概念・用語

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べきである。

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、以下を参照できる。

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

TPCA / PCN の基本的な工程関係は、次のように整理できる。

① Current State
   （現在状態・現在段階・現在経路位置）
   ↓
② Target State
   （目標状態・目標実行経路・目標物理実行段階）
   と Target State Entry（目標状態入口）を特定
   ↓
③ PCN（Pre-Control Node / 前制御ノード）
   └─ 関連状態を取得し、
      C / A / E 状態マッピング
   ↓
④ S / D / B 判定
   → CAE-SDB 判定結果 + T
   ↓
⑤ 制御優先度調停（Arbitration）
   ↓
⑥ 複数経路制御（Multipath Control）
   ↓
⑦ Target State Entry に対する制御を適用
   ├─ 進入許可
   ├─ 待機・再確認・再試行
   ├─ 別の Target State
   └─ 進入禁止 など
   ↓
⑧ 選択された制御経路を実行
   → 実行結果
   ↓
⑨ PCN Trace（状態遷移判定履歴）
   → 入力・判定・制御・実行結果を関連付けて記録

PCN Runtime は、この一連の処理を実システム上で実行する。複数の PCN を、それぞれの目標状態入口と状態遷移関係に基づいて接続すると、PCN Network を構成できる。

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、システムが次に進入しようとする状態、目標実行経路、または目標物理実行段階を表す。

目標状態入口（Target State Entry） は、現在状態から目標状態へ進入する際に、前制御判定を行う工程上の入口である。

TPCA / PCN が対象とするのは、システムが実際に目標状態へ進入する前の判定と制御である。

代表的な状態遷移には、待機段階から把持段階への移行、配置完了から圧入段階への移行、検査待ちから検査実行への移行、タスク生成から実行開始への移行、AGV 到着からステーション受入への移行、デジタル要求から目標呼出し経路への進入などがある。

目標状態は、通常工程の次段階に限らない。リワーク、返送、戻し、異常分岐、再投入、代替経路など、あらためて進入判定が必要になる状態も新たな目標状態となる。

実運転では、これらはすべて、

現在状態 → 新たな目標状態

という一方向の状態遷移として扱う。

新たな目標状態が過去の状態と同じ種類であっても、発生時刻が異なれば別の状態インスタンスである。

現在状態、目標状態、目標状態入口が明確でなければ、PCN が何に対して前制御判定を行うのかを定めることはできない。

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進入する前に、関連する多元状態を構造化して判定し、その結果に基づいて進入可否と制御経路を決定することである。

前制御では、目標状態へ進入するための条件、必要な許可、進入後の実行チェーン継続性を確認する。さらに、それらの判定に必要な構造が成立しているか、現在取得されている状態が時系列上有効か、関連状態が定義された制御境界内にあるかを確認する。

複数の判定結果が同時に存在する場合は制御優先度調停を行い、その結果に基づいて複数経路制御を形成する。その後、現在の目標状態入口に対して進入許可、待機・再確認・再試行、別の目標状態への切替え、進入禁止などの制御を適用し、選択された制御経路を実行する。

実行後は、その結果を取得し、入力状態、判定結果、制御選択、実行結果を PCN Trace として関連付けて記録する。

前制御は目標状態への進入前に行われる。動作失敗後の事後分析や、アラーム発生後の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中心として構成される状態遷移前制御の全体アーキテクチャである。

設備、PLC、MES / WCS、安全システム、人工確認、その他の工程インターフェースに分散している状態を、一つの目標状態入口に対する前制御判定、制御出力、実行結果、判定履歴として組織化する。

その基本的な工程チェーンは、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 へマッピング
   ↓
④ S / D / B 判定
   → CAE-SDB Result + T
   ↓
⑤ 制御優先度調停
   ↓
⑥ 複数経路制御
   ↓
⑦ 現在の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
   → 実行結果
   ↓
⑨ PCN Trace

TPCA は、既存の PLC、状態機械、SFC、Interlock、安全制御、MES / WCS と役割を分担して使用する。

複数の既存機構が一回の状態遷移に関係する場合、TPCA はそれらの状態、許可、実行関係を同じ目標状態入口へ結び付け、前制御判定、制御選択、実行結果、判定履歴として整理する。

TPCA では、状態や判定に関係する時間情報も保持する。実運転上の状態遷移は時間方向に進行するため、後続状態が過去と同じ状態タイプであっても、別の状態インスタンスとして扱う。

詳細は以下を参照できる。

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

PCN

英文：Pre-Control Node
日本語：前制御ノード

PCN は、一つの明確な目標状態入口の直前に配置される TPCA のエンジニアリングノードである。

一つの PCN は一つの目標状態入口を担当し、現在状態と目標状態の確認、関連状態の取得、C / A / E 状態マッピング、S / D / B 判定、CAE-SDB Result の形成、時間情報 T の保持、制御優先度調停、複数経路制御、目標状態入口に対する制御適用、実行結果の取得、PCN Trace の生成までを一つの状態遷移単位として扱う。

PCN の実装形式は固定されない。

自動化実行ユニットでは PLC の機能ブロック、産業用エッジコントローラ、ソフトウェア判定モジュールなどとして実装できる。MES / WCS、AGV / AMR 群制御、製造DX、デジタルシステムでは、タスク実行、資源解放、ステーション受入、状態復帰、目標呼出し経路などの入口へ配置できる。

PCN Runtime

英文：PCN Runtime
日本語：PCN ランタイム

PCN Runtime は、PCN の前制御処理を実システム上でオンライン実行する運転部分である。

具体的な目標状態入口が発生すると、関連状態の取得・整理、C / A / E 状態マッピング、S / D / B 判定、CAE-SDB Result の形成、時間情報の保持、制御優先度調停、複数経路制御、目標状態入口に対する制御適用、選択された制御経路の実行結果取得、PCN Trace の生成を実行する。

PCN Runtime は論理的な実行役割を表すものであり、特定の PLC、ソフトウェア、産業用エッジコントローラ、MES / WCS プラグインなどの実装方式を限定しない。

具体的なランタイム内部構成、設定方式、Rule Pack、詳細な制御優先度調停、制御優先順位、主要パラメータ、インターフェース、配置方式などは、本サイトの一般公開範囲には含めない。

PCN Network

英文：PCN Network
日本語：PCN ネットワーク

PCN Network は、複数の PCN を、実際の状態遷移関係、および必要な許可・資源・実行上の依存関係によって接続した前制御構造である。

一つの PCN は一つの目標状態入口に対応する。複数の PCN は、設備単位、ライン、MES / WCS、AGV / AMR 群制御、製造DX、デジタルシステムなど、異なるシステム階層に分散して配置できる。

PCN Network が表すのは、目標状態入口間のエンジニアリング上の関係であり、設備間の物理配線やネットワーク接続そのものではない。

たとえば、

状態 A
→ PCN-1
→ 状態 B
→ PCN-2
→ 状態 C

という関係を構成できる。

リワーク、返送、異常分岐、再投入、その他の実行経路へ移行する場合も、新たな目標状態入口と PCN を設定できる。

PCN Network の状態タイプ間の関係には循環が存在し得る。一方、実運転中に生成される状態インスタンスは、時間方向に継続して生成される。

PCN Network を用いることで、複数の目標状態入口間に存在する状態進行、許可依存、資源依存、実行チェーン接続、状態書戻し、判定履歴などの関係を扱うことができる。

詳細は以下を参照できる。

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？

多元状態情報

多元状態情報とは、今回の目標状態への進入に直接関係する入力情報である。

情報源には、PLC、ロボットコントローラ、画像認識システム、安全システム、HMI / SCADA、MES、WCS、AGV / AMR 管理システム、現場センサ、上位システム、人工確認、デジタルシステムインターフェースなどが含まれる。

PCN は、情報源によって状態を分類するのではなく、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。

同じ状態であっても、目標状態入口が変われば異なる機能役割を持つ場合がある。そのため、状態の意味は現在状態、目標状態、目標状態入口との関係から判断する必要がある。

必要に応じて、状態にはタイムスタンプ、更新時刻、状態バージョン、シーケンス情報、ロット番号、対象 ID、イベント ID など、今回の状態遷移を追跡するための情報を付加できる。

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、

{C, A, E} × {S, D, B}

で表される。

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、それらの状態を評価するときに使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。

一回の前制御判定では、一つまたは複数の CAE-SDB Result が形成され、それぞれに必要な時間情報 T が関連付けられる。

複数の判定結果が存在する場合は、

CAE-SDB Result + T
→ 制御優先度調停
→ 複数経路制御
→ 目標状態入口に対する制御適用
→ 制御経路の実行
→ 実行結果
→ PCN Trace

の関係で後段処理へ進む。

CAE-SDB を用いることで、目標状態入口前に現れる false、NG、not ready、waiting、pending、blocked などの圧縮された状態を、どの機能役割にどの判定上の問題が存在するかという構造化された結果へ展開できる。

C：Condition

日本語：条件状態

C は、目標状態へ進入する前に、本状態遷移に必要となる事実条件が成立しているかを表す。

代表例として、ワークの存在、位置・姿勢、画像認識結果、タスクの存在、パラメータの充足、前段階の完了、製品・ロット情報、対象物と判定結果の対応関係などがある。

C が確認するのは、

目標状態へ進入するために必要な条件が成立しているか。

という問題である。

A：Authority

日本語：許可状態

A は、システムが現在その目標状態へ進入することを許可されているかを表す。

安全許可、上位システム許可、区域進入許可、人工確認、権限・認可、資源ロック、相手機器からの許可などが含まれる。

重要な A は独立した必要条件として扱う。安全許可、認可、資源ロック、区域許可などの重要許可が成立していない場合、C と E が成立していても目標状態への進入は許可しない。

A が確認するのは、

現在、この目標状態へ進入する許可が成立しているか。

という問題である。

E：Execution Chain

日本語：実行チェーン状態

E は、目標状態へ進入した後、必要な実行チェーン全体を継続できるかを表す。

E は、単一設備の Ready と同義ではない。

実行チェーンには、本体設備、末端実行機構、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・書戻し経路、相手機器の受入状態などが含まれ得る。

たとえば Robot Ready は、ロボット本体が局所的に動作可能であることを示す。一方、把持後に下流が受け入れられるか、異常品を排出できるか、返送経路が利用できるか、処理結果を書き戻せるかといった問題は、引き続き実行チェーンの判定対象となる。

E が確認するのは、

目標状態へ進入した後、必要な実行チェーンを継続できるか。

という問題である。

S：Structure

日本語：構造完全性

S は、C / A / E の状態を評価するときに使用する判定性質である。

目標状態への進入判定に必要な信号、インターフェース、対応関係、許可元、経路、役割、実行チェーン境界などが定義され、接続され、観測可能になっているかを確認する。

たとえば、必要な信号が定義されていない、インターフェースが未接続である、状態との対応関係が確立されていない、許可元が不明である、実行チェーンの範囲が不明確である、必要な状態を観測できない、対象物と状態との関連付けが定義されていない、といった問題が S の対象となる。

S が確認するのは、

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。

という問題である。

D：Dynamics

日本語：動的時系列有効性

D は、C / A / E の状態を評価するときに使用する判定性質である。

現在の目標状態入口に関連する状態が、判定時点において、今回の状態遷移に使用できる有効な時系列関係を保っているかを確認する。

具体的には、タイムアウト、未更新、状態の陳腐化、チャタリング、頻繁な切替え、状態間の競合、通信遅延、システム間の非同期、バージョンやシーケンスの不一致、対象物の不一致、許可撤回、状態切替中、信頼度の低下などが判定対象となる。

判定には、タイムスタンプ、更新時刻、状態継続時間、シーケンス、バージョン、対象との対応関係、状態遷移関係などを利用できる。

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。

B：Boundary

日本語：制御境界

B は、C / A / E の状態を評価するときに使用する判定性質である。

現在の目標状態入口に関連する状態が、あらかじめ定義された工程上の許容範囲または制御境界内にあるかを確認する。

判定対象には、パラメータ範囲、位置・寸法偏差、信頼度、資源・バッファ容量、待機時間、継続時間、再試行回数、繰返し回数、人工確認や一時許可の適用範囲などが含まれる。

B の判定には、閾値、範囲、容量、時間、回数、信頼度、偏差など、事前に定義された工程パラメータを使用する。

B は、関連状態が現在の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。

CAE-SDB Result

日本語：CAE-SDB 判定結果

CAE-SDB Result は、PCN が C / A / E の状態に対して S / D / B の判定を行った結果として形成する構造化判定結果である。

たとえば、

C-D

は、条件状態に動的時系列有効性の問題が存在することを表す。

E-S

は、実行チェーン状態に必要な構造が成立していないことを表す。

一回の状態遷移判定で、複数の結果が同時に形成される場合もある。

C-D + E-D

であれば、条件状態と実行チェーン状態の双方に動的時系列上の問題が存在することを示す。

CAE-SDB Result は、対応する S / D / B 判定が実際に実行され、判定結果が得られた場合にのみ形成される。

各結果には必要な時間情報 T が関連付けられ、その後、制御優先度調停へ渡される。

時間情報 T

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

システムに応じて、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、状態の時間的位置を特定できる情報を使用する。

T は、本状態や判定がいつ成立したかを識別し、複数状態間の前後関係を確認し、動的時系列有効性を判定し、PCN Trace を構成するために使用する。

TPCA の実運転では、後続状態が過去の状態と同じ工程内容であっても、発生時刻が異なれば別の状態インスタンスとして扱う。

詳細は以下を参照できる。

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 Result、重要許可、制御制約の関係を整理し、最終的な制御方向を決定する処理である。

一つの目標状態入口で複数の判定結果が同時に成立した場合、単一の CAE-SDB 座標だけから最終制御動作を決定するのではなく、あらかじめ定義された制御制約に基づいて優先関係を調停する。

工程上の位置は次のとおりである。

CAE-SDB Result + T
→ 制御優先度調停
→ 複数経路制御

本サイトでは、制御優先度調停の工程上の位置と基本的な役割までを公開する。

具体的な優先順位、短絡条件、設定規則、調停アルゴリズムなどの内部実装は一般公開範囲には含めない。

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、CAE-SDB Result を制御優先度調停した後に形成される、現在の目標状態入口に対する工程上の制御出力である。

対象システムに応じて、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、別の目標状態、進入禁止、安全ロック、人工確認、異常隔離、詳細記録などの経路を設定できる。

複数経路制御で選択された結果は、現在の目標状態入口に対する制御として適用される。その後、選択された制御経路を実行し、実行結果を取得する。

CAE-SDB Result + T
→ 制御優先度調停
→ 複数経路制御
→ 目標状態入口に対する制御適用
→ 選択された制御経路を実行
→ 実行結果
→ PCN Trace

進入許可、進入禁止、その他の制御経路は、いずれも現在の明確な目標状態入口に対して形成される。

代替経路や戻し経路が利用可能であることは、現在の目標状態に対する E が成立していることを意味しない。また、その事実だけを根拠として現在の目標状態への進入を許可することもできない。

別の目標状態や別の実行経路が選択された場合は、その経路に対応する新たな目標状態入口が次の前制御対象となる。

PCN Trace

日本語：PCN 状態遷移判定履歴

PCN Trace は、一回の状態遷移前制御について、その判定過程、制御結果、実行結果を構造化して記録する履歴である。

記録単位は、一回の明確な目標状態入口である。

代表的には、現在状態、目標状態、判定に使用した多元状態、時間情報 T、状態に関連するバージョン・シーケンス・対象情報、C / A / E Mapping、S / D / B Evaluation、CAE-SDB Result、制御優先度調停結果、複数経路制御、目標状態入口に適用した制御、実行結果、Trace ID などを同じ状態遷移履歴へ関連付ける。

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、長期履歴比較、工程改善などに利用できる。

基本的な記録関係は次のとおりである。

どの目標状態へ進もうとしていたか
→ その時点で何を判定根拠としたか
→ どの判定結果が形成されたか
→ どのような制御優先度調停を行ったか
→ どの制御経路を選択したか
→ 現在の目標状態入口にどの制御を適用したか
→ 選択された経路を実行した結果、実際に何が起きたか

時間情報を保持することで、工程上は同一内容であっても、異なる時刻に発生した状態インスタンスを区別できる。

PCN Trace の詳細なデータ構造は、本サイトの一般公開範囲には含めない。

主要概念の関係

TPCA / PCN における主要概念の関係は、次のように整理できる。

TPCA
│
├─ PCN
│   │
│   ├─ PCN Runtime
│   │   │
│   │   ├─ C / A / E Mapping
│   │   ├─ S / D / B Evaluation
│   │   ├─ CAE-SDB Result + T
│   │   ├─ 制御優先度調停
│   │   ├─ 複数経路制御
│   │   ├─ Target State Entry に対する制御適用
│   │   ├─ 選択された制御経路の実行
│   │   ├─ 実行結果
│   │   └─ PCN Trace
│   │
│   └─ 一つの明確な目標状態入口に対応
│
└─ 複数の PCN
    ↓
   PCN Network

TPCA は全体アーキテクチャ、PCN は具体的な目標状態入口を担当するエンジニアリングノード、PCN Runtime は PCN のオンライン実行部分を表す。

C / A / E は状態遷移における機能役割、S / D / B は判定性質、CAE-SDB Result はその組合せから形成される構造化判定結果である。

T は状態と判定に関連する時間情報、制御優先度調停は複数の判定結果と制御制約を整理する処理、複数経路制御は現在の目標状態入口に対して形成される制御出力を表す。

複数経路制御の結果は、現在の目標状態入口に対する制御として適用される。その後、選択された制御経路を実行し、実行結果を取得する。PCN Trace は、これらを一回の状態遷移判定履歴として記録する。

複数の PCN が状態遷移関係や依存関係によって接続されると、PCN Network を構成する。

さらに読む

• なぜ CAE-SDB なのか？——目標状態入口前の二軸構造化分析法
• なぜ PCN は TPCA の最小エンジニアリングノードなのか？
• なぜ PCN Trace は新しいエンジニアリングデータなのか？
• 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
• TPCA / PCN 工程理解チェック——10の設問

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。