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Industrie4.0とIoTの活用事例のご提案 ~レガシーな産業制御システム、既存アプリ資産の活用、ソフトウェアPLC、セキュリティ~
目次
1.Industorie4.0と産業分野でのIoT活用の動向
2.IoT技術の産業分野への活用について
3.IoT技術の活用 ~情報の収集~
4.IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
5.IoT技術の活用 ~情報の安全対策~
6.まとめ
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Industrie4.0と 産業分野でのIoT活用の動向
産業分野でのIoT活用の動向
USA オーストリア スイス
ドイツ
・GE ・IBM ・Intel ・CISCO ・AT&T
・SIEMENS ・BOSCH ・SAP ・ABB ・
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Made In China 2025
Industrie 4.0 とは
ドイツ政府が交付した、「High-Tech Strategy 2020 Action Plan」という戦略的施策の1つ ・製造業高度化に向けた産官学共同のアクションプラン ・生産拠点としてのドイツの未来を確実なものにするため施策 ・製品輸出、および製造技術輸出のデュアル戦略 ・IoT技術の生産過程への活用 ・CPS (Cyber-Physical Systems)でネットワーク化された 「考える工場」 CPS:現実の工場内の状況をコンピュータ上で仮想的に再現し、コンピュータ内の シミュレーションにより現実の工場内でのあらゆる動きを把握することで、 製品の品質向上、納期短縮、生産性向上、故障検知などを実現する。
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Industrie 4.0 = 4度目の産業革命
出典: Industrie4.0プラットフォーム
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Industrie 4.0 で出来ること
ひとつのラインで大量生産 仕様外は特注
顧客ニーズに合った製品の 少量多品種生産を自在に
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CPS(Cyber Physical System) による変革
開発・生産・サービスといった製品のバリューチェーン上のプロセスで扱う情報を、細かくリアルタイムに吸い上げる
(IoT技術の活用) 効率、品質、生産性、信頼性を大幅に向上させ、かつ
商品の市場投入までの期間を短縮する
市場ニーズや、工場の稼働状況、原材料の状況に応じて、最適な製品を、最適な時期に、最適な量生産し、市場投入できるようにすることを狙う
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コントロールアーキテクチャの変遷
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現在
垂直統合型 オートメーション ネットワーク
将来
分散型 スマートCPS ネットワーク
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Industrie4.0 ロードマップ
日本における産業分野でのIoT活用の動向
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日本における産業分野でのIoT活用の動向
出典: https://www.vec-community.com/ja/salon/2015/1
日本における産業分野でのIoT活用の動向
13 出典: 経済産業省 2015年版ものづくり白書より
日本企業の取りうる選択肢
1.日本の独自規格を策定し、海外勢と同等の標準化活動を行う。 (懸念:ガラパゴス化? 日本だけで孤立?) 2.海外の規格化動向を注視しておき、標準化のタイミングを 見計らって同調する。(懸念:どの国の標準? 強みの喪失?) 3.海外の規格化動向を注視しておき、必要な規格だけを必要な タイミングで導入する。(懸念:つぎはぎだらけのシステム?)
いずれの場合も、工場内の情報収集、データ蓄積のためのIoT技術の導入は不可欠! → まずは IoT技術の工場への活用を行い、 来たるべき革新に備えておくことが重要と考えられる!
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IoT技術の産業分野への活用方法
IoT時代のICT技術 – 主要な技術
組込み技術 センサ技術、マイコン技術、 無線(ネットワーク)技術
Industrie 4.0 Industrial Internet
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クラウド技術 データベース技術
・組込みセンサノード/ゲートウェイ ・機能安全 ・セキュア遠隔監視/M2M ・リアルタイムOS及び制御 ・IEC61850、IEEE1888 ・OpenADR ・HEMS、BEMS、MEMS、CEMS ・有線/無線LAN、ネットワーク
ゲートウェイ
・産業 ・医療 ・交通 ・物流 ・農業 ・エネルギー ・
IoTの流れ-情報の取得
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・サーバ技術 - キャリアグレードLinux - データベース - WEBサーバ - リアルタイムアプリケーション - 基幹システム - パブリッシュ/サブスクライブ通信 - 仮想化
クラウド
インターネット
ビッグデータ データセンタ
• ビッグデータとして蓄積 • 高速、安全にデータを処理
IoTの流れ-情報の収集、蓄積、処理
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・産業 ・医療 ・交通 ・物流 ・農業 ・エネルギー ・ ・
新たなビジネス創出のチャンス
• 知りたい情報を、何時何処でも入手可能 • 個人々に必要なデータを最適に加工済み
IoTの流れ-情報の利用
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IoT技術の産業分野への活用方法
IoT技術の産業分野への比較的導入の容易なものとして、 次の3つの活用方法が考えられる (1) 情報の収集のためのIoT技術の導入 → 既存設備のネットワーク対応、標準通信規格のサポート 各種センサの設置、ネットワーク化 (2) 情報の保存、管理のためのIoT技術の導入 → 標準通信規格対応ソフトウェアPLC、 組み込みデータベース、既存アプリ資産のLinux対応 (3) 情報の安全対策(セキュリティ確保)のための IoT技術の導入 → 暗号通信ソフトウェア
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IoT技術の活用 ~情報の収集~
IoT技術の活用 ~情報の収集~
(1) 情報の収集のためのIoT技術の導入
– Lantronix社製品(シリアルーLAN変換器)を使った
ソリューションのご提案
– 導入事例① 太陽光発電
– 導入事例② RFIDリーダ
– 導入事例③ 蓄電池のネットワーク対応
– 導入事例④ 工場内システムの遠隔監視
– 産業用コンピュータへのドライバ開発事例
- 導入事例⑤ フィールドバスのプロトコル変換
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太陽光発電による発電量を観測し、遠隔地にある監視センターからのモニタリングを可能に
パワーコンディショナー
電力量計
RS485 LAN
UDS1100
採用のポイント ・RS485 のサポート ・FWカスタマイズに よる独自通信サポート
IoT技術の活用 ~情報の収集~
導入事例① 太陽光発電の遠隔監視システム
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IoT技術の活用 ~情報の収集~
導入事例② RFIDリーダのネットワーク対応
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IoT技術の活用 ~情報の収集~
蓄電池
シリアル
ECHONET Lite コントローラ
独自通信 ECHONET Lite 通信
独自機能の標準通信規格への対応例
ECHONET Lite対応 蓄電池
導入事例③ 蓄電池のネットワーク対応
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シリアルI/Fを搭載している機器に対して、各機器の独自 通信コマンドをECHONET Lite に変換するアプリを組込み、専用のECHONETアダプタ として機能させることが可能
IoT技術の活用 ~情報の収集~
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導入事例④ 工場内システムの遠隔監視
・積算電力量計測 ・電流値計測 ・電圧値計測 ・力率計測
・温・湿度計測 ・稼働状況
IoT技術の活用 ~情報の収集~
導入事例⑤ フィールドバスのプロトコル変換
OS~ミドルウェア~アプリケーション ソフトウェアのトータルソリューション提供
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IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
(2) 情報の保存、管理のためのIoT技術の導入
– 標準通信規格対応ソフトウェアPLC • 導入事例⑥ 搬送用ロボット制御
– 他のソフトウェア技術によるIoT実現事例
• 導入事例⑦ 高速データベース活用事例 • 導入事例⑧ 機能安全取得済みリアルタイムOS • 導入事例⑨ WEBによる監視画面作成(CogentDataHub) • 導入事例⑩ 仮想OSによる既存アプリ活用事例
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IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
導入事例⑥ ソフトウェアPLCによる搬送用ロボット制御
各ロボットAPI(モーターを制御カードに添付 されているデバイスドライバ)をISaGRAFの C言語ファンクションからコールするようにした。 こうすることで、アプリケーション開発とC言語 ファンクション開発を分離することができるよう になった。これにより、ロボット動作のアプリを SFCを用いて記述することが可能となり、 ・開発工数の低減 ・C言語プログラマ以外でもアプリケーション開発可能 というメリットが得られた。 また、ISaGRAFは通信にMODBUSプロトコルをサポートしているので、プログラマブル表示器との接続も簡単にでき、容易にティーチングボックスを構成することができた。
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ソフトウェアPLCのメリット ~多言語対応~
初のIEC61499 IEC61131 言語
ラダー ダイアグラム(LD)
構造型 テキスト(ST)
インストラクション リスト(IL)
シーケンシャル ファンクション チャート(SFC)
ISaGRAF ワークベンチ
IEC 61499
ANSI C
加えて
ソフトウェアPLCのメリット ~分散制御への適用~
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•複数のコントローラーを同時に制御できる分散制御に対応
•生産プロセス全体をプログラミングすることも可能
アプリケーションA アプリケーション B アプリケーションC
IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
導入事例⑦ 高速データベース、リアルタイムOS
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導入事例⑧ 機能安全取得済みリアルタイムOS
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IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
安全度水準SIL3までのIEC61508機能安全認証取得を必要とする リアルタイム動作環境の提供
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導入事例⑨ 水力発電所の遠隔監視システム
IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
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導入事例⑩ 既存アプリ資産の活用
IoT技術の活用 ~情報の保存、管理~
仮想OS(μITRONエミュレータ)を 活用することで、μITRONプラッフォーム上で開発された既存産業用アプリケーションソフトウェアのLinuxプラットフォームへの移植が可能。 安定稼働の実績のある既存アプリケー ション資産の実績を保ちつつ、OSをLinuxに変更することで、最新のネット ワーク技術への対応も容易にすることが 出来るため、新システムへの移行を低リスクに実施することが出来る。
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IoT技術の活用 ~情報の安全対策~
IoT技術の活用 ~情報の安全対策~
(3)情報の安全対策(セキュリティ確保)のための IoT技術の導入
– 暗号通信ゲートウェイ装置 • 導入事例⑪ 暗号通信対応 Modbus-LAN変換器
– 暗号通信ソフトウェア
• 導入事例⑫ 産業機器とPC間通信の暗号化
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IoT技術の活用 ~情報の安全対策~
導入事例⑪ 暗号通信対応 Modbus-LAN変換器
特徴: ・シリアルポートを持った機器を、 SSHもしくはSSLによる暗号化通信にて、 ネットワーク化 ・Modbus通信にも対応 ・DINレール用アダプタも用意しており、 工場内での設置も容易
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IoT技術の活用 ~情報の安全対策~
導入事例⑫ 産業機器とPC間通信の暗号化
SFTPを利用してプログラムを暗号化し、暗号化された状態のまま産業機器内部の記憶媒体に格納し、動作時に暗号を解除し平文としてRAMに格納して動作させる事で、ノウハウの塊であるプログラムを守り、ノウハウの漏洩を防止を実現。SFTPは暗号化されたファイル転送ソフトウエアで、暗号通信ソフトウェア(EW-SSH)をカスタマイズする事で開発。
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まとめ
まとめ
Industrie4.0はIoT技術の生産過程への活用による 製品輸出、および製造技術輸出のデュアル戦略
製造システムにおける各層でのネットワークの標準化 で何が主流となるのかまだ予測できないが、IoT技術の 導入を進めることは可能
IoT技術の導入として、まずは既存設備のネットワーク化 や、データ収集・解析のしくみ作りを行うことが有用
今後、セキュリティ対策も重要となってくるため、徐々に準備を進めておくことも必要
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ご清聴ありがとうございました