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統一ネームスペース(Unified Namespace - UNS):IIoTデータ管理のための次世代データファブリック

Jaylin
Jul 24, 2023
統一ネームスペース(Unified Namespace - UNS):IIoTデータ管理のための次世代データファブリック

IoTの時代において、産業用モノのインターネット(IIoT)は産業運営のゲームチェンジャーとして登場した。デバイス、機械、システムを接続することで、IIoTは産業プロセスのリアルタイム監視、分析、制御を可能にし、効率性、生産性、安全性を向上させる。

しかし、従来のIIoTシステムの断片化されたエッジデバイス、異種性、複雑性は、相互運用性、スケーラビリティ、セキュリティの面で大きな課題を提起している。Unified Namespace(UNS)フレームワークは、これらの課題に対処し、データ統合の簡素化、データアクセシビリティの向上、スケーラビリティの向上など、IIoT 4.0にいくつかの利点をもたらすことができる。

統一ネームスペースとは?

UNSの定義はまだ議論の余地がある。オートメーションの観点からは、UNSはデバイス、データポイント、サービスを場所、機能、タイプなどの属性に基づいて整理する一般的な命名規則である。しかし、ウォーカー・レイノルズによれば、UNSは単なる命名規則ではなく、5つの要件を満たすアーキテクチャである:

  • UNSはビジネスデータとイベントの意味階層構造である。
  • UNSはすべてのスマートデバイスとITインフラをつなぐハブだ。
  • UNSは、ビジネスにおけるすべてのデータと情報の真実の単一ソースです。
  • UNSは将来のデジタルトランスフォーメーションの基盤である。
  • UNSはビジネスの現状を伝える場所であり、ビジネスのリアルタイム・スナップショットを可能にする。

どちらの視点にも共通するのは、UNSがIIoTの他のあらゆる部分をつなぐオントロジー・コミュニケーション・レイヤーであるということだ。基礎となる技術やベンダーに関係なく、異なるシステムや関係者間のコミュニケーションやコラボレーションを可能にする共有データの交差点を提供する。

この交差点の共有は、IIoTシステムの相互運用性、拡張性、柔軟性の向上、統合コストの削減、市場投入までの時間の短縮につながる。

IIoT 4.0におけるUNSのもう一つの利点は、データ管理と分析の改善である。共通の命名規則を使用することで、UNSは異なるシステムやアプリケーション間でデータポイントを簡単に識別、アクセス、分析できるようにする。UNSアーキテクチャでは、セキュリティ権限さえあれば、社内の誰もがあらゆるIIoTコンポーネントのデータのあらゆる部分にアクセスできる。

UNSアーキテクチャーの進化

最初のUNSプロジェクトは、2005年にウォーカー・レイノルズ(Industrial 4.0 Solutions社長、2015年Ignition by Inductive Automation賞受賞)によって構築された。彼はUNSを提唱した最も重要な人物でもある。このプロジェクトは、エクセル・スプレッドシートを使った動的データ交換(DDE)を使って、塩の採掘場向けに構築された。翌年、プロジェクトはMQTT技術に適応された。

当初、ウォーカーはすべてのIIoTインフラをつなぐデータハイウェイの開発を計画していた。このデータハイウェイは、塩鉱山で使用されるすべてのスタンパ(採掘機)からデータを取得する役割を担っていた。メンテナンス担当者は、ヒューマン・マシン・インターフェース(HMI)やパネル・オフィスにある制御パネルをチェックするために、制御ブースにあるスクリーンまで車を走らせる必要がなくなる。すべてのオペレーションが1つのネームスペースに統一されているため、ユーザーは物理的に何マイルも離れた工場やプラント間を移動することなく、生産環境をモニターすることができる。

その後、UNSは進化を続け、今日ではIIoTの基本コンセプトとなっている。

統一ネームスペースと従来のIIoTデータモデルとの違い

インダストリー3.0では、通常、組織と製造工場を管理するERPまたはCRMシステムが存在する。このシステムは、倉庫管理システム(WMS)と連携し、オペレーターからの生産オーダーを受け、スケジュール、部品表(BOM)、作業オーダーを工場現場に発送する。製造工場は、スプレッドシートを介して中央オフィスとオペレーターに報告する。データはリアルタイムではないため、現在のビジネス状態を正確に反映することはできない。

Industry 3.0

もう1つの懸念は、企業がビジネスインテリジェンス(BI)や人工知能・機械学習(AI/ML)のような新技術の導入を決定した場合、これらのコンポーネントは通常、包括的なデータセットを必要とするため、従来のIIoT 3.0システムの一部分をベースにすることはできないということだ。しかし、統一されたデータセットを作成する簡単な方法はない。

さらに、ERPシステムは通常、工場の機械に直接接続することができない。これは、「データ・スパゲッティ」と呼ばれる非常に複雑なインフラにつながる。エッジとクラウド上で異なるネームスペースが動作し、それらが互いにオーケストレーションしてUNSを形成する。

UNS

次の図は、UNSの異なるレイヤーを示している:

The different layers of a UNS

スタックの一番下には、HMI/PLC などの物理デバイスがあり、データが生成される場所でもあります。各PLC/HMI、あるいは内部に情報を持つタグはネームスペースと呼ばれ、読み取り値とイベントをデータ収集レイヤにプッシュして、スーパーバイザ制御と監視を行います。データ収集のために、このレイヤに Neuron のような産業用ゲートウェイを配置するのが一般的です。

データ取得の上のレイヤーは製造実行レイヤー(MES)で、ERP/CRMと工場現場の間を調整し、販売注文を製造スケジュールに変換する。従来のERPレイヤーは、顧客の売上を処理し、製造計画を立て、在庫を管理し、ファイナンスの支払いをチェックする、などである。

トップはビジネス・インテリジェンス・クラウドで、ビジネス・レイヤーの管理に使用される。

統一ネームスペースの利点

組織で統一名前空間を導入することには、いくつかの利点がある:

  • 簡単な統合:IIoT環境におけるデータの生成者と消費者は、ネットワークに接続するだけで統合されます。製造現場からビジネスレイヤーまで、ビジネスの各レイヤーでデータを統合するために、専門的な専門知識やエンジニアリング作業は必要ありません。
  • 俊敏性の向上:UNSは、いつでもデータの現状にリアルタイムでアクセスすることを可能にし、より迅速かつ予測可能なテスト、計画、提供を可能にする。
  • 拡張性:データの生産者と消費者は中央のハブを介して統合され、直接接続されていないため、何百万ものノードを接続し、それらの間でシームレスな通信を可能にすることができる。

4種類のUNS

統一名前空間には、用途や方法論が異なる4つの種類がある。

機能的名前空間とOEE

機能ネームスペースとは、機能または目的に基づいて産業用ネットワーク内のデバイスとデータ・ポイントを編成することを指す。つまり、デバイスやデータ・ポイントは、物理的な場所やネットワークではなく、それらが実行する特定のタスクに基づいてグループ化されます。

例えば、製造工場では、生産プロセスに関連するデバイスとデータ・ポイントは機能ネームスペースにまとめられ、メンテナンスに関連するデバイスとデータ・ポイントは別の機能ネームスペースにまとめられるかもしれない。

通常、機能ネームスペースは、製造設備のパフォーマンスを測定するために使用される指標であるOverall Equipment Effectiveness(OEE)を測定するために使用されます。OEEは、リーン生産および継続的改善の取り組みにおいて重要な指標です。OEEは3つの要素を考慮します:

  • 可用性:設備が生産可能な時間
  • 性能:機器の動作速度
  • 品質:生産された製品のうち、要求された仕様を満たした製品の割合。

異なるデータソースとコンテキストを機能名前空間を介して組み合わせることで、メーカーはOEEを測定し、機器が不調な領域を特定し、効率と生産性を改善するための措置を講じることができる。

有益な名前空間

情報ネームスペースは、産業用ネットワーク内のデバイスとデータ・ポイントを、その情報コンテンツに基づいて整理する。つまり、デバイスやデータ・ポイントは、物理的な位置や機能ではなく、それらが提供する情報の種類に基づいてグループ化されます。

例えば、製造工場では、温度に関連するデバイスとデータ・ポイントは情報提供的な名前空間にまとめられ、圧力に関連するデバイスとデータ・ポイントは別の情報提供的な名前空間にまとめられるかもしれない。

情報ネームスペースの目的は、産業用ネットワークのデータへのアクセスと分析を容易にすることです。情報コンテンツに基づいてデバイスやデータ・ポイントをグループ化することで、データのパターンや傾向を特定しやすくなり、そのデータに基づいて情報に基づいた意思決定を行いやすくなります。全体として、情報ネームスペースは、データへのアクセスと分析を容易にし、そのデータに基づいて情報に基づいた意思決定を行うことで、産業用ネットワークの効率と有効性を向上させるのに役立ちます。

定義名前空間

産業ネットワークやコンピュータ・サイエンスの文脈では、定義名前空間は、デバイスやデータ・ポイントをその定義や属性に基づいて整理する。つまり、デバイスやデータ・ポイントは、タイプ、サイズ、機能などの特性に基づいてグループ化されます。

例えば、製造工場では、モーターに関連するデバイスとデータ・ポイントは定義名前空間にまとめられ、センサーに関連するデバイスとデータ・ポイントは別の定義名前空間にまとめられるかもしれない。

アドホック名前空間

一方、アドホック名前空間は、デバイスとデータ・ポイントを一時的または非公式に整理する方法である。これは、より正式な名前空間がまだ確立されていない場合や、特定の目的のためにデバイスやデータ・ポイントを迅速にグループ化する必要がある場合に使用される。

例えば、製造工場で突然設備に障害が発生した場合、問題を迅速に診断・解決するために、その設備に関連するすべてのデバイスとデータ・ポイントをグループ化するためのアドホック・ネームスペースが作成されるかもしれない。

まとめ

デバイスやデータ・ポイントは、デバイスやデータの正確な場所やネットワークではなく、通信したいデバイスやデータがパブリッシュまたはサブスクライブしているトピックを知るだけでよいため、UNSはデバイス通信とデータ管理を簡素化する。

Unified Namespaceは、デバイスの通信とデータ管理を簡素化するだけでなく、産業用ネットワーク内の異なるシステムやプロトコルを統合する方法を提供します。デバイスとデータ・ポイントを階層的なトピック構造に整理することで、異なるシステムやプロトコルの統合が容易になります。

全体として、Unified Namespaceは、デバイス通信、データ管理、システム統合を簡素化するIIoTの重要な機能である。これにより、より効率的で合理化された産業用ネットワークが実現し、生産性の向上、ダウンタイムの削減、全体的なパフォーマンスの改善につながります。

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