品質とパフォーマンスを向上させるエンジン、産業用クラウドプラットフォーム

産業用クラウドプラットフォームは、決して新しい概念ではありません。近年、パーソナライズされた製品やサービスに対する人々の需要が高まり、企業のデジタル化が加速し生産効率を追求する中で、産業用クラウドプラットフォームは徐々に市場の焦点、企業の総合競争力の重要な構成要素となっています。

産業用クラウドプラットフォームとは、簡単に言えば、製造業や企業の固有の要件を満たすために特別に設計された、クラウドベースのテクノロジーソリューションです。一般的には、企業の業務を簡素化し、効率を高め、コストを削減することを目的とした一連のツールやアプリケーションを含んでいます。

次に、分散型制御システム（DCS）とコントローラの詳細な分析を通じて、産業用クラウド・プラットフォームとその最も重要なコンポーネントについて説明します。

産業用クラウドプラットフォームとは

まず、クラウドコンピューティングによる産業用クラウドプラットフォームの理解から始めましょう。クラウドコンピューティングとは、ネットワーク上の「雲」を利用した分散コンピューティングの一種であることは、多くの人に知られています。膨大なデータの計算・処理を無数の小さなプログラムに分散させ、複数のサーバーで構成されたシステムでその小さなプログラムを処理・解析し、結果を得て、ユーザーに返すというものです。つまり、分散コンピューティングとは、タスクの分散を解決し、計算結果を融合させることなのです。

クラウドコンピューティングは、提供するサービスによって、IaaS（Infrastructure as a Service）、PaaS（Platform as a Service）、SaaS（Software as a Service）に分類されます。クラウドコンピューティングの4つの基本要素を総合的に考えると、次のようになります：サービスオブジェクト、サービスプロバイダー、クラウドソフトウェア、データリソース。この4つの基本要素を総合的に考えると、クラウドコンピューティングはパブリッククラウド、プライベートクラウド、産業クラウドの3つに分類することができます。

• プライベートクラウド：企業や部門が内部で構築し、利用するクラウドを指します。サービス提供者とサービス対象が同じ利益共同体に属することが多く、クラウドソフトウェアとデータは利益共同体に属し、外部へのサービスの提供は要求されません。
   
• パブリッククラウド：サードパーティーのサプライヤーがパブリックなインターネット上でユーザーに提供するクラウドサービスを指します。ユーザーはインターネットを使ってクラウドにアクセスし、コンピューティング、ストレージ、ネットワークなど、さまざまなサービスを享受することができます。この形態では、データはパブリックの経路を経由し、クラウドソフトウェアはサービスプロバイダーが所有します。ソフトウェアはサービス事業者の競争力の中核であるため、機密性は極めて高いものとなります。
   
• 産業クラウド：インダストリアル・クラウド、もしくはインダストリー・クラウドとも呼ばれ、ある産業や特定の分野において、重要な資源を管理したり、主導的な役割を担っている組織の設立と維持のことを指します。産業内の内部組織や一般大の人々に有料または無料のサービスを提供する、組織内向けや公開のクラウドコンピューティングプラットフォームです。

 
産業クラウドは、クラウドコンピューティングのひとつの形態で、業界内の各組織のデータを一元化・階層化します。データ処理およびアプリケーション システムは、各組織間のデータ・情報の共有を促進し、公共サービスのためのクラウドコンピューティングとして発展してきました。多くの場合それらは本質的にハイブリッド型であり、パブリッククラウド環境とプライベートクラウド環境の両方を組み合わせて、企業のデータとアプリケーションのワークロードのセキュリティを維持するために使用される規制準拠の標準を詳細に規定しています。
 
ここでは、産業用クラウドが社内のデータ集約と共有のためのソリューションを提供するだけでなく、産業用データの所有者がデータをサービスに変換してビジネスの価値を高める方法についても詳しく説明します。

産業用クラウドプラットフォームの脳と神経系：分散制御システム(DCS)

クラウドネットワーク接続が産業用クラウドプラットフォームの手足であるとすれば、分散型制御システム（DCS）はその脳と神経系であると言えます。分散型制御システム（DCS）は、複雑な生産プロセスを制御・監視するために産業用アプリケーションで利用される制御システムの一種です。一般的な産業環境では、同時に制御と監視を必要とするプロセスがいくつか存在します。DCSは、これらのプロセスを統合・調整し、性能と信頼性を向上させるために使用することができます。

DCSは産業用クラウドプラットフォームで活用され、プラットフォームを構成する様々なプロセスやシステムを制御・監視することができます。例えば、DCSは、製造工場の温度や湿度の制御、各種機械の性能の監視、材料や製品の流れの管理などを行うことができます。

産業用クラウドプラットフォームのDCSは、通常、以下のような複数のコンポーネントで構成されています。

• コントローラー：プラットフォーム内の様々なプロセスを制御するために使用される機器。さまざまな場所に分散して設置することができるが、中央の制御システムに接続できることが必要です。
• センサー：プラットフォーム内の様々なプロセスのパフォーマンスを監視するために使用される機器。温度、圧力、流量、その他の変数を監視するために使用されます。
• HMI（Human-Machine Interface）：オペレータがDCSと対話できるようにするインターフェース。グラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）やコマンドライン・インターフェース（CLI）などがあります。
• 通信ネットワーク：DCS内の全機器を接続するネットワーク。これは、プラットフォームの特定の要件に基づいて、有線または無線のネットワークを利用します。

 
DCSは、すべてのプロセスとシステムが効果的に動作することを保証する産業用クラウドプラットフォームの重要なコンポーネントであることは明らかです。

DCSの核となるコントローラー

DCS（分散型制御システム）は、工場内の産業プロセスを制御・監視するためのコンピュータシステムであり、DCSの中核をなすのがコントローラです。DCSにおけるコントローラーの設計と実装は、以下のような重要な課題を解決しなければならない難題であることは想像に難くありません。

• プロセスのダイナミクス: プロセス内の活動は複雑でダイナミックであることがあります。プロセスのダイナミクスを理解することは、効果的なコントローラーを設計する上で非常に重要です。制御装置は、プロセスの変化に対応し、信頼性の高い動作を維持することが求められます。
• 制御アルゴリズムの選択: DCSで使用できる制御アルゴリズムには、比例・積分・微分（PID）、モデル予測制御（MPC）、ファジーロジックなどがあります。プロセスに応じて適切なアルゴリズムを選択することが、最適な制御性能を実現するための鍵になります。
• コントローラーのキャリブレーション: 制御アルゴリズムを選択したら、最適な性能を確保するためにコントローラをキャリブレーションする必要があります。これは、安定性を維持しながら、必要な設定とプロセス変数の間の差を最小化するために、コントローラのパラメータを校正することを含みます。
• 通信とネットワーク: DCSコントローラーは、複数のノードに分散して配置されることが多く、ネットワークで接続する必要があります。ノード間の信頼性の高い通信を確保することは、遅延やデータ損失などの制御性能への影響を防ぐために非常に重要です。
• ネットワークの安全性: DCSコントローラーは、インターネットなどの外部ネットワークに接続する必要があることが多く、サイバー攻撃に対して脆弱です。不正アクセスや悪意のある攻撃からDCSを保護するための強力なネットワーク・セキュリティ対策の導入が必要です。
• メンテナンスとアップグレード: DCSコントローラーは複雑なシステムであり、最適なパフォーマンスを確保するために定期的なメンテナンスとアップグレードが必要です。ダウンタイムを減らし、生産の中断を防ぐ必要があるため、産業用生産環境ではこれが課題となる場合があります。

以上のことから、DCSにおけるコントローラの設計・実装は、豊富な業界知識と経験の蓄積が必要な作業であることがわかります。産業用クラウドプラットフォームが、クラウドプラットフォームの中で最もエコシステム属性を含んでいるのは、このためと言えるでしょう。企業は、このプラットフォームの共同構築において、エコシステムパートナーのポテンシャルを十分に活用することができます。例えば、STマイクロエレクトロニクスは、ハードウェアとソフトウェア開発における専門知識を提供し、IoT産業用クラウド・プラットフォーム特有の課題と要件を解決する特定の製品とサービスを企業の顧客に提供することができます。このような協業モデルにより、企業の開発者は垂直アプリケーションの付加価値開発に集中し、ノードからクラウドへの接続の複雑さはSTMのチームに引き継ぐことができます。

産業用クラウドプラットフォームの将来と展開

産業用クラウドプラットフォームの開発は、現在、力強く成長する段階にあります。この成長を促進する主な要因は、以下のようにまとめられます。

• ターゲティング: 企業の専門性が高まったことで、特定の要件に的を絞ったソフトウェアソリューションが求められるようになりました。一般的なクラウドプラットフォームは、産業界で必要とされる特定の特性や機能を備えていないため、産業用クラウドプラットフォームがこれらのソリューションを提供します。
• 効率性: 従来の社内ソフトウェアソリューションと比較して、産業用クラウドプラットフォームは、大幅なコスト削減とパフォーマンスの向上を実現します。クラウドベースのインフラと規模の経済により、産業用クラウドプラットフォームは、社内で開発された従来のソフトウェアソリューションと比較して、強力なソフトウェア機能をより低いコストで提供することができます。
• 競争力: 産業用クラウドプラットフォームは、業界の最新技術やベストプラクティスを提供することで、企業の競争力を維持するのに役立ちます。産業用クラウドプラットフォームを利用することで、企業は独自のソフトウェアソリューションを開発・保守する必要なく、急速に変化する技術トレンドや規制要件に対応することができます。

最近、ガートナーが北米と欧州の企業を対象に調査を行ったところ、回答者の約40％がすでに産業用クラウドプラットフォームを導入していることが判明しました。また、約15%の企業がパイロットプログラムを実施しており、さらに15%の企業が2026年までの導入を検討しています。産業用クラウドプラットフォームに詳しいインタビュー対象者のほとんどは、自分たちが業界固有のクラウドプラットフォームを導入しているか、または検討していると考えています。ガートナーは、2027年までに50%以上の企業が産業用クラウドプラットフォームを適用し、主要なビジネスイニシアチブを加速させると予測しています（2021年時点では、これらの手法を採用している企業は10%未満です）。

産業分野での競争力を維持するために、より多くの企業が専門的なソフトウェアソリューションに目を向けるようになり、産業用クラウドプラットフォームの開発は、品質とパフォーマンスの両方を向上させるための不可欠なエンジンとなることは明らかです。