20190131 rri-iicセミナー最終版right記載変更版 …2019/01/31 ·...

IIC Testbedでの取り組みのご紹介(Factory Automation Platform as a Service)

2019/1/31株式会社⽇⽴製作所システム＆サービスビジネス統括本部営業統括本部サービス営業推進本部サービスプラットフォームサポートセンタセンタ⻑北井克佳[email protected] 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 1

1. 概要

Factory Automation Platform as a Service (FA PaaS) Testbed

� 次世代ファクトリー分野の取組みの１つとして提案し、2016/6 IICで承認� ⽇⽴、三菱電機、インテルの共同提案。 FAとITをつなぐOpen IoT Platformを検証

� 製造現場のデータを収集し、分析結果を経営や製造現場へフィードバック

January 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 2

2. エグゼクティブサマリGoals

• Facilitate development of FA applications by providing a service-based platform with pre-integrated environment across factory automation (OT) and IT platform (IT)

Sponsors (Participants)• Hitachi, Ltd.• Mitsubishi Electric Corporation• Intel Corporation

Phases1. Connectivity with security between manufacturing floor and IT platform in the cloud

+ Description of one or more specific example manufacturing usage scenarios for Phase 22. APIs and data processing functions specialized for FA applications

+ Assessment on the usage scenario and testbed solution by factory operations manager from an OT perspective+ Implementation of the specific example manufacturing usage scenario using the APIs and functions

3. Open to IIC members to facilitate development of interoperable FA applicationsJanuary 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 3

3. Testbedの構成要素� 4つの構成要素：FAエッジデバイス、IoTゲートウェイ、IoTヘッドエンド、IoTデータ処理基盤� IIRA記載のエッジGW機能は、複数のFAエッジデバイスとIoTゲートウェイで分散配備� Edge TierとPlatform Tierの両側で、ユーザアプリケーションを実⾏� セキュリティは、上位レイヤが下位レイヤを守るというポリシーで実現


4. 検証の進め方: Phased Approach

利⽤シナリオ：『製造現場のリアルタイム⾒える化』を通して、接続性に関わる技術課題の抽出と解決手段を検討

Phase テーマ実施内容

1 FA-ITのセキュアな接続性検証

3種類の利⽤シナリオを作成し、各シナリオのデモ開発を通して、FAアプリケーションに有効な機能を検討

・利⽤シナリオ: 製造現場、現場管理者、経営者向け・ FAアプリケーション: エッジアプリ + クラウドアプリ

2FA-IT連携の具体的な利⽤シナリオに基づいたTestbedの機能検証

TestbedをIICメンバへ公開3 相互利⽤可能なFAアプリケーションの開発促進

� Phase 1, 2, 3の3段階に分けて、機能検証を実施� 現在は、Phase 3を準備中


5. Phase 1: セキュアな接続性検証 (デモラインの概要)� エンジン部品の加工ラインをモデル化� ガントリローダ、NC、ロボット、検査カメラ、GOT端末などで構成。複数のPLCで制御


6. Phase 1: セキュアな接続性検証 (デモラインの映像)


7. Phase 1: セキュアな接続性検証 (データ収集・送信)� FA Edge Device

� FA機器のデータを収集し、クラウド側に送信するデータを⼀次処理� IoT Gateway

� SLMPプロトコルを使って、FA機器のデータを周期的に収集� IoT Headendの間でセキュアな通信チャネルを確⽴し、クラウド側へデータを送信


8. Phase 1: セキュアな接続性検証 (セキュリティ①)� テストベッドの脅威モデルを作成し、どの機器に、どのセキュリティリソースを配備するかを検討

� Phase 1では、外部からの攻撃に対するセキュリティリソースを検証


9. Phase 1: セキュアな接続性検証 (セキュリティ②)� リストアップしたセキュリティリソースを、4つの構成要素に実装して、機能を検証


10. Phase 1: セキュアな接続性検証 (⾒える化)

設備の稼働状況目標⽣産数、良品数、不良品数、進捗率

生産の進捗状況を時系列で表⽰

各ワークの生産実績をガントチャートで表示(各ワークがいつ、どの工程にいたかを⾒える化)

� 設備の稼働状況、生産の進捗状況を、ニアリアルタイムで一覧表示 (5秒ごとに画⾯を更新)� 各工程のデータをワークIDで紐付け、全⼯程のデータをデータレイクに格納することで、

各ワークが、いつ、どの工程で、どの装置で作られたかのトレースや、工程間の相関分析が可能に

ワークID


計画実績歩留まり

11. Phase 2: FA-IT連携の機能検証 (概要)

PLC

FA Edge Device(三菱電機)

IoT Gateway(⽇⽴、インテル)

FA Edgeアダプタ

Sensors

OT-Hubアダプタ

Edge Tier

セキュリティ

エッジアプリケーション

Actuators

Enterprise Tierクラウド (⽇⽴)

VPN Router

IoT Headend

IoT Data ProcessingPlatform

データレイク

データ統合基盤

OTデータ収集基盤(OT-Hub)

Platform Tier

インターネット

VPN Session

現場GOT画面への通知

計画実績設備能⼒

原価精度の向上(CostProducer)

予実差異の分析

工程別に分析特定日だけを表示

マスターデータ計画実績作業時間

①②③

� 3種類の利⽤者(製造現場、現場管理者、経営者・⼯場⻑)を想定� それぞれの利⽤シナリオを作成し、各シナリオのデモ開発を通して、FA-IT連携の機能を検証� FA側の実績データ、IT側の計画データの両者を使って分析し、分析結果を各利⽤者にフィードバック

製造現場向け

現場管理者向け

経営者向け


Data

Feedback 製造現場のデータの⼀次処理

12. Phase 2: 現場GOT画面への通知 (製造現場向け)

生産現場

マスターデータ作業員が

ロボットを点検

遅延

標準作業時間

Platform Tier

Edge Tier

Enterprise Tier 実績情報と計画情報の差異をリアルタイム分析Data

Feedback

� 実績情報(FAデータ)と計画情報(ITデータ)の差異をリアルタイム分析し、異常発生時には生産現場のGOTへ異常発⽣箇所とその異常内容をフィードバック通知


生産現場のGOTへ

フィードバック通知工場機器のデータから工程時間算出

13. Phase 2: 予実差異分析 (現場管理者向け)

ETLData Integration

(データ統合基盤) データマート（分析用データ）

データ統合（収集/変換/加工）⾒える化情報分析

計画情報

実績情報

BIBusiness Analytics

(BAﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ）

ST設備能⼒歩留まり…

IoT …

実績と計画情報を統合し、データマートを

生成

ユーザ視点でデータを⾒える化、

問題点を分析January 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 14

� 実績情報(FAデータ)と計画情報(ITデータ)を統合し、予実差異を分析� 予実が異なるポイントから問題点を抽出し、原因をドリルダウンで分析

14. Phase 2: 原価精度向上 (経営者向け)

損益分岐点

売上/原価の推移

IoTにより収集した実作業時間に基づき、製品毎の実際原価を算出

さらに、目論⾒値と⽐較し、差異を分析January 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 15

� 原価企画パッケージに、実績情報(FAデータ)に基づく設備稼働情報を提供� 計画情報(ST)ではなく、実績情報に基づいた高い精度の原価(設備コスト)を算出

15. Phase3：FAアプリの開発促進


� プラットフォームの汎用化・・・ Edgecrossの活用� 幅広い現場機器への対応： Edgecrossのデータコレクタを活用� アプリ開発の促進： Edgecrossのデータモデル管理とソフトウェア開発キットを活用、

FA-IT間のデータ形式/データモデルの共通化(JSONファイル形式を定義)、JSONファイル形式に基づいたデータレイクの提供

現場機器

FA Edge Device

IoT GatewayEdge Tier Enterprise Tier


VPN Session

データコレクタ

クラウド (⽇⽴)

VPN Router

IoT Headend


Platform Tier

PLC Robot CNC

アプリケーション

さまざまなベンダのFA機器に対応してデータを収集

データモデルに基づいて、FA+ITの両データをアプリ開発者に公開

データモデル管理

データモデルにより、FA側を抽象化し、IT技術者によるFAアプリの開発を容易化

2次Data lake

1次Data lake

16. Phase 3: FAアプリの開発促進 (Edgecrossの概要)


17. 実ビジネスへの展開例(⽇⽴: ⾒える化アプリのユースケース)


18. 実ビジネスへの展開例(⽇⽴: 実績データ把握、ベキ動率算出による⽣産性向上)


� 生産性向上のためには「設備実績のタイムリーな取得」、「適正な原単位での基準時間算出」、「妥当なベキ動率算出式の設定」が重要

19. 実ビジネスへの展開例(インテル: IoTゲートウェイの進化)

リアルタイムアプリケーション

画像推論＆

分析機能データ収集

汎用OS汎用OSリアルタイムOS

ハイパーバイザー

バーチャルマシン１バーチャルマシン２バーチャルマシン３

インテル® バーチャライゼーション・テクノロジー (インテル® VT) 対応インテル® Core™ vPro™ プロセッサー

1. ソリューション全体のコスト削減2. 統合コストの削減3. 工場設置面積の縮小4. 総消費電⼒の低減5. 簡単なセキュリティー対策6. 信頼性の向上7. システム管理の簡素化


� IoT GWが進化： IIOTソリューションを高機能・低運用コスト化できるエッジへ� より高性能なエッジに仮想マシン導入� レガシィ・アプリケーションの延命とDeep Learningなどの最新機能活用を同時に実現

20. 実ビジネスへの展開例(三菱電機: エッジアプリのユースケース①)


21. 実ビジネスへの展開例(三菱電機: エッジアプリのユースケース②)


22. まとめ


� 3社のそれぞれが、得意分野を持ち寄ったプロジェクト。FA-IT連携プラットフォームを、ゼロから作るのは大変であったが、FAとITの文化の違いなど、いろいろな学びがあった。� FA-IT連携の利⽤シナリオ、デモ開発からの学びは、

FA現場のデータのモデル化の重要性と、4Mデータを全て一元的に扱えることの重要性。

(FA PaaS Testbedの課題は、Manデータの収集ができないこと)� Phase 3では、Edgecrossコンソーシアムなどとも連携をして、

メンバ各社にTestbedを公開していきたい。

Thank You

24© Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved.January 31, 2019

IIC Testbedでの取り組みのご紹介(Factory Automation Platform as a Service)

2019/1/31株式会社⽇⽴製作所システム＆サービスビジネス統括本部営業統括本部サービス営業推進本部サービスプラットフォームサポートセンタセンタ⻑北井克佳[email protected] 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 1

1. 概要

Factory Automation Platform as a Service (FA PaaS) Testbed

� 次世代ファクトリー分野の取組みの１つとして提案し、2016/6 IICで承認� ⽇⽴、三菱電機、インテルの共同提案。 FAとITをつなぐOpen IoT Platformを検証

� 製造現場のデータを収集し、分析結果を経営や製造現場へフィードバック


2. エグゼクティブサマリGoals

• Facilitate development of FA applications by providing a service-based platform with pre-integrated environment across factory automation (OT) and IT platform (IT)

Sponsors (Participants)• Hitachi, Ltd.• Mitsubishi Electric Corporation• Intel Corporation

Phases1. Connectivity with security between manufacturing floor and IT platform in the cloud

+ Description of one or more specific example manufacturing usage scenarios for Phase 22. APIs and data processing functions specialized for FA applications

+ Assessment on the usage scenario and testbed solution by factory operations manager from an OT perspective+ Implementation of the specific example manufacturing usage scenario using the APIs and functions

3. Open to IIC members to facilitate development of interoperable FA applicationsJanuary 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 3

3. Testbedの構成要素� 4つの構成要素：FAエッジデバイス、IoTゲートウェイ、IoTヘッドエンド、IoTデータ処理基盤� IIRA記載のエッジGW機能は、複数のFAエッジデバイスとIoTゲートウェイで分散配備� Edge TierとPlatform Tierの両側で、ユーザアプリケーションを実⾏� セキュリティは、上位レイヤが下位レイヤを守るというポリシーで実現


4. 検証の進め方: Phased Approach

利⽤シナリオ：『製造現場のリアルタイム⾒える化』を通して、接続性に関わる技術課題の抽出と解決手段を検討

Phase テーマ実施内容

1 FA-ITのセキュアな接続性検証

3種類の利⽤シナリオを作成し、各シナリオのデモ開発を通して、FAアプリケーションに有効な機能を検討

・利⽤シナリオ: 製造現場、現場管理者、経営者向け・ FAアプリケーション: エッジアプリ + クラウドアプリ

2FA-IT連携の具体的な利⽤シナリオに基づいたTestbedの機能検証

TestbedをIICメンバへ公開3 相互利⽤可能なFAアプリケーションの開発促進

� Phase 1, 2, 3の3段階に分けて、機能検証を実施� 現在は、Phase 3を準備中


5. Phase 1: セキュアな接続性検証 (デモラインの概要)� エンジン部品の加工ラインをモデル化� ガントリローダ、NC、ロボット、検査カメラ、GOT端末などで構成。複数のPLCで制御


6. Phase 1: セキュアな接続性検証 (デモラインの映像)


7. Phase 1: セキュアな接続性検証 (データ収集・送信)� FA Edge Device

� FA機器のデータを収集し、クラウド側に送信するデータを⼀次処理� IoT Gateway

� SLMPプロトコルを使って、FA機器のデータを周期的に収集� IoT Headendの間でセキュアな通信チャネルを確⽴し、クラウド側へデータを送信


8. Phase 1: セキュアな接続性検証 (セキュリティ①)� テストベッドの脅威モデルを作成し、どの機器に、どのセキュリティリソースを配備するかを検討

� Phase 1では、外部からの攻撃に対するセキュリティリソースを検証


9. Phase 1: セキュアな接続性検証 (セキュリティ②)� リストアップしたセキュリティリソースを、4つの構成要素に実装して、機能を検証


10. Phase 1: セキュアな接続性検証 (⾒える化)

設備の稼働状況目標⽣産数、良品数、不良品数、進捗率

生産の進捗状況を時系列で表⽰

各ワークの生産実績をガントチャートで表示(各ワークがいつ、どの工程にいたかを⾒える化)

� 設備の稼働状況、生産の進捗状況を、ニアリアルタイムで一覧表示 (5秒ごとに画⾯を更新)� 各工程のデータをワークIDで紐付け、全⼯程のデータをデータレイクに格納することで、

各ワークが、いつ、どの工程で、どの装置で作られたかのトレースや、工程間の相関分析が可能に

ワークID


計画実績歩留まり

11. Phase 2: FA-IT連携の機能検証 (概要)

PLC

FA Edge Device(三菱電機)

IoT Gateway(⽇⽴、インテル)

FA Edgeアダプタ

Sensors

OT-Hubアダプタ

Edge Tier

セキュリティ

エッジアプリケーション

Actuators

Enterprise Tierクラウド (⽇⽴)

VPN Router

IoT Headend


データレイク

データ統合基盤

OTデータ収集基盤(OT-Hub)

Platform Tier


VPN Session

現場GOT画面への通知

計画実績設備能⼒

原価精度の向上(CostProducer)

予実差異の分析

工程別に分析特定日だけを表示

マスターデータ計画実績作業時間

①②③

� 3種類の利⽤者(製造現場、現場管理者、経営者・⼯場⻑)を想定� それぞれの利⽤シナリオを作成し、各シナリオのデモ開発を通して、FA-IT連携の機能を検証� FA側の実績データ、IT側の計画データの両者を使って分析し、分析結果を各利⽤者にフィードバック

製造現場向け

現場管理者向け

経営者向け


Data

Feedback 製造現場のデータの⼀次処理

12. Phase 2: 現場GOT画面への通知 (製造現場向け)

生産現場

マスターデータ作業員が

ロボットを点検

遅延

標準作業時間

Platform Tier

Edge Tier

Enterprise Tier 実績情報と計画情報の差異をリアルタイム分析Data

Feedback

� 実績情報(FAデータ)と計画情報(ITデータ)の差異をリアルタイム分析し、異常発生時には生産現場のGOTへ異常発⽣箇所とその異常内容をフィードバック通知


生産現場のGOTへ

フィードバック通知工場機器のデータから工程時間算出

13. Phase 2: 予実差異分析 (現場管理者向け)

ETLData Integration

(データ統合基盤) データマート（分析用データ）

データ統合（収集/変換/加工）⾒える化情報分析

計画情報

実績情報

BIBusiness Analytics

(BAﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ）

ST設備能⼒歩留まり…

IoT …

実績と計画情報を統合し、データマートを

生成

ユーザ視点でデータを⾒える化、

問題点を分析January 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 14

� 実績情報(FAデータ)と計画情報(ITデータ)を統合し、予実差異を分析� 予実が異なるポイントから問題点を抽出し、原因をドリルダウンで分析

14. Phase 2: 原価精度向上 (経営者向け)

損益分岐点

売上/原価の推移

IoTにより収集した実作業時間に基づき、製品毎の実際原価を算出

さらに、目論⾒値と⽐較し、差異を分析January 31, 2019 © Hitachi, Ltd. 2019. All rights reserved. 15

� 原価企画パッケージに、実績情報(FAデータ)に基づく設備稼働情報を提供� 計画情報(ST)ではなく、実績情報に基づいた高い精度の原価(設備コスト)を算出

15. Phase3：FAアプリの開発促進


� プラットフォームの汎用化・・・ Edgecrossの活用� 幅広い現場機器への対応： Edgecrossのデータコレクタを活用� アプリ開発の促進： Edgecrossのデータモデル管理とソフトウェア開発キットを活用、

FA-IT間のデータ形式/データモデルの共通化(JSONファイル形式を定義)、JSONファイル形式に基づいたデータレイクの提供

現場機器

FA Edge Device

IoT GatewayEdge Tier Enterprise Tier


VPN Session

データコレクタ

クラウド (⽇⽴)

VPN Router

IoT Headend


Platform Tier

PLC Robot CNC

アプリケーション

さまざまなベンダのFA機器に対応してデータを収集

データモデルに基づいて、FA+ITの両データをアプリ開発者に公開

データモデル管理

データモデルにより、FA側を抽象化し、IT技術者によるFAアプリの開発を容易化

2次Data lake

1次Data lake

16. Phase 3: FAアプリの開発促進 (Edgecrossの概要)


17. 実ビジネスへの展開例(⽇⽴: ⾒える化アプリのユースケース)


18. 実ビジネスへの展開例(⽇⽴: 実績データ把握、ベキ動率算出による⽣産性向上)


� 生産性向上のためには「設備実績のタイムリーな取得」、「適正な原単位での基準時間算出」、「妥当なベキ動率算出式の設定」が重要

19. 実ビジネスへの展開例(インテル: IoTゲートウェイの進化)

リアルタイムアプリケーション

画像推論＆

分析機能データ収集

汎用OS汎用OSリアルタイムOS

ハイパーバイザー

バーチャルマシン１バーチャルマシン２バーチャルマシン３

インテル® バーチャライゼーション・テクノロジー (インテル® VT) 対応インテル® Core™ vPro™ プロセッサー

1. ソリューション全体のコスト削減2. 統合コストの削減3. 工場設置面積の縮小4. 総消費電⼒の低減5. 簡単なセキュリティー対策6. 信頼性の向上7. システム管理の簡素化


� IoT GWが進化： IIOTソリューションを高機能・低運用コスト化できるエッジへ� より高性能なエッジに仮想マシン導入� レガシィ・アプリケーションの延命とDeep Learningなどの最新機能活用を同時に実現

20. 実ビジネスへの展開例(三菱電機: エッジアプリのユースケース①)


21. 実ビジネスへの展開例(三菱電機: エッジアプリのユースケース②)


22. まとめ


� 3社のそれぞれが、得意分野を持ち寄ったプロジェクト。FA-IT連携プラットフォームを、ゼロから作るのは大変であったが、FAとITの文化の違いなど、いろいろな学びがあった。� FA-IT連携の利⽤シナリオ、デモ開発からの学びは、

FA現場のデータのモデル化の重要性と、4Mデータを全て一元的に扱えることの重要性。

(FA PaaS Testbedの課題は、Manデータの収集ができないこと)� Phase 3では、Edgecrossコンソーシアムなどとも連携をして、

メンバ各社にTestbedを公開していきたい。

20190131 rri-iicセミナー 最終版right記載変更版 …2019/01/31 ·...

Documents

20190131 rri-iicセミナー最終版right記載変更版 …2019/01/31 ·...