産業 IoT による工場のデータ収集から可視化まで、AWS Industrial IoT Workshop で一気に体験 ！

本ワークショプを実施するには、AWS アカウントが必要です。AWS アカウントをお持ちでない方は AWS アカウント作成の流れ に従って、作成してください。

ワークショップの詳細に入る前に、まずは産業用設備のある現場における IIoT 化のメリットや実現に向けて必要なステップを改めて整理してみましょう！

そもそも IoT とは Internet of Things の略称で、「モノのインターネット」という意味です。例えば製造業であれば工場内の工作機械や生産設備などといったモノがインターネットにつながっていることを意味します。インターネットに接続されたこのようなモノは、エッジデバイスや IoT デバイスなどと呼ばれます。さらに生産設備において機器や設備のデータを収集および一元管理し、それを元に改善や最適化のアクションを取れるようにした工場を「スマート工場」と言います。では、そうすることでどのようなメリットがあるのでしょうか ?

以下ではスマート工場で期待されるメリットを3点挙げてみます。

1. 機器の異常をリアルタイムに検出可能になる
   機器のデータをリアルタイムに収集・分析できるようになることで、いち早く機器の異常を検出できるようになります。従来であれば突然の故障で製造ラインが止まってしまっていたような現場でも、IoT 化を前提としているスマート工場化が進めば迅速な対応が可能となり、さらには製造ラインの停止を未然に防ぐことも考えられます。
2. 製品の品質向上・製造ラインの効率化
   稼働している機器のデータを収集することで、データに基づいた製品の品質向上や、製造ラインの効率化なども期待できます。例えばこれまで人が行っていた点検や監視といった業務を自動化することで人件費を削減でき、より効率的な従業員配置が実現できます。

上述ではスマート工場のメリットについて述べました。それではスマート工場の実現を見据えて工場の IIoT 化をするとなった場合、実際にはどのようなステップが必要になるのでしょうか？実際に必要となるステップは以下の 2 つとなります。

1. 工場内機器からのデータ収集基盤の構築
   上述したスマート工場のメリットはどれも機器のデータを集めるところから始まります。つまり、なにはともあれ機器のデータを収集できる基盤が IIoT 化に必須と言えます。
2. データの可視化および分析基盤の構築
   IIoT 化が進めば、場合によっては何百あるいはそれ以上の機器から絶えずデータを収集することになります。こうした大量のデータはそのままでは活用が難しいので、データを可視化してわかりやすくしたり、分析して必要な情報を抽出することが必要になります。

IIoT の構築のためには、「データ収集基盤」や「データの可視化・分析基盤」が必要だと書きました。大量のデータを扱うため、データを集める場所としてはスケーラビリティがあり運用の手間も省けるクラウドは親和性があります。また、クラウドを利用することの別のメリットとして、世界中に拠点を持つグローバルな工場を可視化できる、生産プロセス全体の効率化を図れるといったメリットも挙げられます。

ここまででスマート工場のメリットや IIoT 化に必要なステップについて触れてきました。また IIoT とクラウドの親和性にも触れました。しかしまだ「工場内の機器にどんな機能が必要なのだろう ?」、「クラウド側ではどういうサービスを利用してどんな設定が必要なんだろう ?」、「クラウドを使ってデータ分析はどうやったらできるんだろう ?」といろいろと疑問が生じそうです。加えて、IIoT 化のためのステップを実際に行うとなるとコストや時間、さらには人材や IT スキルが必要となります。

今回紹介するワークショップでは、上述で挙げたような疑問を解消する AWS IoT サービスが登場します。これらのサービスは、お客様が一から IoT 化のための仕組みを作る必要がないという点で、コストや時間といった問題点も解消し、その結果、お客様はお客様自身のビジネスややりたい事に集中できます。以下では AWS Industrial IoT Workshop の内容紹介に入る前に、ワークショップで登場するサービスについて、主にデータ収集と可視化・分析に焦点を当てながら紹介していきます !

AWS IoT Greengrass は、オープンソースのエッジランタイムであり、デバイスソフトウェアを構築、デプロイ、管理するためのクラウドサービスです。IoT Greengrass を用いることで、デバイスが生成するデータに対するローカルな動作や、機械学習モデルに基づいた予測、デバイスデータのフィルタリングおよび集計が可能なソフトウェアを構築できます。また、IoT Greengrass にはエッジデバイスの機能を拡張するためのコンポーネントと呼ばれるソフトウェアが用意されています。後述する AWS IoT SiteWise ゲートウェイも SiteWise にデータを送信するための機能を持った Greengrass のコンポーネントとして動作します。

AWS IoT SiteWise は、産業機器データの収集、整理、分析を簡素化するマネージドサービスです。SiteWise にデータを取り込む方法はいくつかあり、例えば SiteWise ゲートウェイと呼ばれるコンポーネントを実際の工場にあるデバイスやエッジゲートウェイなどにデプロイすることで、そこからクラウド上にデータが送られるようになります。さらに SiteWise には取り込まれたデータから必要なメトリクスを計算したり、それを可視化するポータルという機能も備わっています。

AWS IoT TwinMaker は物理システムとデジタルシステムの運用可能なデジタルツインを構築するための AWS IoT サービスです。AWS IoT TwinMaker を使うことで現実世界のセンサーやカメラ、エンタープライズアプリケーションからの測定結果と分析結果を可視化し、実際の工場や建物、産業プラントの状況を把握するのに役立ちます。この現実世界のデータを使用して、オペレーションの監視、エラーの診断と修正、オペレーションの最適化を行うことができます。

Amazon Managed Grafana は人気のオープンソース分析プラットフォームである Grafana のフルマネージドサービスであり、メトリクスの保存場所に関係なく、メトリクスに関するクエリ、視覚化、理解、アラートの受信が可能です。Amazon Managed Grafana ではさまざまな AWS サービスをデータソースとして、ダッシュボードを作成しデータの可視化や分析を可能にします。本ワークショップでは SiteWise で収集したデータの可視化および、AWS IoT TwinMaker で作成したデジタルツインの可視化を Amazon Managed Grafana を用いて行います。

ここまでで IoT 一般の話や IIoT について、また、AWS の IoT 関連サービスについてご紹介してきました。ここからは、本題である AWS Industrial IoT Workshop の内容についてご紹介していきます。ワークショップはこちらからアクセスできます。

このワークショップで作成する構成を下図に示します。

ワークショップでは、工場内のドリルプレス (ボール盤) から OPC-UA でエッジゲートウェイと接続し、SiteWise でドリルプレスの圧力や回転速度などのメトリクスを可視化します。ワークショップの手順は大まかに以下のとおりです。

1. AWS IoT Greengrass をエッジゲートウェイにインストールし、設定する
2. AWS IoT SiteWise を PLC と接続し、取得するデータのモデルとアセットを定義する
3. AWS IoT SiteWise でドリルプレスの圧力などのメトリクスを可視化するダッシュボードを作成する
4. AWS IoT TwinMaker でドリルプレスのデジタルツインを構築する
5. Amazon Managed Grafana でメトリクスやデジタルツインを可視化するダッシュボードを作成する
6. Amazon S3 でデータレイクを構築し、AWS IoT SiteWise でアラームとメトリクスを設定し、ダッシュボードで可視化する

これらの手順について、「IIoT 化に向けたステップ」で紹介した「工場内機器からのデータ収集基盤」「データの可視化および分析基盤」の 2 つの観点から解説していきます。

このワークショップでは Greengrass と SiteWise を用いて簡単に、かつ迅速にデータ収集基盤を構築する工程を体験することができます。工場内のデバイスからクラウドにデータを送信するために、プロトコルの変換などを行うエッジゲートウェイを工場内に設置します。エッジゲートウェイに Greengrass Core をインストールすることで、Greengrass でエッジゲートウェイを管理できるようになります。マネジメントコンソールからエッジゲートウェイにソフトウェアをインストールすることができるため、わざわざデバイスに直接接続してインストールする必要がありません。今回のワークショップでは SiteWise ゲートウェイをエッジゲートウェイにインストールします。また、SiteWise ゲートウェイを利用することにより、IoT デバイスからエッジゲートウェイを経由して AWS 上にデータを送信できるようになります。このとき、OPC-UA などの産業用プロトコルで通信できるため、エッジ側で変換処理を実装する必要がありません。

本ワークショップを実施すれば、AWS の IoT 関連サービスの利用イメージが湧くかと思います。IIoT 導入へのイメージをより鮮明に持っていただくために、AWS の IoT 関連サービスを用いて IIoT 化したお客様の事例を 2 つご紹介します。

本ワークショップでは PLC からデータを収集し、可視化しました。IIoT 化をするうえでは、収集したデータを可視化するだけでなく、データの蓄積や異常検知などのために他の AWS サービスにデータを送信する場合があります。そこで、工場内のデバイスから収集したデータを他の AWS サービスに中継する際に便利な AWS IoT Core というサービスのワークショップをご紹介します。

IoT Core はデバイスを簡単にかつ安全にクラウドに接続することができるサービスで、Greengrass や SiteWise と同様に多くのお客様にご利用いただいています。このワークショップでは、IoT Core を用いて産業機器に限らないセンサー等の一般的なデバイスから取得したデータをクラウド上にアップロードし、活用するまでの流れを体験することができます。ハンズオンはこちら »

本記事では、AWS Industrial IoT Workshop をご紹介しました。IIoT を導入することには、機器の異常検出や製品の品質向上、製造ラインの効率化などのメリットがあります。しかし、IIoT を導入してこれらのメリットを享受するためには、データ収集基盤や分析基盤を整備する必要があり、全てを一から構築するには相応の労力が必要となります。

AWS の IoT 関連サービスを使えば、IoT デバイスからのデータ収集やデータ分析基盤の構築を簡単に、かつ迅速に行うことができます。今回ご紹介した AWS Industrial IoT Workshop では、データ収集や分析のためのダッシュボードの作成などを体験することができます。このワークショップを終えた後も、本記事で紹介したお客様事例を見て AWS を活用した IoT 導入のイメージをより鮮明になものにし、他のワークショップを実施して IIoT 化の際に役立つ AWS サービスについて知っていただけるかと思います。

本記事を通してAWS が提供する IoT 関連サービスについて興味を持っていただき、IIoT を導入してスマート工場を実現するきっかけになければ幸いです！