2020/07/20 ESF Wiresを使って産業用IoTアプリケーション開発を簡素化する方法
産業用IoT(IIoT=Industrial IoT)とは、ハードウェア、ソフトウェア、クラウドの技術やサービスを活用して、産業用機械やエッジデバイスをクラウドに接続し、データの収集、分析、保存、ITアプリケーションとの統合を行うことを意味しています。
IIoTアプリケーション開発に関しては、企業は、エッジ（データが生成される場所）にあるOT（Operational Technology：制御・運用技術）インフラストラクチャとデータセンター/クラウド（データがアプリケーションによって「消費」される場所）にあるIT（Information Technology：情報技術）インフラストラクチャを接続するための、利用可能なフレームワーク、産業プロトコル、およびプログラミング言語に関する専門知識や知識を常に持っているわけではありません。
Everyware Software Framework (ESF)のようなIoTエッジフレームワークは、IIoTエッジコンピューティングアプリケーションの開発を簡素化することを目的としており、Java/OSGiのオープン技術をベースに、データセンターやクラウドプラットフォーム上のITアプリケーションと統合するためのAPIを搭載し、エッジデバイスがエッジコンピューティングの機能を持ち、リモート管理を可能にするマルチサービスIoTエッジゲートウェイにすることを支援します。
開発に何年もかかるであろう実績のあるアーキテクチャとソフトウェアのビルディングブロックをベースに、JavaベースのIoTアプリケーションフレームワークを使用することで、IIoTアプリケーションの開発期間を短縮し、簡素化することが可能になります。
ESF WiresはESFに組込まれている機能で、下図のように、設定可能な論理コンポーネントを接続して、ゼロからコードを書くことなくエッジとクラウドが統合された IIoTエッジコンピューティングアプリケーションを構築するデータパイプラインを視覚的に構成することができます。
IIoTアプリケーションとは？機能階層
ESF Wires機能の詳細を掘り下げる前に、IIoTアプリケーションを開発するとはどういうことなのか、どのようなビルディングブロック/コンポーネントが必要なのかを理解する必要があります。
IIoTは、安全な方法でデータを管理するITアプリケーションの必要性と相まって、フィールドデバイスとプロトコル間の相互運用性の問題を解決することを目的としています。
IIoTアプリケーションとアーキテクチャは、典型的にはハードウェア、ソフトウェア、クラウドの技術とサービスを統合して、「モノ」（一般的にはフィールドやOTの世界に展開されているセンサー、デバイスなど）によって収集されたデータを、ITによって管理されているダッシュボードやアプリケーションと接続します。IIoTアプリケーションは時に非常に複雑ですが、4つの主な階層に分けることができます。
センサー/デバイス
この層には、現場の貴重な資産（機械など）に接続され、そこからデータを収集するすべてのセンサー、アクチュエータ、PLC、その他のデバイスが含まれています。それらはインテリジェントデバイス（IoTゲートウェイ）に接続されており、IoTエッジとクラウドレベルの間を繋ぐ役割として機能します。
IoTエッジ
IoTアプリケーションのエッジは、ソリューションがセンサー、アクチュエータ、ゲートウェイ、エージェント、コントローラを使用して接続、通信、相互作用する階層です。
テクノロジーの進歩に伴い、ベンダーはこれらのデバイスのエッジでの高度な管理機能やエッジコンピューティング機能を謳っています。
これらの機能は、ソフトウェアの更新、Wi-Fi接続の管理、セキュリティポリシーの設定、データパラメータの変更など、デバイスのオン/オフを切り替えるだけのシンプルなものから、より複雑なアクションまで様々です。
デバイスアプリケーションフレームワークは、IoTゲートウェイ上にオペレーティングシステムとビジネスアプリケーションとの間の階層に配置します。
この種のまとまりのあるソフトウェアコンポーネントの集合体は、顧客がアプリケーションを修正、再構成、および長期的に保守することを可能にするので、市場の需要の変化に応じて進化します。
市場の要求を満たすための適応性と柔軟性は、静的で固定された機能性を持つエージェントと比較して、顧客に大きな競争上の優位性を与えます。
クラウド
現場のゲートウェイやデバイスが収集したデータは、データセンターやクラウドプラットフォームに保存され、さらなる分析やITアプリケーションとの統合が可能になります。分析プロセスは、ビジネス上の意思決定を簡素化することを目的としており、AI技術を活用することで支援することができます。
さらに、データはダッシュボードに統合され、意思決定者がより簡単に理解できるようになっています。
この階層を代表する例として、エッジデータやデバイスのリモート管理と監視を簡素化するIoTインテグレーションプラットフォーム「Everyware Cloud」があります。
アプリケーションインテグレーション
ロウデータは、データサイエンスとアナリティクスの技術とAIアルゴリズムを活用したITアプリケーションによって、実用的なビジネスインサイトに変換されます。
OTデータとエンタープライズITのシームレスな統合を可能にすることは簡単なことではありませんが、インダストリー4.0と第4次産業革命を推進する上での必須となるものです。
業務が改善され、予知保全により生産効率が向上します。
マルチサービスIoTエッジゲートウェイでIIoTアプリケーション開発を簡素化
IIoTアプリケーションの開発とIIoTソリューションの採用は、非常に複雑な作業になる可能性があります。上記のすべての階層をシームレスに統合して、エッジからクラウドまでの高速かつセキュアなデータとデバイス管理を提供する必要があります。
IIoT環境は非常に細分化されており、企業がIIoTソリューションを採用する際に直面しなければならないリスクがいくつかあります。IoT採用のリスクに関する詳細な分析については、こちらの記事をご参照ください。
- セキュリティ：ベストプラクティスが不足しているため、セキュリティはIoTプロジェクトのコストを劇的に増加させる可能性があり、ユーザーがIoT技術を採用から遠ざける可能性があります。
- オープンスタンダードの欠如とベンダーロックイン: エッジインフラストラクチャで採用されているデバイス、オペレーティングシステム、プログラミング言語には多くの異なるものがあるため、オープンスタンダードの欠如は、一般的に特定のベンダーの製品、サービスに縛られていて、最適な製品やソリューションを選択するために多くの時間とリソースを費やす必要がある企業にとっての障壁となっています。
- レガシー機器：古い/レガシー機器をクラウドに接続するのは簡単な作業ではなく、OTの産業環境とプロトコルの深い理解が必要となります。
マルチサービスIoTエッジゲートウェイのアプローチは、IIoTアプリケーション開発を簡素化するのに最適です。エッジデバイスをビジネスエンタープライズITに接続するのに適しています。現場とクラウド間の双方向通信を可能にし、オフラインサービスとほぼリアルタイムのデバイス管理と制御を提供するためのローカル処理機能とストレージ機能を提供します。
既製の専用デバイスを使用して、各市場の価値提案を満たすように設計されたソリューションを提供することで、IIoT導入のリスクを低減します。データは共通のプロトコルを使用して配信されるため、データ提供とデータ消費を効果的に切り離すことができ、マルチサービスIoTエッジゲートウェイのアプローチは設計の柔軟性を提供し、データストリームの統合と集約することで、将来を見据えた投資を可能にします。
IoTエッジフレームワークである ESFは、開発者をハードウェアの複雑さから隔離し、ネットワークサブシステムがIoTゲートウェイハードウェアを補完して、統合されたハードウェアとソフトウェアのソリューションを形成します。
このIT中心のアプローチを使用してスマートエッジデバイスにデバイスロジックを実装することで、効果的で安全なデータ、デバイス、組込みアプリケーションの管理のための堅固な基盤を提供します。このアプローチを導入すれば、センサー、アクチュエータ、および重要なローカルアプリケーションの追加、変更、接続、およびクラウドへの接続が、これまで以上に簡易になります。
ESF Wires：ビジュアルなIIoTとエッジコンピューティングアプリケーション開発
ESF Wireとは？
ESF Wiresは、IoTエッジゲートウェイを強化するEurotech ESFの機能で、設定可能なコンポーネントを配線して接続し、データフロープログラミングモデルを構築することで、シンプルで直感的なIIoTアプリケーション開発を可能にします。
これは、各コンポーネント（ノード）が1つ以上の入力、出力、および独自の処理ロジックを持つことができるグラフとして表されます。例えば、異なるフィールドプロトコルを使用する産業用センサーやデバイスをIoTエッジゲートウェイに接続し、そのデータをエッジでフィルタリングしてクラウドインテグレーションプラットフォームに送信して、さらなる分析を行うことができます。
ESF WiresはどのようにしてIIoTやエッジコンピューティングアプリケーションの開発を簡素化しているのでしょうか？
ESF WiresコンポーネントはEclipse IoT Marketplaceからダウンロードでき、ドラッグ＆ドロップで簡単にESFにインストールできます。そして、それらをビジュアルコンポーザーに入れて、データフローグラフを設計します。
アウトプットとインプットのみを生成できるコンポーネントがあり、通常はフローの開始と終了を表しています。
その間に、他のコンポーネントが入力データを処理し、下流ノードの出力を生成します。これは、他のコンポーネントの実行に影響を与えることなく、独立して行われます。このように、ESF Wires のコンポーネントは再利用性が高く、移植性に優れています。
このようにして、開発者は柔軟性を犠牲にすることなく、高い抽象度で作業することなく、簡易にソリューションのプロトタイプを作成することができます：グラフは新しいノードや新しい接続を描画することで拡張可能です。さらに、開発者は、ESF の管理用 Web UI に Eclipse Marketplace へのリンクをドラッグ＆ドロップするだけで、最終的なソリューションにオープンソースまたは商用のビルディングブロックを使用することができる Eclipse Marketplace と統合させて利用することができます。
ドラッグ＆ドロップでIIoTアプリケーションを構築する方法 : ESF Wires コンポーネント
IIoTエッジコンピューティングアプリケーションの開発に使用される主なコンポーネントは以下の通りです。
- タイマー : 設定された期間にイベントをトリガーします。（通常はグラフを開始します）。
- パプリッシャー : クラウドプラットフォームにデータをパブリッシュ。
- DB ストア : データベースのストレージを表します。
- DB フィルター : SQL クエリを使用してデータベースにあるデータをフィルタリングします。
- ロガー: メッセージをローカルに記録します。
- アセット：フィールドプロトコルに従って特定のデバイスと通信するように設定が可能。（例： Modbus、 OPC UA、 S7など）
典型的な産業用IoTアプリケーションは、IoTゲートウェイに接続された一連のPLCが、機械の状態や生産データをクラウドプラットフォームやデータセンターにタイムリーに送信します。この場合、タイマコンポーネントがクラウド・パブリッシャーに接続されたModbus Assetコンポーネント（PLCを表す）に定期的な出力を送信します。
結論
このようなビジュアルデータフロープログラミングのアプローチは、同じことをするためにゼロからアプリケーションを書くのではなく、ユーザーがアプリケーションのシナリオに集中できるようになると強く信じています。
ESF Wiresは、IIoTアプリケーション開発を非常に簡素化します。開発者は、論理的なビルディングブロックを設定し、シンプルでユーザーフレンドリーなアプリケーションインターフェース上でそれらを配線することに集中すれば良いだけになります。
