許可状態

A は、システムが目標状態へ移行することを許可されているかを表す。

代表的な内容には、次のものがある。

  • 安全許可
  • 上位システムからの許可
  • 区域許可
  • 人工確認
  • 権限・認可
  • 資源ロック
  • 相手機器からの許可

重要な A は、独立した必要条件として扱う。

E：Execution Chain

日本語：実行チェーン状態

E は、現在の目標状態入口に対応する実行チェーンが、目標状態への移行後も継続可能かを表す。

E には、現在の目標状態入口に関係する次のような要素が含まれる。

  • 本体設備
  • エンドエフェクタ
  • 下流受入
  • 通常実行経路
  • 代替経路
  • 返送経路
  • 戻し経路
  • 異常排出経路
  • 結果送信・書き戻し経路
  • 相手機器の受入状態

E は、目標状態への移行後に、当該入口に対応する実行チェーンを継続できるかを判断するために用いる。

S：Structure

日本語：構造完全性

S は、現在の目標状態入口の判定に必要な工程構造が成立しているかを表す。

代表的な内容には、次のものがある。

  • 必要な信号
  • インターフェース
  • 対応関係
  • 許可元
  • 実行チェーン境界
  • 状態の観測可否
  • 対象物と状態の関連付け

S は、今回の状態遷移判定に必要な工程構造が成立しているかを判断するために用いる。

D：Dynamics

日本語：動的時系列有効性

D は、関連状態が現在の判定時点において有効な時系列関係を保っているかを表す。

代表的な内容には、次のものがある。

  • タイムアウトまたは未更新
  • 遅延または非同期
  • チャタリングまたは状態切替中
  • バージョン、シーケンス、対象物の不一致
  • 許可撤回

D は、関連状態を現在時点における本目標状態入口の有効な判定根拠として使用できるかを判断するために用いる。

B：Boundary

日本語：制御境界

B は、関連状態が現在の目標状態入口であらかじめ定義された工程上の境界内にあるかを表す。

代表的な判定内容には、次のものがある。

  • パラメータの許容範囲
  • 位置・寸法偏差
  • 信頼度
  • 資源・バッファ容量
  • 待機時間または継続時間
  • 再試行回数または繰返し回数
  • 人工確認や一時許可の適用範囲

B は、関連状態が本目標状態入口で許容される工程上の境界内にあるかを判断するために用いる。

CAE-SDB 判定結果

英文：CAE-SDB Result
日本語：CAE-SDB 判定結果

CAE-SDB 判定結果は、C / A / E の状態に対して S / D / B 判定を行い、構造化した判定結果である。

たとえば、

C-D

は、条件状態に動的時系列有効性の問題があることを表す。

E-S

は、実行チェーン状態に構造完全性の問題があることを表す。

一回の前判定では、一つまたは複数の CAE-SDB 判定結果を形成し、必要な時間情報 T を保持する。

時間情報 T

T は、状態および CAE-SDB 判定結果とともに保持する時間情報である。

T には、タイムスタンプ、更新時刻、イベント時刻、シーケンス時刻、ロット時刻などを使用できる。

T は、状態や判定の時間的位置、状態間の前後関係、動的時系列有効性の確認、および PCN Trace の記録に使用する。

TPCA の実運転では、過去と同じ状態タイプであっても、発生時刻が異なれば別の状態インスタンスとして扱う。

詳細は以下を参照。

TPCA における状態インスタンスの一方向性——状態タイプの循環と実運転履歴の違い

制御優先度調停

英文：Arbitration
日本語：制御優先度調停

制御優先度調停は、一つまたは複数の CAE-SDB 判定結果、重要許可、制御制約に基づいて、現在の目標状態入口に対する制御優先関係と後続の制御方向を決定する処理である。

複数の判定結果が存在する場合は、あらかじめ定義された制御制約に基づいて処理する。

制御優先度調停の結果は、複数経路制御に反映する。

複数経路制御

英文：Multipath Control
日本語：複数経路制御

複数経路制御は、制御優先度調停の結果に基づいて形成する、現在の目標状態入口に対する制御出力である。

代表的な制御経路には、次のものがある。

  • 進入許可
  • 待機
  • 再確認
  • 再試行
  • 再認識
  • 再取得
  • 再位置決め
  • 返送
  • 戻し
  • 異常分岐
  • 下流連携
  • 資源解放
  • 縮退実行
  • 代替経路
  • 進入禁止
  • 安全ロック
  • 人工確認
  • 異常隔離
  • 詳細記録

複数経路制御は、現在の明確な目標状態入口に対して形成する。

別の目標状態または実行経路を選択する場合は、その経路に対応する目標状態入口であらためて前判定を行う。

PCN Trace

日本語：PCN 状態遷移判定履歴

PCN Trace は、一回の目標状態入口における前判定、制御結果、実行結果を構造化して記録する履歴である。

代表的な記録内容には、次のものがある。

  • 現在状態
  • 目標状態
  • 目標状態入口
  • 判定に使用した関連状態
  • 時間情報 T
  • C / A / E 状態マッピング
  • S / D / B 判定
  • CAE-SDB 判定結果
  • 制御優先度調停結果
  • 複数経路制御
  • 実行結果
  • 履歴 ID

PCN Trace は、現場での事後確認、問題追跡、状態遷移設計のレビュー、プロジェクト引継ぎ、履歴比較、工程改善などに利用する。

さらに読む

本ページは、TPCA / PCN 状態遷移前制御体系に関する公開説明資料の一部である。