インダストリアル インターネットは、次世代情報テクノロジーと産業経済との密接な統合によって形成される新たなビジネス モデルおよびアプリケーション パラダイムとして、産業企業がデジタル トランスフォーメーションを達成するための重要な基盤として機能します。{0}近年、主要産業の生産特性や問題点に合わせたイノベーションを通じて、多数の統合ソリューションが登場しています。例としては、ハイエンド機器の製造におけるサプライ チェーンの連携、主要機器の遠隔操作とメンテナンス、鉄鋼業界における省エネと排出削減、石油化学部門における生産安全性の監視などが挙げられます。{3}}これらのソリューションは、産業用インターネットの集約効果と増幅効果を最大限に活用し、製造業のデジタル変革を推進し、品質向上、コスト削減、効率向上という中核となる価値を提供します。
産業用インターネット プラットフォームは、大量の産業データを集約、統合、保存、処理、コンピューティング、分析する機能を提供し、企業が統合されたフル ライフサイクルの運用制御データ プラットフォームを構築できるようにします。{0}多数のプラットフォーム-関連テクノロジーが継続的に反復され、進歩しています (例: マイクロサービス コンポーネント、コンテナ、バッチ データ処理、ストリーム処理)。これらのテクノロジーにより、業界知識の蓄積、ハードウェアとソフトウェアの分離、革新的なアプリケーションの迅速な展開を加速しながら、異種の大規模な産業データの詳細な分析を実行できるようになります。{6}}ただし、これらの高度なオープンソース テクノロジーは基本的に、企業がインテリジェントな製造を実現するのに役立つツールであり、それ自体が最終目標ではないことを私たちは認識しています。{8}}このようなプラットフォームを活用することで、大企業は製造範囲全体にわたって生産を最適化し、資産と運用のバリュー チェーン全体を強化し、最終的にライフサイクル全体にわたる価値の最適化を達成できます。{11}}たとえば、アブダビ国営石油会社 (ADNOC) グループは、パノラマ デジタル コマンド センターを活用して、本社から 14 の事業会社の資産と運用パフォーマンスを一元的に監視し、最適化しています。予知保全やバリューチェーン最適化などのソリューションを通じて、グループにとって6,000万ドルから1億ドル相当の潜在的な価値最適化の機会を特定しました（石油およびガスのバリューチェーン最適化ソリューションの提供、資産と運用のバリューチェーンの統合、生産と運用利益の最大化）。
インダストリアル インターネットは、企業、ユーザー、製品を接続することによるサービス拡張、ネットワーク化されたコラボレーション、パーソナライズされたカスタマイズなどのシナリオで多数のソリューションを提供します。ただし、インテリジェントな生産シナリオはまだ模索段階にあり、企業は依然として生産運用において大きな課題に直面しています。
今日の製造企業が直面する課題
市場の課題: 世界的な経済と市場の不確実性により、メーカーは、原材料とエネルギーのコストの変動に対処しながら、より頻繁でペースの速い市場の需要に適応するために戦略を迅速に調整する必要に迫られています。{0}この傾向により、企業は運営アプローチの再考を迫られています。企業は、機器の調達サイクル、新製品の開発スケジュール、市場投入までの時間を短縮しながら、継続的に新製品を発売する必要があります。--需要-主導でサプライ チェーン-を調整した最適化ビジネス モデルと、特にディスクリート製造部門にとって重要な大規模-混合-ライン生産-などの柔軟な生産システムを確立する必要があります。
人材と知識の維持に関する課題: 古い世代の労働者が退職するにつれて、彼らが持つ制御システム、運用、保守に関する専門知識が失われるリスクがあります。産業企業は、労働力の移行による重大な課題に直面しています。新世代のデジタル ネイティブは、産業オートメーションの知識が自分たちが使用するシステムに組み込まれることを期待していますが、従来の OT 人材はますます不足しています。
総コストとコンプライアンスにおける課題: 持続可能な開発を可能にするために、ますます厳しくなる国の環境保護法および規制を遵守しながら、新規建設プロジェクトと運営経費のコストを最適化および削減する方法。
産業管理者は、インダストリー 4.0 と産業用インターネット技術がこれらの新たな課題への対処に役立つことを期待しています。業界アナリストは、より柔軟な次世代生産テクノロジーにより、製造の生産性が 30% 向上する可能性があると推定しています。{2}ただし、調査によると、60% の企業がパイロット段階を超えてプロジェクトを進めることができていないことも示されています。この結果は、人材、プロセス、テクノロジーに関連するさまざまな要因から生じます。技術面では、ほとんどの製造業者は、主に稼働中のプラントシステムが閉鎖された独自のセットアップのままであるため、これらのイノベーションからより高い収益を達成するのに苦労しています。 DCS および PLC システムが産業オートメーションに参入した 1970 年代以来、独自のシステムが進化してきました。これまで、市場はハードウェアとソフトウェアのバンドル モデルを中心に発展しており、各オートメーションおよび情報システム ベンダーは独自のソフトウェア エコシステムを構築してきました。そのため、ユーザーは複数の OT および IT システムを保守する必要があり、システム ベンダーへの依存度が高くなります。
産業用インターネットのエッジにおける現在のボトルネック
非-デジタル アーキテクチャ-最新の自動化システムのほとんどは、リアルタイム制御用に高度に最適化されていますが、IT ドメインから出現した急速に進歩するテクノロジーを活用できません。{2}分析、人工知能 / 機械学習、オブジェクト指向アプローチ、サービス指向アーキテクチャ{{6}などを含む、これらの-最先端のデジタル テクノロジー-は、インテリジェントな製造を実現するために不可欠です。-
ハードウェア-中心のビジネス モデル-ハードウェアの強化により既存の制御環境を最適化できますが、デジタル トランスフォーメーションの最も重要な側面ではありません。本当の鍵は、運用テクノロジーの課題にインテリジェントに対処するソフトウェア主導のイノベーションにあります。{3}}その結果、ビジネス価値はハードウェア主導のモデルからソフトウェア主導のモデルに着実に移行しています-。{6}}
独自システムの制限-現在、あるシステム用に開発された自動化アプリケーションを別のシステムで実行することはできません。しかし、IT 業界では過去数十年にわたり、Linux などのオープン オペレーティング システムによってサードパーティ アプリケーションの開発が促進され、エコシステムの急速な拡大と、複数の業界や市場セグメントにわたるビジネス ニーズを満たす豊富なソフトウェア ポートフォリオの作成が可能になりました。-残念なことに、産業分野における独自のシステムはイノベーションへの障壁を生み出しています。ユーザーは合理的なコストで生産システムを効率的に強化したり、さまざまなサプライヤーのクラス最高の製品を統合して適合させることができません。{4}彼らのイノベーションのペースは、独自のシステムベンダーへの依存によって制限されています。これらの障壁は最終的に企業の総コストを増加させます。
OEM にとっての課題は、2 つの優先事項のバランスを取ることです。それは、モジュラー設計時に仮想デバッグ機能を活用して仮想世界と物理世界を橋渡しすることです。それにより、コストを削減し、リスクを軽減し、市場投入までの時間を短縮します。{{0}{1}{2}{3}同時に市場を拡大し、ビジネスの成長を促進するために機械価値の付加サービスを強化します。-
システム インテグレーター (SI) は、オートメーション システムには IT ドメインと OT ドメインを接続するツールが不足しているという重大なギャップに直面しています。最終的には、非常に複雑なカスタマイズされたソリューションの開発に多大な人的リソースを投資せざるを得なくなります。重要なことは、このようなオーダーメイドのサービスは市場で広く再現することが困難であるということです。彼らは、業界の知識と業界特有のソリューションを保護するソフトウェア機能ブロックを求めています。これにより、価値の低いエンジニアリングの労力を削減できます（オブジェクトとプロセス アルゴリズムを複数のプロジェクトで再利用することで）。{3}これにより、技術専門家は製造、運用、保守 (MOM) プロセス内の問題点や課題の解決にさらに集中できるようになり、最終的にはより大きな価値を生み出すことができます。
エンドユーザー（EU）側では、これらの課題に早急に対処するために、計画外のダウンタイムを最小限に抑え、ピークシーズン中の製品配達を確実にし、外部のテクニカル サポートへの依存を減らすための包括的なシステム管理が緊急に必要です。製造の機敏性を確保し、需要の変化やメンテナンス スケジュールの変更時に生産の柔軟性を高めることができる、柔軟なシステム/生産ラインが求められています。
これらの問題を効果的に解決し、「ソフトウェア デファインド インダストリアル」デジタル産業エコシステムを真に確立するには、クローズド OT システム、規格、エコシステムの課題をその根源で解決する必要があります。{0}これには、オープン オートメーション システムと標準を採用すると同時に、追加の技術機能を統合して IT{2}} OT の融合を加速することが必要になります。
オープンオートメーションシステムの未来
将来の自動化システム アーキテクチャは、オープン性、分散展開、固有のセキュリティに向けて必然的に進化します。産業オートメーション技術とエッジコンピューティングは、これらのオープンシステムの基盤を形成します。従来の独自システムと比較して、オープン オートメーション アーキテクチャは次のような変化を示します。
オープン オートメーション アーキテクチャがエンジニアリング開発を加速し、システムの俊敏性、生産の柔軟性、全体的な効率を向上させることは明らかです。この変化は単なる技術的なアップグレードではありません。-プロセスと機械の設計方法を根本的に再定義します。独自のコントローラ向けの長期的で価値の低いプログラミングは、プラグアンドプレイの自動化システムに移行します。--これらのシステムは、広大なエコシステムによって開発された広範で徹底的に検証されたソフトウェア機能ブロックを活用します。これらは、組み込み制御システムから強力なエッジ インテリジェンス デバイスに至るまで、複数のベンダーの多様なハードウェアで実行されます。{9}}
オープン標準はオープン オートメーション システムの構築に不可欠であり、IEC 61499 はこの新たなフロンティアを開く重要な標準です。オブジェクト指向モデリング ルールを定義することで、制御対象の制御モデルとアルゴリズムを「ブラック ボックス」（ソフトウェア機能ブロック）にカプセル化します。これらの検証済みの機能ブロックはさまざまなシナリオで再利用できるため、反復的なプログラミング作業が大幅に削減されます。ユーザーにとっては、実装の詳細を知る必要がなく、提供される機能を理解するだけで十分であるため、開発者の知的財産が保護されます。従来の機能ブロックとは異なり、この規格で定義された機能ブロックは、周期的なスキャンではなくイベント トリガーに基づいて動作します。これは、IT ドメインにおけるオブジェクト指向の概念とプログラミング アプローチと一致しており、自然な IT/OT 融合テクノロジーとなっています。-コントローラーの CPU 効率と負荷分散の向上を促進し、分散システムに特に適しており、高度な IT テクノロジーを自動化システムにシームレスに統合できます。この規格では、アプリケーション モデル、システム モデル、デバイス/リソース モデルのルールもさらに定義されています。これらを統合すると、ユーザーは基盤となる自動化ハードウェアから独立してアプリケーションを設計できるようになります。このハードウェア抽象化アプローチにより、プロジェクトのタイムラインが短縮され、機器メーカーへの依存が軽減されます。機能ブロックのオブジェクト指向開発と組み合わせることで、生産ラインや設備のオンライン調整が大幅に簡素化されます。-当然のことながら、この規格には、基本的な機能ブロックを複合ブロックに構成する方法や、異なる機能ブロックを（単純なドラッグ アンド ドロップによって）迅速に接続するための方法も提供されており、ソフトウェア プログラミングのデバッグ作業負荷とプログラム エラー率が大幅に削減されます。要約すると、デバイスの相互運用性、システムの再構成可能性、およびソフトウェアの移植性を実現することがその中心的な目的です。 Open Process Automation Forum (OPAF) や International Association of Process Industry Automation Users (NAMUR) などの組織は、現在エンドユーザーの参加によって主導されており、この標準に基づいた既存の独自のオートメーション システム フレームワークからの移行を提唱しています。-これはこの追求の最良の例です。
近年、エッジコンピューティング技術も急速に発展しています。コンテナテクノロジーは、エッジ制御用にアプリケーションをバッチ更新/アップグレードし、タイムリーなデータ送信と処理を保証するための効果的な方法を提供します。コンテナー テクノロジー (主に Docker) と、Kubernetes などのコンテナー オーケストレーション ツールは現在成熟しつつあります。マイクロサービス アーキテクチャは、エッジでのリソース利用効率を継続的に向上させ、機能の分離と再利用を促進し、アプリケーション開発を加速し、エッジ コンピューティング テクノロジの主要なトレンドとなっています。 OPC UA や Time Sensitive Networking (TSN) などの標準は、フィールド デバイスの相互接続のための国際フレームワークと決定論的ネットワークを提供し、産業アプリケーションにおける多様なデータ送信と交換の要件を満たします。これらの次世代情報通信テクノロジーと IEC 61499 標準テクノロジーとの統合により、オープン オートメーションの進歩が加速します。{6}}このオープン性は標準だけでなく、ネットワーキング、ハードウェア、ソフトウェア、システム アーキテクチャにも及び、工場や作業場でデジタル化、ネットワーキング、インテリジェンスを実現するための強固な基盤を築きます。
オープン オートメーションは産業用インターネットの急速な発展を推進し、最終的にはエンド ユーザー、システム インテグレーター、OEM の問題点に対処します。このアプローチにより、柔軟な生産が実現され、市場投入までの時間が短縮され、エンジニアリング時間とコストが削減され、運用効率と生産効率が向上し、知的財産が保護されます。--実際、国際的なサードパーティ企業による最近の比較調査では、このことが効果的に強調されています。典型的な小規模な自動化プロジェクト (アプリケーションの作成、関連データベースのインポート、ロジックの確立、デバイスの構成、HMI の開発、プロジェクトの展開を含むタスク) を完了するには、従来の自動化ソフトウェア ツールでは 40 時間を要しました。-対照的に、オープン オートメーション システムを使用すると、この時間が 68% 短縮されました。システムの俊敏性をテストするために、デバイス間でコントローラーを手動で交換し、元のデバイス用に新しいコントローラーを構成しました。これらの操作は、従来の独自システムでは煩雑であることが判明しましたが、オープン オートメーション システムでは 70% ～ 80% 高速に実行されました。
要約すると、将来のインダストリアル インターネットが現在のボトルネックを克服し、産業企業のデジタル トランスフォーメーションをさらに深く広範囲に進めることができるかどうかは、新しい概念、アーキテクチャ、標準に基づいて構築されたオープン オートメーション システムを確立するかどうかにかかっています。従来のハードウェア-中心の独自システムは、ソフトウェア-中心のオープン システムに置き換えられます。より多くのクラウド テクノロジーがエッジ コンピューティングに適用され、大規模な IT 人材プールがこのオープン フレームワーク内で産業アプリケーションの知識と深く統合できるようになります。インダストリアル インターネットは、このオープン エコシステムを活用することで、健全で持続可能な道を切り開くものと予測できます。