スマートファクトリーで機械データを活用する方法101

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抱かせたが、今では中規模や小規模の工場のオーナーは、「次はどうするのか？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だろうか？“

“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のアイデアは、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、「次はどうするのか？自分の工場でこれらの技術を採用するにはどうすればいいのか？“

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、Industrial Internet of Thingsの本質を掴んだ生産工場を見ると、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る。実際には、機械のデータがどのように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還元されるかが対象となる。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、機械から得られる数値を意味あるものとし、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る。.

ビジネスにおける新たな課題

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、「よく述べられた問題は、半分しか解決されていない」と言った。スマート・ファクトリー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提起している。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ために、以下の質問に答える必要がある。.

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？

メンテナンス、つまりすべての部品が稼働しているかどうかを確認することになるのだろうか？

あるいは、いわゆる予知保全、つまり多くの類似機器からの集計データと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こと？

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

工場が “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て実際に機能するためには、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である。.

現代の工場における課題のひとつは、機械がしばしば個々の垂直サイロ内で通信を行い、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特定の部分を監視することである。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、両者の世界が隔離された状態で運用され、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別の方法で構築されるべきである。.

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、故障が生産工程を妨げている場合などである。.

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。Eclipse Foundationの2019年版レポートによると、セキュリティはIoT開発者の懸念事項（31%）の中で第1位を占めており、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。生産施設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

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ろうとなかろうと、デバイス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）を応用したものです。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、より正確で、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。

このため、OPC Foundationは、業界からの複数の要望に応えて、新しい規格であるOPC UAを策定しました。この規格は、旧バージョンをベースにしていますが、欠点はなく、マシン間通信と産業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

• 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。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 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

製造業者はOPCユニファイド・アーキテクチャーを、企業と工場の境界をなくす最初の通信プロトコルと呼んでいます。しかし、実際に生産現場と企業管理に役立つシステムを接続するにはどう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、企業管理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な組み合わせで使用しているため、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。そして、完全に自動化されたスマート工場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これらのシステムでいつでも入手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しなくて済みますし、第二に、さらなるメンテナンスに気を配る必要がありません。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。統合の原則を理解するのに2～3時間必要で、その後は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。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、受注管理と処理、データ収集、企業生産レベルの計画、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のタイムリーな性能は、多くの利点をもたらす。.

プロセスのスピードアップ、手作業やミスの削減、工程間の迅速な移動が必要な場合、ソースにできるだけ近いリアルタイムのデータ、つまり特定の生産ラインやデバイスからのデータを取得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画期的です。.

その上、このような統合は、上記で説明した文化的な転換にも役立つ。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（さらにはモバイルフレンドリー！）を介して提示されれば、より進んで採用するからだ。ユーザーの採用を確実にすることは、IIoTにおける大きな課題であり、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は、インダストリー4.0への移行を加速させる。.

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。

トーマス・ベルンドルファーについて

IT業界で20年以上のキャリア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統合、同期化、自動化の苦しみから組織を解放することに豊富な経験を持つ。Connecting SoftwareのCEO。.