インダストリアルIoTにおけるサービス指向アプローチのサポート
インダストリアルIoT（IIoT）は急拡大し続けており、工場現場およびサプライチェーン全体の業務の可視性をリアルタイムで提供することにより、効率性、安全性、およびアップタイムを大きく向上させます。
COVID-19（新型コロナウイルス）のパンデミックをきっかけとした急拡大により、スタッフの安全性を維持するためのマシン・ツー・マシンおよびマン・マシン相互作用に拍車がかかりました。アナリスト会社であるMeticulous Researchは、インダストリアルIoT市場がCAGR（年複利成長率）16.7％で成長して2027年までに2634億ドルに達すると予測し、Grand View Researchは、2028年までに1兆1000億ドルに達すると予測しています。
インダストリアルIoTは産業用マシンとツールを連係させ、工場のデータとクラウドアプリおよびサプライチェーンシステムをつなぐ利点を持ちますが、それでも導入の壁は残っています。コンサルタント会社であるBain & Companyは、2019年、「予知保全は、顧客が既存の運用技術およびITシステムに統合する場合に困難に直面する多くの事例の1つに過ぎない」と報告しています。
本記事では、産業用自動化通信においてサービス指向アーキテクチャ （SOA）、マイクロサービス、およびOPC UA（オープンプラットフォーム通信統一アーキテクチ）規格を採用することによって、統合の壁をどのように克服できるかを検証します。
インダストリアルIoTが可視性と価値を提供
幸い、産業機器からデータを抽出してクラウドを活用する数多くのサードパーティアプリでインダストリアルIoTの価値が立証されています。その1つは、窒素肥料の濃度、温度、圧力、水切りレベル、その他のデータをタンクから収集して分析のためにクラウドへ送信するアプリケーションであり、これにより農家は、汚染の除去作業と政府の罰金を回避できます。インダストリアルIoT対応の枠組みと規格を使用せず、社内で同等のアプリケーションを構築することは、複雑でコストがかさむでしょう。それを行うために、企業は組み込みソフトウェア、産業用通信プロトコル、IoT サイバーセキュリティ、およびクラウド APIの知識と経験が必要です。
システム統合、アプリケーション設計、および産業用通信を実現する技術が生まれつつあり、インダストリアルIoTの魅力が増しています。これにより、マシン間でデータを交換することができ、開発者は個別機能に分けてアプリケーションを構築できます。データは標準インターフェースと組み合わせることで、より簡単に共有できるサービスとなります。数多くの機器が自分の場所と状況を提供するため、このアプローチにより、組立ラインはジャストインタイムで部品へアクセスしたり、トラックをクラウドから安全にコントロールしたりできます。
共有可能なサービスがインダストリ4.0の到来を告げる
サービス指向アーキテクチャ（SOA）は、1990年代に定義されました。これはサービスインターフェースを介してソフトウェアのコンポーネントを相互運用および再利用可能にするために考えられたものです。これにより、サービスが生み出される過程を正確に理解することなく、新製品でより簡単に「サービス」を使用できます。インダストリアルIoTの場合、センサの出力がサービスとなり、どの機器からでもアクセスできるようになります。使用するインターフェースは「疎結合」であるため、より簡単かつ安全にサービスを共有できます。
この慣行により、インダストリアルIoTにおける新しい目標が見出されました。定義されているサービスインターフェースの疎結合により、メーカーはさまざまなソフトウェアコンポーネントまたはサービスから選択して、産業データおよびマシンと連係させることができます。これにより、手頃な費用と低いリスクで、工場およびプロセスのイノベーションとスマート化を実現できます。
IBMによると、マイクロサービスは「アプリケーション ・アーキテクチャのスタイルおよびアプリケーションで検証された概念」としてSOAを補います。これにより、使用するコンポーネントが効果的に切り離されます。また、作業量に応じてコンポーネントをクラウドサービスでコピーできるため拡張性の向上につながると言われています。マイクロサービスは必要なときにのみ存在するため、コンピューティングリソースをより活用できます。また、開発者はシステムの他の部分に影響を与えることなく、新しいマイクロサービスを個別に統合および評価できるため、俊敏性が向上します。さらに、システムがマイクロサービスの1つであるインスタンスだけに依存しないため、全体的な回復力が強化されます。
マイクロサービスを使用することにより、1つのアプリケーションを小さい部品に分割して、それを個別に変更、拡張、および管理できます。アプリケーションがどのように互いに連係するかは定義せず、これに関しては、SOAが提供するサービスインターフェースのエンタープライズスコープを使用します。この組み合わせにより、インダストリアルIoTの実現と価値創出において重要な役割を果たします。
インダストリアルIoTの導入と活用を実現するサービス指向アプローチの第3の要素は、産業自動化におけるマシン間通信のためのOPC UA規格です。UAは統一アーキテクチャ（Unified Architecture）を意味し、産業環境における協力体制を改善するためにOPC財団により開発されました。これはクラウドベースのサーバーへの統合と同じように簡単に、工場現場のCPUへ組み込める幅広いサービス指向アーキテクチャを使用することにより実現されます。これにより、サーバー識別、データ階層化、読み書き許可など、重要な機能をネットワークにもたらします。
OPC UAは、メッセージのセキュリティを確保し、交換するためにバイナリUAおよびXMLフォーマット、MicrosoftのCOMおよびDCOMプロトコル、およびOPC PKI（パブリック・キー・インフラストラクチャ）を使用しています。リソースが制約された機器では、消費電力の少ないバイナリUAを使用することが勧められます。
鋳造は、この開発の恩恵を受けうる重要な工業プロセスの例です。通常、周辺機器の専用インターフェースでは、セル内の異なるメーカーで情報を交換できません。OPC UAは、素早い組立と稼働、最適な生産性と品質監視、およびセル参加者と外部システムとの接続を可能にします。
OPC UAは、1980年代に夢見られていたMAP（製造自動化プロトコル）およびさらに多くのものを約束します。ジェネラル・モーターズは、工場現場における個別業務の自動化を連係させるためにMAP通信プロトコルスタックを設計しました。OPC UAは、より高いレベルに到達しており、メーカーは稼働マシンをクラウドに接続し、データ分析および機械学習を利用してマシンの可用性を手に入れ、アップタイムおよび効率性を向上できます。
クラウドピックおよび工場ダッシュボード
当初、インダストリ4.0に対するサービス指向アプローチの価値は、Hewlett Packard Enterprise ServicesとFraunhoferの協力より立証されました。HPEは、同社のConverged Plant Infrastructureを紹介しました。この中には、クラウドベースの産業サービスおよびアプリケーションの「Virtual Fort Knox」アプリストアが含まれていました。また、分散している工場の業務を参照、微調整、および最適化するためのダッシュボードが装備されていました。別のアプリでは、クラウド内のアルゴリズムを使用して工場現場内の指定されたロボットに、いつ、どこで、どのようにコンポーネントを選択するか学習させ、クラウドナビゲーションでは、重量物運搬車に自律走行の方法を学習させました。
Hewlett Packard Enterprise（HPE）のエッジラインは、どのように業務と情報をうまく生産的に組み合わせられるかを示しています。
（出典：HPE）クリックして拡大表示。
クラウドおよびそこに含まれる革新的なアプリケーションとサービスを利用することは、長期にわたり放置されてきた製造分野で不可欠です。重要なことは、インダストリアルIoTが、工場現場センサデータおよび機械と製品、プロセス、および人を接続して、市場の状況に合わせてそれを拡大・縮小できる機能をメーカーへ提供することです。COVIDは、パンデミックに対する多くのメーカーの対応が継続か中断かの二者択一であることを証明しました。対照的に、クラウドアプリおよびアプリケーションを使用してデジタル化された業務では、複数の工場を最適化し、組立ラインを需要に応じて拡大・縮小できました。
結論
世界的なパンデミックが触媒となり、システムの統合、アプリケーションの設計、および産業通信の統合という3つのサービスベースのアーキテクチャは、インダストリアルIoTに凝集しつつあります。メーカーは、デジタルパーティに参加し、リアルタイムデータ、機械学習、およびデータ分析を使用して生産を効率化し、製品を革新させ、かつてない方法で価値を解き放つことができます。
