産業オートメーションにおける クラウドサービスの可能性 IA_cloudプロジェクト発足について 2014年6月25日 IAFフォーラム IAF運営委員会幹事 @bridge consulting 橋向 博昭 プロジェクトの背景と目的 背景 オフィス業務や個人コミュニケーション分野で、クラウドサービス(Saas)が多く 提供されるようになった。 企業の情報システムをオンプレミス (on-premises) ではなく、クラウドサービス で提供されたプラットフォームやコンピューティング環境を利用する事例が急 増している。(Paas,Iaas) IA分野においては、クラウド利用の動向がほとんど見られず、エンドユーザの 潜在的ニーズが満たされていない。 目的 産業オートメーション(IA)分野において、様々なIA関連の設備・機器・システ ムが保持する情報を、クラウドサービスで利用できる共通的な仕組みを構築 する。 IA分野におけるクラウドサービスを実現する、基本プロトコルとデータオブジェ クトフォーマットを規定する規格を作成する 既存のオープンで標準的な技術・規格を利用し、必要な拡張と特化を行う。 IAF ( Industrial Automation Forum ) 2 IAネットワークからの クラウドサービス利用 PCやタブレット端末上のWebブラウザやWebアプリからは、ファイア ーウォールを介して、インターネット上のWebサーバやクラウドサー ビスにアクセス可能である。 一般に、WebブラウザやWebアプリで利用されるHTTPクライアント通 信は、ブラックリストにない限りファイアーウォールを通過できる。 (Firewall Friendly) 業務系の情報システムのプラットフォームやインフラ自体をクラウド サービス化するものから、個人向けサービスやSNSまで、様々なクラ ウドサービスが既に供給されている。 しかし、 IA Systemに関連したものとしては、IA SystemのH/WやS/Wベンダの Webサイトにアクセスし、資料をダウンロードしたり、サポートを受け たりするものはあるが、IA関連情報のクラウドサービスやSystem間 の情報連携サービスなどは、まだほとんど存在しない。 IAF ( Industrial Automation Forum ) 6 クラウドサービスの分類 Saas: クラウド上のアプリケーションサーバに接続し、ブラウザや タブレット端末のHttpクライアントからその機能を利用する。 今日はこっちの話です。 SaleForce (CRM), SAPクラウド(ERP) ・・・ (ビジネスアプリケーション) Amazon Marketplace (EC) 既存のIA関連機器・システムとの情 Google Apps(Gmail カレンダーなど), iCloud ・・・ (Office Suit) 報連携をクラウドで行うための技術 Facebook, Pinterest ・・・ (SNS) 基盤を提供する。 Dropbox, Evernote ・・・ (personal Assitance) Paas/Iaas: クラウド上のアプリケーション実行環境(OS)や Databaseを、サービスとして利用する。 Amazon: EC2, S3, DynamoDB Google: Compute Engine, App Engine, Cloud SQL, Cloud Strage IBM: Cloud Management service, Oracle: Compute, Strage IAF ( Industrial Automation Forum ) 8 動的でインタラクティブな Webページの仕組み ちょっとした情報(Tips) WEB1.0の静的なWebページ Google Server <ユーザがリンクをクリック> Http リクエスト レスポンス Get/Post www.host.com/dir/file?abc=1234&def=5678 file.html ファイル JavaとJavascriptは違います。 Httpはステートレス、セッション 管理には工夫が必要 これからはhtml5が標準? <ブラウザが html ファイルを解釈し画面表示> この技術で可能になったこと。 <ユーザがリンクをクリック> ・ ・ ・ インターネット WEB2.0以降のリッチなWebページ(Ajax) <ユーザがリンクをクリック> リッチで双方向のユーザ体験(UX)がWebアプリでも one way リクエスト Get www.host.com/dir/file?abc=1234&def=5678 提供できるようになった。Httpレスポンス file.html ファイル <ブラウザが html ファイルを解釈し画面表示> <Javascript を実行> Httpリクエスト Get/Postメソッド url + パラメータ Httpレスポンス XMLファイル <Javascriptが画面表示> ・ ・ サーバとWebクライアント間で、XMLなどのデータ交換が 可能となった。 WEBクライアント この二つが、Saasを実現するために必要だった。 <ユーザがリンクをクリック> ・ ・ Google Map IA分野でのWebサービスの応用 DCSやSCADAがWebサービスサーバ機能を搭載する? 現在、DCS/SACDAはWebサーバ機能はサポート済み 標準I/FとしてWebサービスI/Fをサポートする価値は? リッチ監視端末もすべてWebブラウザに出来る。 でも、クラウド上にDCS/SCADAを置くわけじゃないし・・・ DCS/SCADAや産業用操作表示器、コントローラや現場 機器を取りまとめるフィールドサーバに、Webサービス のクライアント機能を搭載すると 製造現場の様々なデータを収集・解析・保管するSaasが 提供できる。 Saasを実現するWebサービス技術 Webサービスとは、Web上で提供される情報サービ スのことではない。 W3Cにおいては、Webサービスとは、さまざまなプラ ットフォーム上で動作する異なるソフトウェア同士が 相互運用するための標準的な手段を提供するものと 説明されている。 技術的には Http(s) プロトコルを利用し、 Soap、XML、JSONなどの構造化されたドキュメントを交換する ことで、 ネットワーク上でのサービスを提供するための一連の手段。 IAF ( Industrial Automation Forum ) 12 提案するIA_cloudの概念図 基幹系システム B社クラウド サービス F/Wフレンドリー インターネット IA_cloud I/F 矢印の向は、 IA_cloud センターサーバ HTTPリクエストの向き イントラネット B社DCS IA_cloud I/F 制御用LAN A社SCADA IA_cloud I/F IA_cloud I/F IA_cloud I/F IA_cloud I/F IA_cloud I/F PC PLC用LAN 表示器 制御用LAN フィールドバス PLC用LAN 工作機械 モニタSW 制御用LAN IA_cloudの技術的基盤 一般的なWebページの閲覧で使用さ れているAjaxと同じ仕組みを利用。 ECサイト、Googleマップなど、ほとん どのインタラクティブなWebサイトで使 っている技術。具体的には、フィール ドサーバがWebクライアントを搭載し、 http(s) POSTあるいはPUTメソッドを 使用し、収集データをsoap-Xmlや JSONで、クラウドセンタサーバへファ イアーウォールを通して送信する IA_cloud フィールドサーバ IA_cloud I/F PLC用LAN クラウド サービス F/Wフレンドリー インターネット IA_cloud I/F IA_cloud センターサーバ イントラネット プロトコル詳細のガ イドラインを作る。 // OPC-UA の場合 POST /store-data HTTP/1.1 Host: centerserver.host.com/ Content-Type: application/soap+xml; charset= “utf-8” Content-Length: nnnn <soap-xmlデータ> // REST-JSON の場合 POST /store-data HTTP/1.1 Host: centerserver.host.com/ Content-Type: application/json; charset= “utf-8” Content-Length: nnnn <JSONデータ> このオブジェクト 形式のベースを 作る。 IA_cloudデータ連携のまとめ Webサービスのサーバ機能ではなく、クライアント機 能を搭載したフィールドサーバやDSC/SCADA と、それに対応したクラウド上のデータ収集/蓄積サ ーバ プロトコルは、OPC-UA(SOAP-XML)と、REST-JSON 基本I/FのAPIと、主要データオブジェクトの構造 を定義 PLCのリニアメモリイメージ(wordデータ配列) タグ、ポイント、履歴データ、イベントログ 設備稼働状況、消費エネルギー・・・ ISA-95モデルに基づく上位オブジェクト・KPI IA_cloud JSONデータオブジェクトの例 { 例えば、2点の温度と警報2点の監視オブジェクトをJSONで記述すると “objectID” : “IDstrings”, “timestamp” : “20140625134500.000000+0800” , "dataObject" : { “timestamp” : “” , “ゾーン1温度” : 83.6 , “ゾーン2温度” : 76.4 , “アラームスレータス” : { “timestamp” : “” , "アラーム1" : false, “アラーム2” : false } }, “comments” : “このオブジェクトに関する説明“ // IDの付け方にルール? //ISO8601のテキスト記述 // Object毎に、””は親と同じ // 数値の型はNumberのみ // で大丈夫か // Objectは入れ子にできる // データ型は、TEXT, Number, // Boolean しかない。 } 注:上記の「//」ような、評価対象とならないコメント行はJSONでは許されていない。理解 しやすいように挿入したもの。 IAF ( Industrial Automation Forum ) 17 IA_cloud OPC-UAデータオブジェクトの例 {<?xml version='1.0' ?> <env:Envelope xmlns:env="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope" > <env:Header> <t:transaction xmlns:t="http://thirdparty.example.org/transaction" env:encodingStyle="http://example.com/encoding" env:mustUnderstand="true" >5</t:transaction> </env:Header> <env:Body> OPC-UAの定義のxml 表記データをそのまま利用 </env:Body> </env:Envelope> IAF ( Industrial Automation Forum ) 18 プロジェクトのゴール Industrial Automation分野におけるクラウドサービスの標準的なプロトコ ルを定義する OPC-UAをそのまま採用する。必要に応じて、Httpメソッド、URLやURLパラメータの使 用法、レスポンスなどUA-XML(Soap)のHttpバインディングの詳細について定義す る。 REST-JASONをベースとし、Httpメソッド、URLやURLパラメータの使用法、レスポンス などの詳細について定義する。 Industrial Automation分野におけるクラウドサービスの標準的なデータオ ブジェクトの構造を定義する データオブジェクトの基本構造(ベースクラス)を定義する IA分野の基本情報のデータオブジェクト構造を定義する。(タグ、ポイント、A&E、履 歴データなど) ユーザ視点でのいくつかのユースケースを想定し、それぞれのケースで必要なデ ータオブジェクトを定義する。 IAS-95、ISO-22400(KPI)を参照し、より抽象化されたオブジェクトの記述に挑戦する。 IA_cloud 仕様を実装する、レファレンス実装を行い、オープンソースとし て提供する。 IAF ( Industrial Automation Forum ) 19 プロジェクトの参照規格 プロトコル OPC-UA Soap, WSDL, WS-addressing, WS-security ・・・・ REST-JSON ECMA-404, RFC-4627 ・・・ データオブジェクト構造 ISA-95 ISO-22400 OPC-UA IAF ( Industrial Automation Forum ) 23 プロジェクトの運営と構成 TBD 年内に基本仕様の作成を終え、2015年の秋に実証 デモ展示を目指しリファレンス実装を行う。 早急にプロジェクトキックオフを行い、詳細を決定。 必要に応じて分科会などを設置し、並列的に作業を 開始したい。 ユーザニーズを取込むために、ユーザの参画とヒア リングなどを実施 IAF ( Industrial Automation Forum ) 24 プロジェクトメンバを募集 エンドユーザ PA,FAのエンドユーザ 中小企業関連団体 参加に興味のある方は、いずれかへメールください。 クラウドサービスのプロバイダー IA-cloudプロジェクト: consulting@hashimukai.com 独自のクラウドサービスや類似のサービスの事業展開を実施しているベ ンダ IAF事務局: machida@mstc.or.jp 今後の事業展開を検討中のベンダ IA分野のSIer 、S/Wベンダ、H/W ベンダ DCS/SCADAのベンダ 原則として、IAFの正会員ないしは、 PLC、温度調節器、表示器ベンダ IA_cloudプロジェクト参加条件: ユーザの情報会員であること。(暫定) IA 情報端末ベンダー IA機器のフィールドサーバやゲートウエイの開発・供給ベンダ iOS, Android 端末用のPLCモニタアプリやSCADAアプリの開発・供給ベンダ IAF ( Industrial Automation Forum ) 25
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