産業オートメーションの進化：柔軟性と持続可能性のためのオープンアーキテクチャ採用

要約：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、効率、持続可能性向上のため、オープンな産業オートメーションアーキテクチャへの移行を進めています。独自コードを持つ従来のクローズドシステムは、拡張性と相互運用性を制限します。IEC 61499に基づくオープンオートメーションは、ハードウェアに依存しない制御システムと、レガシーと新技術のシームレスな統合を可能にし、ソフトウェア開発の高速化、予知保全、データへの容易なアクセスを支援。ユニバーサルオートメーションは、ダウンタイム削減、コスト削減、自由なイノベーションを実現し、サイバーセキュリティと高可用性アーキテクチャが将来にわたるレジリエンスを確保します。

オープンオートメーションへの移行を促す課題

すべてのメーカーは異なり、デジタル化で個別の目標を追求しますが、業界全体で共通する目標があります。すなわち、ダウンタイム最小化、運用効率改善、あらゆる形の廃棄物削減、製造業の持続可能性への貢献です。これらの目標が、運用技術（OT）レベルでの産業オートメーション（IA）制御システムのオープンアーキテクチャ化を推進しています。

従来の独自技術は個別にうまく機能しても、コードがポータブルでないためロックインされています。より高度なバージョンが出るたびに重要資産を即座に置き換えることは現実的ではなく、レガシーハードウェアと専用ソフトウェア・通信・ハードウェアが残り、単一ベンダーへの依存を強いられます。複数ベンダーの異なるシステムを持つ典型的なメーカーでは、デジタルトランスフォーメーションが進むにつれてこの課題が増大します。レガシーハードウェア向けに書かれたコードは新世代ハードウェアと互換性がなく、英国製造業のデジタル変革を阻害し、効率改善機能を巨大なコストと時間投資の裏に隠してしまいます。

解決策は、ITの世界で一般的なオープンオートメーションへの移行です。メーカーは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おり、アプリケーションコードがあらゆるベンダーの多様なハードウェアで実行可能になります。これにより、異なる機器、デバイス、センサ間の通信が開かれ、オペレータはより効率的に、より少ないリソースでより多くのことを達成できます。

IEC 61499とユニバーサルオートメーション

これはIEC 61499ユニバーサルオートメーション標準の採用で実現できます。これは、『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用い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であり、実行ハードウェアから独立しています。この標準は、オートメーションユーザー、テクノロジーベンダー、学術界のコミュニティによって、非営利組織Universal Automation.Orgの下で推進されています。プラントエンジニア、システムインテグレータ、OEM、製造サプライチェーン関係者は、個別資産のサービスに伴う巨大な支出を削減し、継続的改善への道筋を立てられます。

食品・飲料製造への適用例

成熟した産業セクターである食品・飲料製造では、新旧の資産が混在するのが一般的です。消費者は複数の要因で購買を決定し、常に次の製品やフレーバーを求めるこの急速に変化するセクターでは、メーカーは市場ニーズに応える柔軟性と拡張性が必要ですが、独自システムでは不可能に見えます。オープンオートメーションは、非付加価値タスクに費やす時間を減らし、イノベーションに注力することを可能にします。最近の研究論文『デジタル化された産業オートメーションの定量的比較』では、標準生産戦略においてオープンオートメーションでソフトウェアエンジニアリングが3倍高速化し、柔軟性が積極的に向上することがフィールドテストで示されています。

産業オートメーションアーキテクチャのデジタル化

産業全体でIIoT（産業用モノのインターネット）技術が広く採用され、メーカーに即時の改善をもたらしていますが、オートメーションへの完全なコミットができず、真の潜在能力の実現を阻まれているケースが多々あります。レガシー資産にセンサを追加してリアルタイムデータ収集を行えば、プロアクティブな保全でダウンタイムを削減できますが、相互運用性なしでは限界があります。同じセンサデータをオープンオートメーションプラットフォームで共有すれば、施設内のすべてのデータソース（新旧）へのアクセスを通じて、プロアクティブ保全能力が拡張されます。メーカーは単一のデジタルツインを用いて、新たな重要資産への高コスト投資なしに、稼働率、保全、エネルギー消費について情報に基づいた意思決定が可能になります。

製造施設全体でのデータフロー解放により、ネットワークエッジへのデバイス導入が進んでいます。これにより資産近くで処理能力を確保し、レジリエンス、可用性、保守性を高めた分散アーキテクチャが構築されます。従来の大規模・集中型制御アーキテクチャは、現代の製造プロセスの複雑さ、特にスケールと柔軟性を求めるビジネスには対応しきれません。これにより、データ駆動の未来に備えた物理I/Oへの需要が高まっています。将来対応型I/Oは、オープンEthernetプロトコルを用いて多様なデバイスとアーキテクチャへの接続性を提供し、パフォーマンスと可用性を向上させることでユニバーサルオートメーションを支援します。これは短期的なメリットだけでなく、すべてのオートメーションのための統一フレームワークを作り、今日作られるアーキテクチャが将来の技術と共に進化できることを約束し、メーカーがデジタルトランスフォーメーションのあらゆる要素を自由に探求できるようにします。

産業オートメーションアーキテクチャのサイバーセキュリティ

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懸念が伴い、これはクリティカルインフラに限定されません。あらゆる規模のビジネスが標的となり、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、攻撃対象領域は拡大します。ユニバーサルオートメーションが包括的であるように、サイバーセキュリティも人・技術・運用を統合した戦略で包括的でなければなりません。データフローが開かれても、データ保護の隙間が生じる必要はありません。レガシー資産で悪用可能な制御システムがあってもです。これにより、IEC 62443サイバーセキュリティ標準で認証されたソリューションの必要性が生まれ、産業システムの潜在的脆弱性を守り、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ます。ユニバーサルオートメーションとデジタルトランスフォーメーションの潜在能力を実現するには、サイバーセキュリティをプロセスと手順を超え、ネットワークに追加されるすべての資産や製品にまで拡張して考慮する必要があります。分散化と高度な機能採用により、メーカーはリスクを低減し全体的なレジリエンスを向上させる安全なデータ交換を実現できます。サイバー攻撃がより複雑になってもです。これは、ユニバーサルオートメーションのメリットを最小リスクで享受し、将来のニーズを常に考慮しながら即時のメリットを引き出そうとするメーカーにとって不可欠です。

高可用性アーキテクチャ

計画外ダウンタイムはあらゆる規模のメーカーに巨大なコストをもたらします。Performance in Focus 2024レポートによると、平均的なダウンタイム時間コストは5,471.95ポンドであり、予知保全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を突きつけています。この課題に対処し、ダウンタイムを許容できない高可用性アーキテクチャを実現するため、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、モジュールホットスワップ、Change-Config-On-The-Fly（CCOFT）、高速デバイス交換（FDR）、内蔵診断、リングネットワークトポロジなどの技術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未来

オープンでユニバーサルなオートメーションが、産業アーキテクチャの未来を示しています。2025年に「より少ないリソースでより多くを達成しようとする」メーカーを支援します。将来対応型アプローチは、あらゆる規模・専門分野の施設が継続的にイノベートと最適化を行い、単一技術導入を遥かに超え、デジタルトランスフォーメーションの完全な潜在能力を実現することを可能にします。ユニバーサルオートメーションは、グローバル規模で競争するためにオペレーションをデジタル化し続ける英国製造業で、ますます重要な役割を果たしています。

よくある質問（FAQ）

オープンオートメーション移行のドライバーは？

単一ベンダーにロックインされない、柔軟で相互運用可能なシステムをメーカーが必要としていること。

IEC 61499とは？

特定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をどう支援するか？

レガシーと新システムを接続し、より迅速なアップグレードとより大きなイノベーションを可能にする。

メーカーへのメリットは？

ダウンタイム削減、ソフトウェア開発高速化、拡張性向上、効率改善。

ハードウェア非依存アーキテクチャが重要な理由は？

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、柔軟性向上とコスト削減を実現するため。

ユニバーサルオートメーションとは？

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オートメーションシステムを促進するムーブメント。

オープンオートメーションは予知保全をどう支援するか？

すべてのデバイスからリアルタイムデータを解放し、プロアクティブな保全意思決定を可能にする。

オープンシステムでサイバーセキュリティをどう確保するか？

IEC 62443認証技術の採用と、人・プロセス・資産を横断したエンドツーエンドのサイバーセキュリティ戦略構築。

モダンアーキテクチャでのエッジコンピューティングの役割は？

資産近くでデータ処理を行い、速度・レジリエンス向上と集中型システムへの依存度低減を図る。

オープンオートメーションはダウンタイムコストにどう影響するか？

高可用性アーキテクチャと予知戦略を可能にし、高コストな計画外ダウンタイムを最小化する。