スマートファクトリーで機械データを活用する方法101

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マシン・ツー・マシン・コミュニケーションのアイデアは、当初は興奮と大きな期待をもたらしましたが、今では中規模・小規模の工場のオーナーは「次は何をするのか?どうやって自分の工場にこの技術を導入すればいいのか?

"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」という言葉が登場してからしばらく経ちますが、実際に適用しているのは先進的なメーカーだけです。機械と機械のコミュニケーションというアイデアは、当初は興奮と大きな期待をもたらしましたが、今では中規模・小規模の工場のオーナーは「次は何をするのか?どうやって自分の工場にこれらの技術を採用し始めればいいのか?"

Aruba Networksの調査によると、98%以上のビジネス・リーダーがモノのインターネットの概念を理解しているにもかかわらず、多くの人が自社のビジネスにとってIoTがどのような意味を持つのかを理解していません。その結果、IoTが適切に実装されていなかったり、プロセスを完全に変革するのではなく、基本的なレベルでしか使用されていなかったりしています。

しかし、インダストリアル・インターネット・オブ・シングス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の間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(ERP、MES、CRMシステム)にマシンデータがどのように転送されるか、これらのデータからどのような結論が導き出されるか、そしてそれらがどのように生産プロセスに戻されるか、といったことが対象となります。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組織の能力にかかっています。

ビジネスにおける新たな課題

有名な発明家でGMの研究責任者であったチャールズ・ケタリングは、"よく述べられた問題は半分解決されたことになる "と言っています。スマートファクトリーへの曲がりくねった道は、企業にいくつかの新たな課題と既存の課題をもたらします。メーカーは、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ために、以下の質問に答える必要があります。

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することができますが、クラウドに数字を投げ込んだからといって、自動的に有用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。

工場設備は生産プロセスに関する最も正確なリアルタイムの情報を提供することができますが、人々はどのようにしてそれを活用し、日々の仕事に知識を適用し始めることができるでしょうか?

それはメンテナンスについてのことになるのでしょうか - すべての部品が稼働していることを確認してください。

あるいは、いわゆる予知保全-多くの類似機器からの集計データと問題の早期兆候に基づいて、故障が発生する前に解決するということでしょうか。

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。

垂直方向のサイロを越えた接続

工場を "モノの島 "ではなく、"モノのインターネット "のコンセプトに沿ったものにするためには、生産機械が相互に、そして最終的にはエッジデバイスと対話する必要があります。多くのシステムが存在する中で、そのような通信をどのように設定するかが問題となります。

現代の工場での課題の一つは、機械はしばしば個々の垂直方向のサイロ内で通信を行い、装置から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す。管理者は、貴重な情報が生産設備を実行するシステムに存在することを長い間知っていましたが、それに直接アクセスすることはできませんでした。問題は、両方の世界が分離して動作しており、それらの間にはほとんど、または全く接続されていないということです。しかし、データをブレンドして様々な部門にまたがって運ぶという話であれば、工場のデータ交換インフラは別の方法で構築されるべきです。

ERPへのデータ移動

次に気になるのはデータの接続性です。生産プロセスの中で、どこまで下を見る必要があるのか?コントローラだけなのか、それとも各センサなどからのデータが実際に必要なのか。これは、操作する情報量や設備のイメージに大きく影響します。

  • 一般的には植物全体。
  • 個別の生産ラインで
  • 例えば、あるデバイスの各接合部がどのように機能しているのか、また、どこで故障が発生して生産に支障をきたしているのか。

また、物理的な世界からサイバー世界にデータを置くには、分析の計画が必要です。より良いローカルコントロールを達成するためにデータを使用するのはオペレーターなのか、サーバーが自動的に集計した情報をERPやMESシステムに送信するのかを理解する必要があります。結局のところ、データの雪崩からどの数字がより良い分析と工場レベルでの計画のために転送される必要があり、どのデータが迅速な制御と意思決定のためにローカルに滞在する必要があります。

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。様々な工場から届く自動レポートに基づいて、機械メーカーはメンテナンスを計画し、事前に詳細を代入することで、より良い顧客サービスを提供し、顧客を煩わしい高価なダウンタイムから救います。

機械データのセキュリティ

最後に、「スマートファクトリー」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す。Eclipse Foundationが発表した2019年のレポートによると、IoT開発者の関心事(31%)の中でセキュリティが第1位を占めており、接続性(21%)とデータ収集・分析(19%)は次の2位にとどまっています。ガートナー社の報告によると、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年には$631Mに増加するとのことです。生産設備を世界に開放するには、それに見合った保護対策が必要です。

OPCからOPC統一アーキテクチャへ

90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であるかどうかに関わらず、デバイスから制御室のオペレーターのコンピュータへのデータ転送を可能にした。OPCプロトコルは通信を標準化し、生産オートメーションのブレークスルーを予見させた。OPCは、Windows OSの一部であるDCOM(Distributed Component Object Model)を応用したものである。2000年代初頭、OPCプロトコルは産業用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体制に移行することを可能にした。現在でも、世界中の多くの工場でこのプロトコルが採用されています。

しかし、このソフトウェアが市場に出た直後から、OPCプロトコルの欠点が明らかになってきた。まず、DCOMによってOPCはWindows OSにのみ限定されてしまう。次に、専門家からは、ソフトウェアの不具合の発見と修正が困難であること、Web上でのデータ交換が不可能であることなどが訴えられている。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。

そのため、業界からの複数の要望に応えて、OPC Foundationは新しい規格であるOPC UAを作成しました。従来のバージョンをベースにしていますが、欠点はなく、Machine to Machineのコミュニケーションと産業のデジタルトランスフォーメーションに向けて、まったく新しいアプローチを提案しています。

その新機能は

  • プラットフォームに依存しない。OPC UAは、マイクロソフト社のOLEやDCOM技術に依存していません。どのようなプラットフォームでも起動できます。Apple、Linux(JAVA)、Windows。
  • 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。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。構造体やモデルを使用し、データタグやポイントをグループ化してコンテキストを与えることができます。これらすべての機能により、より多くの柔軟性が提供され、垂直方向のデータサイロだけで作業するのではなく、部門をまたいで工場を接続することが可能になります。
  • SCADAへの組み込みが容易です。OPC UAサーバーは、装置内に組み込まれているPLCの直接の一部として使用することができます。つまり、OPC UAサーバーを購入して設定する必要がありません。
  • リソースの節約OPC UAがあれば、施設内に常駐してシステム間の翻訳を行うPCを何台も必要としません。
  • 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 APIは複数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。
  • コストと時間の効率化。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。

デジタルトランスフォーメーションのためのマシンデータ活用の始め方

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、実際に生産現場と企業経営に役立つシステムを結びつけるにはどうすればよいのでしょうか。

CRM(Customer Relationship Management)、ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution System)、DMS(Document Management System)、BI(Business Intelligence)システム、倉庫管理システムなどは、ビジネスの管理を支援する最も一般的なソフトウェアです。規模を問わず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ことから、工場の運営はこれらのシステムで計画、分析、予測、報告されていると考えてよいでしょう。完全に自動化されたスマートファクトリーであるということは、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ことを意味します。

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システムなどにリンクさせる既製のOPC UAコネクタを利用する方法です。

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良いと思います。第一に、高価なプログラマーの労働力に時間とお金を浪費することがなく、第二に、さらなるメンテナンスの世話をする必要がありません。構築済みのOPC UAコネクタは、通常、バグがなく、初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。統合の原理を理解するのに2〜3時間必要で、その後、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だけです。

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か?OPC-UAのスローガンは「デバイスからエンタープライズへ」ですが、この場合の「エンタープライズ」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ています。

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。それらは、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、受注管理や処理、データ収集、企業の生産レベルでの計画、ビジネスプロセス全体の管理、他のシステムとの連携など、非常に多くのタスクを実行するため、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利点をもたらします。

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迅速に行う必要がある場合、特定の生産ラインやデバイスから可能な限りソースに近いリアルタイムデータを把握する必要がありますが、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、先に述べたカルチャーシフトにも役立ちます。従業員は、慣れ親しんだインターフェース(さらにはモバイルフレンドリー!)を介して提示された新技術をより積極的に採用するからです。ユーザーの採用を確実にすることはIIoTの大きな課題であり、誰もが知っていて使っているERP、CRM、MESなどのシステムを介してデータを提示することで、インダストリー4.0への移行を加速することができます。

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、出荷を決定したりする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 "Next Big Thing "と呼ばれていましたが、現代の工場ではすでに需要なものとなっています。競争に打ち勝つためには、機械のデータを管理ビジネス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はこの分野で大きな役割を果たしており、生産施設での通信をオープンにするための多くの機会とセキュリティ対策を提供しているので、接続されたスマートファクトリーのメリットを享受する時が来ました。

Thomas Berndorferについて

IT業界で20年以上の経験を持つシリアルアントレプレナーであるトーマス・ベルンドルファーは、ITの統合、同期、自動化の苦痛から組織を解放することに豊富な経験を持っています。彼はConnecting SoftwareのCEOです。