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