AWS Outposts でスマートマニュファクチャリングの無限の可能性をグローバル化

本ブログはAWSブログ “Globalizing Smart Manufacturing’s Boundless Potential with AWS Outposts“を翻訳したものです。翻訳はソリューションアーキテクトの山本直志が行いました。

はじめに：

今日の製造業の環境において、組織は人工知能 (AI)、機械学習 (ML)、データ分析、Internet of Things (IoT)、そしてクラウドコンピューティングを統合しています。これらのテクノロジーは、様々な製造プロセスにおける効率性、品質管理、およびイノベーションの向上を支援します。リアルタイムデータ、予測分析、および自動化を活用することで、製造業の企業はグローバル市場における生産性と競争力を高めることができます。

しかし、新しい製造テクノロジーの導入には主要な課題があります。多くの産業用アプリケーションでは、従来のクラウドアーキテクチャでは提供が困難な超低遅延のデータ取得や演算を必要とします。これは特に、センサーが大量のリアルタイムデータを生成するスマートファクトリーや予知保全のユースケースにおいて重要です。集中型のクラウドソリューションのみを用いると、遅延が発生し処理時間が重要な業務や意思決定に影響を与える可能性があります。管轄区域全体のデータセキュリティ規制では、機密性の高い生産データの保護が必要です。データ主権の考え方も、地域をまたいだデータの保存や処理に慎重な管理を必要とします。さらに、遠隔地のデータセンターへのデータ送信は、特定の産業や地域におけるデータ所在地の要件を満たさない場合があります。

AWS Outposts は、これらの課題にハイブリッドクラウドソリューションとして対応します。AWS のインフラストラクチャとサービスをオンプレミスに提供し、製造業の企業がレイテンシーに敏感なアプリケーションをローカルで実行しながら、データ主権の要件を満たすことを可能にします。製造業の企業は重要なワークロードをオンサイトで実行してデータ制御を維持しながら、AWS クラウドのスケーラビリティ、管理、およびサービスを利用できます。このハイブリッドアプローチにより、規制またはパフォーマンスのニーズに応じて機密データをオンプレミスに保持しながら、適切にクラウド機能を使用する柔軟性が提供されます。
生産技術が進歩する中、AWS Outposts のようなハイブリッドソリューションは、製造業の企業が効率性とイノベーションを向上させるための先進的なテクノロジーの活用を支援します。このブログでは、従来のオンプレミスインフラストラクチャの課題、製造業の企業が AWS Outposts を使用してオンプレミスワークロードを最適化する方法、およびコストを削減し製品の市場投入までの時間を短縮する方法について探ります。

従来のオンプレミスインフラストラクチャの課題

製造業の企業は、従来のオンプレミスインフラストラクチャにおいて複数の課題に直面しています。変動する需要に対応して企業が生産能力を拡大しようとする際、スケーラビリティの制約が課題となります。多くの場合、高価なハードウェアを増強し、最終的に活用できないという状況につながります。保守と管理の負担は複雑さを増し、システムアップデート、パッチ管理、および多様なシステムの調整をおこなう専任の IT 担当者を必要とします。

災害復旧とビジネス継続性は懸念事項であり、組織は冗長システムへの投資を行いつつも、復旧方法の確保と操業停止の最小化という課題に対処しています。インフラストラクチャの柔軟性が乏しいことは事業運営に影響を与え、新しいアプリケーションやサービスの展開サイクルの遅延、リモートワーク体制のサポートの困難さ、市場状況への適応能力の低下につながります。

さらに、これらの従来型の構成はイノベーションに制約を与えます。新しいテクノロジーの実験が困難で、先進的な製造ソリューションの迅速なプロトタイピングとテストに課題を抱え、業界のベストプラクティスや標準の採用で遅れをとる可能性があります。これらの制限は、製造部門における競争力と技術革新の推進力に影響を与えます。

スマートマニュファクチャリングのグローバル化のための AWS Outposts によるハイブリッドエッジソリューション

AWS Outposts によるハイブリッドエッジソリューションは、増加する顧客需要に対応するための運用の俊敏性と災害復旧性を向上させ、新しいアプリケーションの本番環境への導入時間を短縮するのに役立ちます。このソリューションは次の3つのフェーズで実装できます：

フェーズ 1: アプリケーションの機能性と統合の検証のための完全クラウドアーキテクチャ

AWS Outposts の注文または受け取り前に、AWS リージョンで開発、テスト、本番環境のステージを確立することで、アプリケーションの機能性と統合を検証できます。AWS リージョンと AWS Outposts 全体で一貫したリソースと運用インターフェイスを使用することで、AWS Outposts でのアプリケーション展開と本番ラインへのアプリケーション提供のプロセスを迅速化できます。

フェーズ 2: 低レイテンシー要件を満たすためのハイブリッドエッジアーキテクチャ

AWS Outposts がサイトに到着すると、Shop Floor Control Systems (SFCS)、製造実行システム (Manufacturing Execution Systems, MES)、および本番段階のための自動化と AI/ML アプリケーションなどの遅延に敏感なワークロードを AWS Outposts に移行しながら、AWS リージョン環境と統合できます。このハイブリッドエッジアーキテクチャにより、製造業者は低レイテンシー要件に対応しながら、スケーラビリティ、俊敏性、および AWS サービスを活用できます。

フェーズ 3: AWS Outposts 災害復旧によるビジネス継続性の確保

スマートマニュファクチャリングでは、ダウンタイムが重大な財務損失と操業停止を招く可能性があるため、運用の維持が最重要です。AWS Outposts は、AWS Backup と AWS Elastic Disaster Recovery を通じて災害復旧を提供し、重要なワークロードを AWS リージョンや他の AWS Outposts にバックアップしたり複製することを可能にします。AWS Outposts の障害が発生した場合、トラフィックは AWS クラウドまたは他の AWS Outposts に転送され、ビジネス継続性を維持し、運用の中断を最小限に抑えることができます。

下図は、スマートマニュファクチャリングのグローバル化のために AWS Outposts と AWS リージョンサービスをどのように使用できるかを示すハイブリッドエッジリファレンスアーキテクチャの例です：

1. 工場のアプリケーションユーザーとデバイス、または電力分配ユニット (PDU) は、SFCS、MES、自動化および AI/ML リアルタイムデータ推論などのレイテンシーに敏感なワークロード向けに、イントラネット内のローカルゲートウェイを介して AWS Outposts 上の Application Load Balancer および Amazon EC2 に接続します。その後、AWS Direct Connect または インターネット経由の AWS Site-to-Site VPN を通じて、オフィスオートメーション (OA) システムなどのレイテンシーに敏感でないワークロード向けに AWS リージョンに接続します。
2. AWS Outposts EC2 上に展開されたアプリケーションは、Service Link を通じて AWS リージョンサービスに接続できます。これにより、AWS Outposts と選択した AWS リージョン間が接続され、Outposts の管理と AWS リージョンとの間のトラフィックの交換が可能になります。
3. AWS Outposts EC2 上の AWS IoT Greengrass にデプロイされた AI/ML アプリケーションとモデルは、データをローカルで処理でき、PDU データのリアルタイムな異常検出を可能にします。このデータは継続的なモニタリングのために AWS IoT SiteWise に送信され、Amazon SageMaker によるモデルの再トレーニングのために Amazon Simple Storage Service (S3) に保存されます。
4. AWS Outposts の障害が発生した場合、工場のトラフィックは Domain Name System (DNS) を使用して AWS リージョンの災害復旧サイトに転送され、ビジネス継続性を維持し、運用の中断を最小限に抑えることができます。

図 1: AWS Outposts ハイブリッドエッジリファレンスアーキテクチャ

工場のアプリケーションユーザーとデバイス、または電力分配ユニット (Power Distribution Unit, PDU) は、SFCS、MES、自動化および AI/ML リアルタイムデータ推論などのレイテンシーに敏感なワークロード向けに、イントラネット内のローカルゲートウェイを介して AWS Outposts 上の Application Load Balancer および Amazon EC2 に接続します。その後、AWS Direct Connect または インターネット経由の AWS Site-to-Site VPN を通じて、オフィスオートメーション (OA) システムなどのレイテンシーに敏感でないワークロード向けに AWS リージョンに接続します。

AWS Outposts EC2 上に展開されたアプリケーションは、Service Link を通じて AWS リージョンサービスに接続できます。これにより、AWS Outposts と選択した AWS リージョン間が接続され、Outposts の管理と AWS リージョンとの間のトラフィックの交換が可能になります。AWS IoT Greengrass on AWS Outposts EC2 にデプロイされた AI/ML アプリケーションとモデルは、データをローカルで処理でき、PDU データのリアルタイムな異常検出を可能にします。このデータは継続的なモニタリングのために AWS IoT SiteWise に送信され、Amazon SageMaker によるモデルの再トレーニングのために Amazon Simple Storage Service (S3) に保存されます。

AWS Outposts の障害が発生した場合、工場のトラフィックは Domain Name System (DNS) を使用して AWS リージョンの災害復旧サイトに転送され、ビジネス継続性を維持し、運用の中断を最小限に抑えることができます。

本番ワークロードの信頼性のための主要な設計考慮事項

本番ワークロードの高可用性要件により、相関的な障害が発生した場合の回復とフェイルオーバーを可能にするため、AWS Outposts と災害復旧サイトに追加の組み込み容量とアクティブ容量をプロビジョニングできます。高可用性を確保するために、Amazon EC2 ホストのフェイルオーバーのために AWS Outposts に N+1 ホストを実装することで、ホスト容量を追加できます。追加のネットワーク容量については、ネットワークのフェイルオーバー機能のために AWS Outposts から AWS リージョンへの2つのサービスリンクを確立できます。また、AWS Outposts、ネットワーク、またはサイトの障害が発生した場合、工場のトラフィックは AWS リージョンまたは他の AWS Outposts に転送され、ビジネス継続性を維持し、運用の中断を最小限に抑えることができます。

AWS Outposts によるスマートマニュファクチャリングへの取り組みの支援

Wiwynn や Accton などのクラウドインフラストラクチャとネットワーク製品を提供する企業は、スマートマニュファクチャリングの取り組みに AWS Outposts を使用しています。地域をまたがる事業拠点を持つ製造業の企業は、グローバルな低レイテンシーアクセスを必要としながら、ローカルな成長をサポートするための生産能力の拡大を必要としています。2023 年の re:Invent、台北サミット、および 2024 年の re:Invent で、Accton は AI/ML サービスをグローバルに展開するためにハイブリッド OT と IT をつなぐために AWS Outposts を導入しました。Wiwynn は AWS Outposts を導入して本番環境を予定より 10 ヶ月前倒しで提供し、マレーシアの新工場の展開時間を 90 %削減し、 IT システム管理スタッフが元の 8 分の 1 で済むようになりました。

AWS Outposts は、スマートマニュファクチャリングの取り組みに対して3つの重要な利点を提供します：低レイテンシー、市場投入までの時間短縮、一貫したハイブリッドエクスペリエンスです。お客様は、レイテンシーに敏感なワークロードに対して5ミリ秒未満のレイテンシーを実現し、リアルタイムの運用と分析を可能にします。AWS Outposts のインストールとアプリケーションの展開は1週間以内で完了でき、ビジネスチャンスと市場の需要に迅速に対応するのに役立ちます。AWS Outposts と AWS グローバルクラウドインフラストラクチャを使用することで、迅速で費用対効果が高く、柔軟で安全なグローバル展開を実現し、一貫したハイブリッドエクスペリエンスを提供し、スマートファクトリーの世界的な拡大を加速するのに役立ちます。

まとめ：

AWS Outposts は、製造業の企業がスマートマニュファクチャリングへの取り組みをグローバル化し、新しい工場やアプリケーションの確立プロセスを迅速化し、統合されたハイブリッドクラウドソリューションと集中的な管理を通じて運用とスタッフのコストを削減し、低レイテンシーの工場運営に対するレジリエンスと多様な要件に対応する柔軟性を提供するのに役立ちます。

新しい工場の設立、新しいアプリケーションの導入、レガシーハードウェアの廃止を計画する際、そしてスタッフ不足、ローカルパートナーの可用性、または管理の複雑さに関連する課題に対処する際は、AWS Outposts の使用を検討してください。AWS Outposts を使用することで、製造業の企業は予知保全、品質向上、プロセス最適化などのスマートマニュファクチャリング機能を実装し、イノベーション、生産効率、およびグローバルな競争力の向上を支援することができます。