OPC UA IoT Agnet と Facility Enabler : マニュファクチャリング・データをコンテキストに変換

データ・エコノミーはマニュファクチャリング産業に革命を起こしますが、この革命 (進化)は大企業と中小企業の間のギャップを鋭くするリスクを伴います。データは未来のエコノミーの原油ですが、ほんの一部の大企業がプラットフォームやスキルの面で投資に余裕があります。中小企業は、低コストで使いやすくオープンな機器を提供していない限り、データ駆動のデジタル・トランスフォーメーションに遅れを取るリスクがあります。

このブログでは、様々なデータソースを統合できるオールインワン・ソリューションを提供することで、このギャップを埋め、データ駆動型のデジタル・トランスフォーメーションに向けて中小企業支援を目的としたオープンソース・プラットフォームを紹介します。これは達成された統合情報スペースの上に全面的に開放されたサービス・エコシステムの開発を可能にします。したがって、中小企業は、大規模企業のデジタル化と同等の低コストで高度に構成可能なソリューションを提供することができます。

この目的のために、ENGINEERING は FIWARE エコシステム内でいくつかのソリューションを開発してきました。このブログでは、OPC UA の IoT Agent と Facility Enabler という2つの最新の開発について説明し、マニュファクチャリング産業向けのオープンソースとデータ駆動アプリケーションの完全な組み合わせを実現します。技術的説明は、達成された実験結果を示すことができる Didactic factory で開発中のテスト・シナリオによって補完します。

スマート・ファクトリーからのインダストリアル IoT データの活用

OPC UA IoT Agent は、OPC UA サーバが FIWARE Context Broker および コンテキスト情報管理 OMA/NGSI 標準と接続することを目的としており、OPC UA が唯一の推奨事項として挙げられている RAMI 4.0 仕様に従ってマニュファクチャリング・データを FIWARE に持ち込む “コミュニケーション” 層を実現するためのものです。

図1 OPC UA IoT Agent のメイン情報フロー

FIWARE OPC UA IoT Agnet は、マニュファクチャリング工場から来るモーション・ストリームのインダストリアル IoT データを他のFIWARE ヘテロジニアスなデータソースおよびデータセットと相互接続することができます。したがって、FIWARE OPC UA IoT Agnet は、”予測的メンテナンス”, “サプライチェーンの最適化”, “高度な生産計画とスケジューリング” または “エネルギー管理” の分野などの OPC UA および OMA/NGSI データソースの両方を必要とする高度な “Context Aware” (コンテキスト認識) サービスおよびスマート・アプリケーションの開発を可能にします。

図2 OPC UA IoT Agnet プッシュ動作モード

OPC UA IoT Agent を動作可能にするために、OPC UA ソースと、このフレームワークによって提供される処理および可視化機能を接続できるエンド・ツー・エンドのソリューションを提供するために、次に説明する Facility Enabler のスコープ内で統合されています。

ファクトリーの有効化 – インダストリ IoT ポテンシャルのロック解除

“Facility Enabler” は、センサ、マニュファクチャリング・システム、機械などのヘテロジニアスなデータ・プロバイダからの散乱したデータをクロール、収集、統合、分析、レンダリングするための、FIWARE を搭載した IoT プラットフォームです。これにより、マルチ・ドメインのデータ統合、ハーモナイゼーション、およびマルチデバイスの相互運用が可能になります。Facility Enabler は、収集されたデータに基づいて革新的なアプリやダッシュボードを容易に開発し、インダストリ・プラントや都市センサーなどの複雑なシステムを監視、分析、制御するための一連のツールを提供します。Facility Enabler は、顧客に対するベンダーのロックインを回避し、異なる顧客間でのアプリやダッシュボードの迅速な再利用をサポートします。

主な機能は次のとおりです :

• ウェブからのデータソースの発見
• データ情報の収集と品質評価 : Web からのデータソースの検出と “Single Point of Knowledge (SPOK)” (知識の単一ポイント) の作成におけるサポート
• デバイス登録 : 標準プロトコル (HTTP, MQTT, AMQP, SigFox, CoAP, OPC UA) を介して任意のデバイスまたはシステムをプラグインすることができます
• データ統合とハーモナイゼーション : さまざまなデータソースからのデータをグラフィカルに統合し、NGSI LD FIWARE データモデルのあらゆる種類のデータ構造をラップすることができます
• ユーザ・フレンドリーなダッシュボードによるデータの分析とレンダリング : SPOK に存在するデータに依存するアプリケーションやダッシュボードの作成を支援し、さまざまな顧客間で再利用できます

Facility Enabler ツールの中でも、IoT Device Manager はデバイスやインダストリアル・システムの登録を可能にします。それは、FIWARE IoT Agents を使用して、デバイスおよびシステムと通信し、コマンドを送信し、それらの状態を監視します。

図3 デバイス状態の監視

Data Mashup editor は、Facility Enabler の重要なツールです。それは、NGSI LD FIWARE データモデルのフォーマットでのデータ構造 (例えば、デバイス・データ、オープンデータなど) のマッピングをグラフィカルに実行して、異なる顧客間で容易に再利用できるアプリケーションおよびダッシュボードを作成することを可能にします。

図4 FIWARE データモデルのマニュファクチャリング・システムからのデータの調和

Data Mashup editor と調和したデータは、デバイスの監視と制御、データの利用を可能にする再利用可能なダッシュボードを介して視覚化することができます。Facility Enabler は、FIWARE プラットフォームを搭載した City Enabler を含む ENGINEERING によって提供された同じ Enabler ファミリーの一部です。

テストベッド : モニタリングされた生産ラインをフルコントロールで提供

FIWARE OPC UA IoT Agent は、Hannover Messe 2018 で発表されました。すでにいくつかのシナリオでテストされ実験されており、他のオープンソース・ソリューションと統合されています。OPC UA IoT Agnet と前述の Facility Enabler の統合を評価するため、専用のテストベッドが開発されました。これは FESTO が提供する Didactic Factory に基づいています。実験のセットアップには、14の OPC UA サーバが含まれ、7つの作業ステーションに設置され、エネルギーと MES データの両方を取得します。この実験の主な目的は、モニタリングされた生産ラインを完全に制御できるエネルギー管理アプリケーションを開発して、ステーションの電力状態を効率的に管理し、待機状態に有利​​な機械のアイドル時間を短縮することです。たとえば、直前のステーションがジョブを完了すると同時に、ラインを制御してステーションをオンにします。

図5 FESTO Didactic factory の実験用テストベッド

実験セットアップ中に、OPC UA IoT Agent の機能が向上し、OPC UA ソースの管理が容易になりました。この目的のために、エージェントには新しい構成 API セットが提供されています。IDAS API を出発点としてエージェントは、OPC UA サブスクリプションを管理するデバイスの作成、更新、削除をサポートするように強化されています。説明された実験では、新しい OPC UA デバイスが IoT デバイス・マネージャを介して登録されると、OPC サブスクリプションが OPC サーバに送信されるので、サーバはセンサのデータをエージェントに送信し、エージェントはこれらのデータを NGSI LD フォーマットで Orion Context Broker に転送します。サブスクリプション・メカニズムを介して、Data Mashup Editor はデータを受け取り、それを FIWARE データ・モデルに変換して (つまり、実験では Device Data Model を使用）Orion Context Broker の別のコンテキストにパブリッシュします。

次の図には、FESTO Didactic factory テスト環境の状況を監視するために設計されたインタラクティブなダッシュボードが表示されています。具体的には、特定のオーダーに関連する部品の作業状況、その部品を動作させる機械の動作条件、および各機械に関連するいくつかのエネルギー・パラメータの現在の状態をリアルタイムでチェックすることが可能です。たとえば、有効電力、圧力、および空気の流れです。さらに、機械ごとのエネルギー・パラメータの進化についての明確な概観を得るために、履歴データを収集してグラフで視覚化します。ダッシュボードは NGSI LD でハーモナイズしたデータで動作するため、新しいハーモナイゼーション・マッシュアップを作成することにより、他のマニュファクチャリング・アプリケーションや HMI に簡単に再利用して追加することができます。

図6 OPC UA を介して通信する製造システムを監視するためのダッシュボード

Guest Post by Angelo Marguglio (Research Area Manager and Head of the “Smart Industry and Agrifood” Unit, Engineering Ingegneria Informatica SpA) and Giovanni Aiello (Project Manager, Engineering Ingegneria Informatica SpA)