スマートファクトリーでマシンデータを活用するには

大半の企業はIoTについて知っているが、今現在、機械データから引き出せる価値を理解している企業は多くない。.

“デジタルトランスフォーメーション ”や “スマートファクトリー ”という言葉は、以前からある言葉だが、実際に適用しているのは先進的なメーカーだけだ。マシン・ツー・マシン・コミュニケーションという考え方は、当初は興奮と大きな期待を抱かせたが、今や中堅・中小工場のオーナーは、「次は何だろう？自分の工場でこのような技術を採用するにはどうすればいいのか？“ と考えている。”

Aruba Networks社の調査によると、98%以上のビジネス・リーダーがIoT（モノのインターネット）の概念を理解しているものの、多くの人が自分のビジネスにとってIoTが何を意味するのかを理解していません。その結果、IoTが適切に導入されなかったり、完全に変革するプロセスとしてではなく、基本的なレベルでしか利用されなかったりする。

しかし、IIoT（Industrial Internet of Things）の本質を理解している生産工場を見ると、それは現場とビジネス環境とのコミュニケーション能力に集約されます。具体的には、機器からバックオフィスの標準的なビジネスアプリケーションにマシンデータがどのように転送されるかということです。また、これらのデータからどのような結論を導き出し、それをどのように生産プロセスに反映させるかということも含まれます。全体として、デジタルトランスフォーメーションの成功は、機械からの数字を理解し、それを競争上の優位性に変えることができる組織の能力にかかっています。

ビジネスの新たな課題

有名な発明家であり、GMの研究責任者でもあったチャールズ・ケタリングは、“A problem well-stated is half-solved.” と言った。スマート工場への曲がりくねった道は、企業にとっていくつかの新たな、そして既存の課題を突きつけており、製造業者は生産施設でデジタル・ビジネス・モデルを実行する方法を理解する必要がある。.

なぜスマートファクトリーが必要なのか？

まず第一に、機械は大量のデータを生成しますが、クラウドに数字を投げ込んだからといって、自動的に有益な情報が得られるわけではありません。コンテキストが必要なのです。

工場の設備は、生産工程に関する最も正確なリアルタイム情報を提供してくれますが、それを活用し、日々の仕事に生かすにはどうしたらよいでしょうか。

それはメンテナンスのことで、すべての部品が稼働しているかどうかを確認することでしょうか。それとも、多くの類似機器のデータを集約し、問題の初期兆候に基づいて、故障が発生する前に解決する、いわゆる予知保全になるのでしょうか？

また、MESやERPシステムに登録された機械からのレポートに基づいて、人間のオペレーターが意思決定を行うといった、生産現場のビジネス面にも影響を与えます。インダストリー4.0を導入するには、機器のアップグレードだけでなく、全体的な考え方のパラダイムシフトが必要です。

サイロを越えてつながる

工場が “モノの島 ”になることを避け、モノのインターネットのコンセプトに沿って機能するためには、生産機械は互いに、そして最終的にはエッジ・デバイスとも会話する必要がある。多くのシステムが関係するため、問題は、そのような通信をどのように設定するかということだ。

現代の工場における課題の1つは、機械がしばしば個々の垂直サイロ内で通信し、デバイスからHMI/SCADAなどにデータを転送し、オペレータが生産のこの特定の部分を監視していることである。経営者は、生産設備を動かすシステムに貴重な情報が存在することを長い間知っていたが、それに直接アクセスすることはできなかった。問題なのは、しばしば両者の世界が分離して運用され、両者の間につながりがほとんどないことだ。しかし、データを混合し、様々な部門を横断してそれを運ぶという話であれば、工場のデータ交換インフラは違った形で構築されるべきである。.

ERPへのデータ移行

次に気になるのは、データの接続性です。生産工程のどこまでを見る必要があるのか。コントローラーだけなのか、それとも各センサーのデータが実際に必要なのか、など。これは、操作する情報量や、工場全体、個々の生産ライン、使用している特定のデバイスなど、設備のイメージに大きく影響します。

物理的な世界からサイバーな世界にデータを入れるには、アナリティクスの計画が必要です。より良いローカル制御を実現するためにデータを使用するのがオペレーターなのか、それともサーバーが自動的にERPやMESシステムに集約情報を送信するのかを理解する必要がある。結局のところ、雪崩のように押し寄せるデータから、どの数値を工場レベルでのより良い分析とプランニングのために送信し、どのデータを迅速なコントロールと意思決定のためにローカルに残す必要があるのか、ということだ。.

また、部門間や第三者とのデータ共有も重要な課題です。先進的な工場では、生産現場からの通知をもとに、ERPシステムが自動的に原材料を発注したり、メンテナンスサービスに点検の必要性を伝えたりすることができます。このような情報交換は、機械メーカーにとってもメリットがあります。各工場から届く自動報告書に基づいてメンテナンス計画を立て、事前に詳細な情報を代入し、より良いカスタマーサービスを提供することで、顧客を煩わしいダウンタイムから救うことができるのです。

マシンデータのセキュリティ

最後に、「スマート工場」の究極の課題は、オープンな通信のセキュリティを確保することである。エクリプス財団の2019年版レポートによると、IoT開発者の懸念事項の中でセキュリティが1位（31％）を占め、接続性（21％）とデータ収集と分析（19％）が次の2位を占めるに過ぎない。ガートナーは、IoTエンドポイント・セキュリティ・ソリューションへの支出は2021年に$631Mに増加すると報告している。生産設備を世界に開放するには、それに対応する保護対策が必要です。.

OPCからOPC統一アーキテクチャへ

1990年代後半から、生産オートメーションはOPCサーバーを中心に構築され、ハードウェアとソフトウェアが同じプロバイダーのものであろうとなかろうと、機器から制御室のオペレーターのコンピューターへのデータ転送を可能にしてきた。OPCプロトコルは通信を標準化し、製造オートメーションにおける画期的な進歩をもたらしました。OPCは、Windowsオペレーティングシステムの一部であるマイクロソフトのDCOM（Distributed Component Object Model）を応用したものである。2000年代初頭、このプロトコルは産業オートメーションを開始し、工場がより安全で正確、かつコスト効率の高い生産に移行することを可能にした。実際、世界中の多くの生産工場が、今でもこの技術に依存している。.

しかし、このソフトウェアが市場に出て間もなく、OPCプロトコルの欠点が明らかになった。まず、DCOMによってOPCはWindowsオペレーティング・システムのみに限定される。次に、専門家はソフトウェアの不具合を発見し修正することの難しさと、ウェブ上でのデータ交換が不可能であることに不満を抱いている。そして最後に、OPC技術は情報セキュリティの面で信頼できない。このような理由から、OPCファウンデーションは業界からの複数の要望に応えて、新しい規格を作成しました：OPC UAです。これは、旧バージョンをベースにしていますが、欠点はなく、マシン・ツー・マシン通信と産業用デジタル・トランスフォーメーションへの全く新しいアプローチを提案しています。.

その新機能は以下の通りです。

• プラットフォームの独立性。OPC UAは、もうマイクロソフトのOLEやDCOMテクノロジーには依存しません。どのプラットフォームでも起動できます：アップル、リナックス（JAVA）、ウィンドウズ。.
• 複数のコンピュータ間でのデータ交換の設定が容易になります。DCOMではなく、一般的なデータ交換の標準規格を使用する。TCP/IP、HTTP(S)、SOAP。
• データガバナンスとメンテナンスが容易になります。構造やモデルを使用し、データタグやポイントをグループ化したり、コンテキストを与えたりすることができます。これらにより、柔軟性が大幅に向上し、垂直方向のデータサイロだけでなく、部門間で工場をつなぐことが可能になります。
• SCADAへの統合が容易。OPC UAサーバーは、機器に組み込まれているPLCの直接の部品とすることができます。OPC UAサーバーを購入して設定する必要はありません。
• リソースの節約。OPC UAを使えば、施設内に設置され、システム間の変換を行う多くのPCは必要ありません。.
• データの暗号化OPC UAのセキュリティは、アプリケーション層とトランスポート層をカバーするマルチレイヤーコンセプトに基づいています。これには、認証と認可、暗号化、署名によるデータの完全性が含まれます。
• 統合の柔軟性。UAのAPIは、いくつかのプログラミング言語で利用可能です。市販のSDKは、C、C++、Java、.NETで利用可能です。オープンソースのスタックは、少なくともC、C++、Java、Javascript（node）、Pythonで利用可能です。
• 費用対効果、時間対効果。OPC UAコネクタを利用することで、リアルタイムのマシンデータをCRM、ERP、BI、Exchange、SharePointなどのドキュメント管理システムに統合し、生産計画やメンテナンスを改善し、生産効率を向上させることができます。
• レガシーインフラへの接続OPCからOPC UAへの移行のためのメカニズムの可用性; OPC UAラッパー。

OPCユニファイド・アーキテクチャーは、企業と工場の境界を取り払う最初の通信プロトコルであるとメーカーは呼んでいる。しかし、実際には、生産現場と企業経営を支援するシステムをどのように接続すればよいのでしょうか。

顧客関係管理（CRM）、企業資源計画（ERP）、製造実行システム（MES）、文書管理システム（DMS）、ビジネスインテリジェンス（BI）システム、倉庫管理システムは、企業経営を支援する最も一般的なソフトウェアである。規模に関係なく、多くの企業がこれらのアプリケーションを様々に組み合わせて使用しているため、工場の寿命はこれらのシステムで計画、分析、予測、報告されていると一般化しても差し支えない。完全に自動化されたスマート工場とは、生産プロセスに関する正確な最新情報を、優先順位に応じて、分析、インタイム・アラート、メンテナンス通知などのために、これらのシステムでいつでも利用できるようにすることを意味する。.

マシンデータをビジネスシステムに統合するには、2つの方法があります。1）OPC UA APIを利用したカスタム開発、2）マシンデータをERPやCRMシステムなどに連携させる既製のOPC UAコネクタを利用する、というものです。

私たちの意見では、カスタム・プログラミングよりも2番目のシナリオの方が優れています。第一に、高価なプログラマーの人件費に時間とお金を浪費する必要がありません。第二に、メンテナンスの必要がありません。構築済みのOPC UAコネクターは通常バグがなく、その日からすぐに使用できます。プログラミングのスキルは必要ですが、非常に基本的なものです。統合の原理を理解し、企業のマシンデータをビジネスシステムに接続するためのロジックを構築するのに2～3時間必要です。.

デバイスからエンタープライズへ

なぜマシンデータをERP、CRM、MESに接続する必要があるのでしょうか？OPC-UAのスローガンは「デバイスから企業へ」であり、この場合の「企業」とはインテリジェントな企業資源計画システムを意味します。.

スマートな意思決定を行うために、インテリジェントなERPには、リアルタイムのIIoTデータとアナリティクスが必要です。これらは、企業を競合他社から差別化し、いわゆるスマートファクトリーを構成します。

ERPアプリケーションは、受注管理と処理、データ収集、企業生産レベルでのプランニング、全体的なビジネスプロセス管理、他のシステムとの連携など、非常に多くのタスクをこなすため、インテリジェントなERPのタイムリーなパフォーマンスは、多くのメリットをもたらす。.

プロセスを高速化し、手作業やエラーを減らし、ステップ間の移動を速くする必要がある場合、リアルタイムのデータを可能な限りソースに近いところで把握する必要がありますが、それは特定の生産ラインやデバイスであっても構いませんが、OPC UAを介したマシンデータのERPシステムへの統合は革命的です。

さらに、このような統合は、前述した企業文化の転換にも役立つ。従業員は、新しいテクノロジーが使い慣れたインターフェイス（モバイルフレンドリーであっても！）を介して提示されれば、より進んで採用するからだ。そして、誰もが知っていて使っているシステム（ERP、CRM、MESなど）を介してデータを提示することで、インダストリー4.0への移行を加速させることができる。.

IIoTスマートファクトリーのその他の構成要素は、予測分析、機械学習、ブロックチェーンのレポートシーリング、半自律的・自律的な判断と行動です。これらはすべて、複数のソースと膨大な量のコンテクスチュアルな高速データに基づいて材料を発注したり、出荷の判断をしたりするERPシステムの一部として、リアルタイムに分析・活用することができます。

結論

IIoTはすでに近代的な工場の需要になっている。競争についていくために、機械データを管理業務システムに接続することは、もはやオプションではありません。OPC UAはこの分野で良い仕事をしており、生産施設での通信をオープンにする多くの機会とセキュリティ対策を提供しています。.