産業オートメーションの進化:柔軟性と持続可能性を実現するオープン アーキテクチャの採用

TL;DR:産業オートメーション アーキテクチャの進化

メーカーは、柔軟性の効率と持続可能性を向上させるために、オープンな産業オートメーション アーキテクチャに移行しています。独自のコードを使用した従来のクローズド システムでは、スケーラビリティと相互運用性が制限されます。

IEC 61499 に基づくオープン オートメーションにより、ハードウェアに依存しない制御システムと、従来のテクノロジーと新しいテクノロジーのシームレスな統合が可能になります。これにより、ソフトウェア開発の迅速化と予測メンテナンスがサポートされ、データへのアクセスが容易になります。ユニバーサル オートメーションにより、メーカーはダウンタイムを削減し、コストを削減し、より自由にイノベーションを行うことができるとともに、サイバーセキュリティと高可用性アーキテクチャにより、将来に備えた運用のための復元力が確保されます。

2025 年に産業メーカーがより少ないコストでより多くの成果を達成することを目指している中、企業は業務効率とより広範な持続可能性への責任のバランスをとるための高度な自動化アーキテクチャを模索しています。

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各メーカーは異なり、個別の目標を達成するためにデジタル化を活用していますが、セクター全体に適用できる共通の目標がいくつかあることは確かです。つまり、ダウンタイムを最小限に抑え、業務効率を改善し、（あらゆる形態の）無駄を削減し、製造業全体の持続可能性への取り組みに貢献します。

これらの目標は、運用技術 (OT) レベルでのオープン アーキテクチャに向けた産業オートメーション制御システムの性質の変化を促す課題を提示しています。この進化は、 企業とそのサプライチェーンに価値をもたらすことができるのです。

では、何がオープンオートメーションの必要性を促進しているのでしょうか?従来の独自のテクノロジーは個別にはうまく機能しますが、ロックされ、閉じられており、移植性のないコードを使用しているという欠点を克服する必要があります。

メーカーにとって、より高度なバージョンが入手可能になったらすぐに重要な資産を置き換えることは現実的ではありません。これにより、レガシー ハードウェアが特注のソフトウェア、通信、ハードウェアとともに残され、ユーザーは 1 つのベンダーに固定されます。複数のベンダーの異なるシステムを使用する一般的な製造業者は、デジタル変革が進むにつれて、この課題がさらに拡大することになるでしょう。

従来のハードウェア上で実行するように記述されたコードは移植性がなく、新世代のハードウェアと互換性がないため、多くのエンド ユーザーは大幅な産業オートメーション (IA) システムの再エンジニアリングを必要とします。これにより、英国の製造業のデジタル変革が妨げられ、多額のコストと時間の投資の背後にある効率を向上させる機能が抑制されます。

答えは、IT の世界でよく見られるように、オープン オートメーションへの移行です。メーカーは、アプリケーション コードが移植可能で、どのベンダーのさまざまなハードウェアでも実行できるように、ソフトウェア中心でハードウェアに依存しないシステムを求めています。これにより、さまざまなマシン、デバイス、センサー間の通信が可能になり、オペレーターはより効率的に作業し、より少ないコストでより多くの成果を達成できるようになります。

これは、IEC 61499 ユニバーサル オートメーション標準を採用することで実現できます。これは、実行されるハードウェアから独立した「プラグ アンド プロデュース」ソフトウェア コンポーネントを使用して分散アプリケーションを設計する方法を定義するテクノロジー イネーブラーです。

この標準は、非営利組織 Universal Automation.Org を通じて自動化のゲームを変えたいと考えている自動化ユーザー、テクノロジー ベンダー、学者のコミュニティによって主導されています。

プラント エンジニア、システム インテグレータ、OEM、またはレガシー システムの設計、リンク、サポートに携わる製造サプライ チェーンに関わる人は、継続的な改善への道筋を確立しながら、個々の資産のサービスに関連する巨額の出費を削減できます。

たとえば、食品および飲料製造などの成熟した産業部門では、新しい資産と古い資産が混在しているのが一般的です。食品加工業者にとっての課題は、消費者が複数の要素に基づいて購入の決定を下し、常に変化の速い分野で次の製品やフレーバーを探していることです。

メーカーは市場のニーズに対応するために柔軟性と拡張性を備えている必要がありますが、独自のシステムと戦う場合、これは不可能に思えるかもしれません。オープン オートメーションにより、付加価値のないタスクに費やす時間を減らし、イノベーションにより多くの時間を費やすことで、そのレベルの柔軟性が実現します。

「オートメーション アーキテクチャの進化により、メーカーは柔軟性、効率性、持続可能性を可能にするオープンなソフトウェア中心のシステムを目指しています。」

「デジタル化された産業オートメーションの定量的比較」と題された当社の最近の研究論文に示されているように、この例は、あらゆる製品を生産するあらゆる規模のメーカーに適用できます。これは、標準的な生産戦略のオープン オートメーションによってソフトウェア エンジニアリングを 3 倍の速さで実現でき、積極的に柔軟性を高められることを示すフィールド テストの結果をカバーしています。 

英国の製造業で現在運用されている産業オートメーション システムは、多くの場合、数十年前に導入されました。これらは現在、製造業者がデジタル変革やテクノロジーとコンピューティング能力の進歩の可能性を最大限に実現することを妨げています。ハードウェアに依存しないプラットフォームの推進により、工業用 PC を使用して運用アプリケーション コードを実行する機会が生まれます。

この開発により、ソフト PLC またはエッジ コントローラーの導入が可能になり、IT と OT の融合がさらに促進されます。しかし、メーカーがデータの収集、分析、報告の負担に対処するためにエッジ コンピューティング テクノロジーに投資したとしても、単一の不可知論的なプラットフォームでデータを処理できるオープン オートメーション アプローチがなければ、そのメリットは限定的になります。

デジタル化 産業オートメーション アーキテクチャの

業界全体で、製造業者に即時の改善をもたらす IIoT (産業用モノのインターネット) テクノロジーが広く採用されていますが、最終的には自動化に完全に取り組むことができないため、多くの企業が真の可能性を実現できずにいます。

たとえば、リアルタイム データ収集のためにレガシー資産にセンサーを追加すると、プロアクティブなメンテナンスがサポートされるためダウンタイムが削減されますが、相互運用性がなければ制限されます。

オープン オートメーション プラットフォームを介して同じセンサー データを共有すると、新規および従来の施設内のすべてのソースからのデータにアクセスできるため、予防的なメンテナンス機能が拡張されます。メーカーは、その単一のデジタル スレッドを使用して、新しい重要な資産に高額な投資をすることなく、稼働時間、メンテナンス、エネルギー消費を向上させるための情報に基づいたビジネス上の意思決定を行うことができます。

製造施設全体のデータ フローのロックが解除されることで、ネットワーク エッジでのより多くのデバイスの導入が推進されています。これにより、資産の近くに処理能力が提供され、回復力、可用性、保守性が向上する分散アーキテクチャが構築されます。

比較すると、従来の大規模な集中制御アーキテクチャは、特にビジネスが規模を拡大し、柔軟性を維持しようとしている場合に、現代の製造プロセスの複雑さに対処する能力が低くなります。

これにより、データドリブンの将来に備える必要がある物理 I/O に対する需要が増大しています。将来に備えた I/O 製品は、オープン イーサネット プロトコルを使用してユニバーサル オートメーションをサポートし、さまざまなデバイスやアーキテクチャへの接続を提供し、パフォーマンスと可用性を向上させます。

これは短期的にメリットをもたらすだけでなく、すべての自動化のための統一フレームワークを作成することで普遍的な自動化の約束を果たします。これは、今日作成されたアーキテクチャが将来のテクノロジーに合わせて進化できることを意味し、メーカーが再びデジタル変革のあらゆる要素を自由に探索できるようにすることを意味します。

サイバーセキュリティ 産業オートメーション アーキテクチャ向け

データ接続に依存する産業活動には常にサイバーセキュリティの懸念が伴いますが、これは重要なインフラストラクチャに限ったことではありません。あらゆる規模の企業がますます標的にされており、メーカーがより複雑なサプライ チェーンの一部となるにつれて、攻撃対象領域が増加しています。

普遍的な自動化が包括的であるのと同様に、サイバーセキュリティも人材、テクノロジー、運用を統合する戦略を必要とします。データの流れがオープンになったからといって、悪用可能な制御システムを備えている可能性のあるレガシー資産であっても、データ保護のギャップが存在する必要があるというわけではありません。

このため、あらゆるレベルの責任について明確なガイダンスを提供しながら、産業システムの潜在的な脆弱性を保護するために、IEC62443 サイバーセキュリティ規格によって認定されたソリューションの必要性が高まっています。

普遍的な自動化とデジタル トランスフォーメーションの可能性を実現するには、プロセスや手順を超えて、ネットワークに追加されるすべての資産や製品を含めてサイバーセキュリティを考慮する必要があることを意味します。

分散化して高度な機能を導入することで、メーカーは、サイバー攻撃がより複雑になる中でも、リスクを軽減し、全体的な回復力を向上させる安全なデータ交換を実現できるようになります。これは、リスクを最小限に抑えながらユニバーサル オートメーションのメリットを享受し、常に将来のニーズを考慮しながら当面のメリットを実現したいと考えているメーカーにとって不可欠です。

「オープン オートメーション アーキテクチャにより相互運用性が解放され、メーカーは従来のテクノロジーと新しいテクノロジーをシームレスに統合して、効率性と革新性を向上させることができます。」

高可用性アーキテクチャ

予定外のダウンタイムは、あらゆる規模のメーカーにとって多大なコストをもたらします。 Performance in Focus 2024 レポートによると、ダウンタイムの時間当たりの平均コストは £5,471.95 であり、予知メンテナンスとそれを可能にするオープン オートメーションの必要性が高まっています。

この課題に対処し、ダウンタイムが許容できない高可用性アーキテクチャを促進するために、メーカーは、ホットスタンバイ プロセッサ、冗長スイッチ、冗長 I/O、冗長電源、モジュールのホットスワップ、Change-Config-On-The-Fly (CCOFT)、FDR (Fast Device Replacement) 組み込み診断、リング ネットワーク トポロジなどのテクノロジーを組み合わせて使用できます。

産業オートメーション アーキテクチャの将来

オープンでユニバーサルなオートメーションは、産業アーキテクチャの未来を表し、2025 年に少ないコストでより多くの成果を達成しようとする製造業者をサポートします。将来を見据えたアプローチにより、あらゆる規模と専門分野の施設が継続的に革新と最適化を行えるようになり、単一テクノロジーの導入をはるかに超えて、デジタル変革の可能性を最大限に実現できます。世界規模で競争するために業務のデジタル化を続ける英国の製造業では、ユニバーサルオートメーションがますます重要な役割を果たしています。   

よくある質問:産業オートメーション アーキテクチャ

オープン オートメーションへの移行を推進しているのは何ですか?
メーカーは、単一ベンダーに固定されない、柔軟で相互運用可能なシステムを必要としています

IEC 61499 とは何ですか?
特定のハードウェアに依存しないソフトウェア コンポーネントのプラグアンドプロデュースを可能にする標準

オープン オートメーションはデジタル トランスフォーメーションにどのように役立ちますか?
従来のシステムと新しいシステムを接続できるため、より迅速なアップグレードとより優れたイノベーションが可能になります

メーカーにとってのメリットは何ですか?
ダウンタイムが減少し、ソフトウェア開発が迅速化され、スケーラビリティが向上し、効率が向上しました

ハードウェアに依存しないアーキテクチャが重要なのはなぜですか?
これにより、同じアプリケーション コードを異なるデバイスで実行できるようになり、柔軟性が向上し、コストが削減されます。

ユニバーサル オートメーションとは何ですか?
ユーザーとベンダーのグローバル コミュニティによって推進される、オープンで相互運用可能な自動化システムを推進する運動

オープン オートメーションは予知保全をどのようにサポートしますか?
すべてのデバイスからリアルタイム データのロックを解除し、プロアクティブなメンテナンスの決定を可能にします

メーカーはオープン システムのサイバーセキュリティをどのように確保できますか?
IEC 62443 認定テクノロジーを採用し、人々のプロセスと資産全体にわたるエンドツーエンドのサイバーセキュリティ戦略を構築する

最新のアーキテクチャにおけるエッジ コンピューティングの役割は何ですか?
資産の近くでデータを処理するため、速度の回復力が向上し、集中システムへの依存が軽減されます。

オープン オートメーションはダウンタイム コストにどのような影響を与えますか?
これにより、高可用性アーキテクチャと予測戦略が可能になり、費用のかかる計画外のダウンタイムを最小限に抑えることができます