「クラウド＋エッジ」の連携でIIoT時代を勝ち抜く
「クラウド＋エッジ」の連携でIIoT時代を勝ち抜く
現代の産業は、さまざまな産業現場に分散配置された増加する数のデバイスを特徴としています。長期間にわたる運用により、いくつかのデバイスに問題が発生することは避けられません。問題を早期に特定し、予防措置を講じるためには、それらの稼働状態を追跡する必要があります。従来、メンテナンスエンジニアは現場に巡回するために頻繁に派遣されていました。しかし、これはかなりのコストを生じ、しばしば問題を即座に特定できないことが多いです。
デバイスがインターネットに接続され、データの量が増大する中で、製造業者とユーザーは、より効率的なメンテナンスだけでなく、成長を促進するためにデータから得られるインサイトを求めています。これは、データの深堀り、処理、分析の向上を意味します。これらの要求は、調整された「クラウド+エッジ」のIIoTエコシステムにおける技術的な課題を生み出しています。
1. 異なるデバイスからのデータ収集
産業現場に配置されたデバイスは、現場のさまざまな部分からデータを収集し、機械や環境を監視します。これらのデバイスは異なるインターフェース（シリアルポート、イーサネットポート、Bluetooth、Wi-Fi）を持っており、それらからすべてのデータを取得するのは容易ではありません。現場のさまざまな種類のデバイスは膨大なデータを生成しており、これを収集し処理するゲートウェイは大きな課題に直面しています。
異なるデバイスは異なるプロトコルで通信します。同じカテゴリ内でもいくつかの選択肢があります。例えば、PLC（プログラマブルロジックコントローラ）には業界の主要なプレイヤーがいくつかあります：シーメンス、シュナイダーエレクトリック、アレン・ブラッドリーなど、それぞれが独自のプロトコルを持っています。一方で、一部の製造業者は独自のプロトコルで通信しています。これにより、ユーザーにとって互換性の問題が生じます。従来のゲートウェイの多くは、これらのプロトコルのいくつかしかサポートしていません。これにより、1つの現場で複数の種類のゲートウェイが必要となり、機器の購入費用が膨大になり、ブランド変更にも高額なコストがかかります。
現場のデバイスが多様化し、上記の問題が深刻化する中で、複数の産業プロトコルを統合し、独自のプロトコルにも対応できるようにすることが必要です。これにより、異なるソースからのデータを1つの「オールインワン」IIoTゲートウェイで伝送できるようになります。
2. エッジでのデータ前処理
クラウドコンピューティングの時代において、データは処理、保存、分析のためにクラウドにアップロードされます。膨大なデータが絶え間なく生成されており、クラウドにかかる負荷は増大しています。もしすべてのデータを1ビットずつクラウドに送信し、クラウドがそれらをすべて受信してからコマンドを返し（時にはコマンドが返されない場合もあります）次のアクションが取られるという場合、データの伝送に遅延が生じます。5Gが速度の問題を解決しても、クラウドは膨大なデータで過負荷になるのです。
そこで登場するのがエッジコンピューティングの概念です。事前に設定された条件やプログラムされたツールを使用して、異なるデバイスから収集されたデータは、それらが生成された場所（「エッジ」）でフィルタリングされることができます。その一部はローカルで処理できます。例えば、特定の閾値に達した場合、ゲートウェイはすぐに反応し、メンテナンス担当者にアラートを送信したり、PLCのパラメータを変更したりできます。また、特定の条件が満たされると、I/Oを介して他の下流デバイスを制御し、異なるプロトコルを使用するコントローラがデータを交換できるようにすることも可能です。
その後、処理された「クリア」データはクラウドに送信されます。これにより、データフローと帯域幅を節約するだけでなく、クラウドの過剰な負荷を軽減することができます。
3. クラウドへのデータアップロード
今日の世界はますますデータ駆動型となっています。IIoTエコシステムの中心的な部分として、クラウドは集中管理、データ分析、意思決定において重要な役割を果たしています。
データ収集デバイスが異なる通信プロトコルを持つように、異なるクラウドも接続方法やインタラクション方法が異なります。例えば、Microsoft AzureやAWSなどの主要なパブリッククラウドはSDKを介して接続されます。クラウドとエッジから要求される機能間のインタラクションロジックも異なります。したがって、データをクラウドに送信することは、ゲートウェイとクラウドの統合に多くの作業を意味します。
クラウドゲートウェイは、システムインテグレーターがクラウドに簡単に接続できるようにし、ほとんどのユーザーはデータをアップロードするためにクラウドとのカスタムインタラクションを要求します。幸いなことに、技術の進展により、今日のクラウドゲートウェイは主要なIoTクラウドをサポートしており、クラウドを構成するのはほんの数ステップで済み、データは簡単にソースからクラウドへと移動できます。
システムインテグレーターは、システムが正常に動作することを確認するためにクラウドからすべてを監視しようとしますが、製造業者はSCADAを通じて工場を管理する必要があります。このため、ゲートウェイは、ローカルSCADAシステムが産業プロトコルを介してデータを取得し、クラウドはMQTTを介してデータを取得できるようにします。
4. デジタルプロジェクトの実施
完全にデジタル化するには時間がかかります。新しいプロジェクトを開始するには、多くの作業が必要です：すべてのデバイスを準備し、それらを統合し、アプリケーションをプログラムするなどです。スピードが重要な現代では、時間がすべてです。
「クラウド+エッジ」ソリューションは、デプロイと構成が簡単であり、新しいプロジェクトをできるだけ早く実施できるようにすべきです。管理ツールが増える中、これらのゲートウェイはほぼ標準的にクラウドプラットフォームから管理できるようになっています。Web構成がサポートされ、設定のインポートとエクスポートが可能です。デプロイとバッチ管理はプラットフォームで簡単に行えます。
ビジネス要求の変化に対応し、プロジェクトの進行に伴い新しい要件に柔軟に対応するためには、カスタマイズが必要です。たとえば、クラウドプラットフォームはそのイテレーションでゲートウェイから異なるサポートを要求します。データ分析が深まると、エッジでのデータ処理ロジックの調整が必要になります。
まとめ
クラウドとエッジは、IIoTにおいてこれまでにないほど密接に連携しています。効率的な「クラウド+エッジ」の調整を通じて、エッジの利用を最大化し、現場で何が起こっているのかをより深く理解し、デバイスが効率的かつ安定して動作することを確保することができます。これにより、より優れたユーザー体験が提供され、より効率的で健全なデータベースを構築し、製品改善やパラメータの最適化のためのインサイトを得ることができ、産業4.0時代における競争力を高めることができます。