OPAF

家 > 製品エンジニアリング > OPAF

はじめに

次世代のプロセスと工場制御の自動化（オートメーション）に今必要なことは、このデジタル改革に新しい技術を取り入れることです。企業は、その結果として、インテリジェントセンサー、アクチュエーター、ロボットなどの産業機器から大量のデータが発生すると予想しています。そこで、デジタル変革への取り組みを支援するために、コンピューティングパワー、5G、AI、ML、ビッグデータ分析、3D技術、タッチスクリーンを備えた新しいHMI、AR/VR機能などの早急の導入に向けて準備を進めています。

しかし、L0、L1、L2などの下位レイヤーにおけるプロセスコントロールオートメーション業界の現在のシナリオは、複数のOEM、複数のベンダー、システムインテグレーター、ビジネス関係者が直接関与する、閉鎖的で高度にプロプライエタリな分散型セットアップです。

これらの企業は、エンドユーザーが求めるOTレイヤーの標準化、プロセスオートメーション技術間の相互運用性の実現、全体像の把握などといった課題を抱えています。プロセス制御の資本コストとライフサイクルコストを削減するという「ビジネスニーズ」は、スケーラビリティとサイバーセキュリティをこれらのシステムの不可欠な要素としており、これもまた説得力のある要因となっています。

Open Process AutomationTM Standard（O-PASTM Standard）または「標準の標準」と呼ばれるこの規格は、オープンで相互運用性がありセキュア・バイ・デザインに基づいたプロセス・オートメーション・システム・アーキテクチャを提供するという大きなプレッシャーに対応できる規格です。この規格は、既存の制御システム間の相互運用性をあらゆるレベルで確保し、認証を受けたシステムとコンポーネントが合意された一連の規格に準拠していることを保証します。また、さまざまな業種で見られる、プロセスオートメーションにおけるビジネスおよび技術の両方の課題にも対処します。

ここでは、O-PASTM Standardの概要と、今後のプロセスオートメーション業界において同規格が果たす大きな役割について取り上げます。

Open Process AutomationTM Standard（O-PASTM Standard）の進化

「標準の標準」は、The Open GroupのOpen Process AutomationTM Forum（OPAF）が2016年に開始した取り組みです。エンドユーザー、システムインテグレータ、サプライヤ、およびその他の業界標準化団体で構成されるこのグローバルコンソーシアムは、将来の自動化システムが真のマルチベンダー相互運用性、適応性のある固有のセキュリティ、およびシステム移行のための簡単な方法を満たすように協力しています。

この新しいアーキテクチャは、分散制御システム（DCS）やプログラマブル・ロジック・コントローラー（PLC）を使用する既存のプロセスオートメーションシステムに、より高い標準性と柔軟性をもたらします。オートメーションアプリケーションには極めて高い可用性とリアルタイム性能が求められるため、プロセスオートメーションシステムは常に高度な独占性（プロプライエタリ）を備えています。

そこで、この新時代のITとOTの統合において、エンドユーザー、インテグレーター、販売者に付加価値を与える全く新しい規格が必要となる理由を以下に説明します。

セットアップに使用するさまざまなコンポーネントの簡易統合
革新的な価値創造の実現
レガシーデバイスとOPAF準拠デバイスのプロビジョニング、イニシエーション、ライフサイクル管理の自動化（オートメーション）
制御システムのアップグレードや置換にかかるコストの全体的な削減
新たなビジネス市場と顧客の発掘
既存の顧客に対する新製品や新サービスの継続的な提供
安心・安全設計による労働者の強化

O-PASTM規格の複雑な部分を深く掘り下げる前に、OPAFが作成した、または作成中の規格の3つのバージョンについてご紹介します。

2019年に初公開されたバージョン1は、相互運用性という重要な品質属性に対応しています。
2020年1月に公開されたバージョン2は、構成の移植性に対応しています。
2022年に公開が予定されているバージョン3は、アプリケーションの移植性とオーケストレーションに対応します。

O-PASTM Standardの詳細

「標準の標準」は、OPC Foundation、Control System Integrators Association（CSIA）、Distributed Management Task Force（DMTF）、特にRedfish API、FieldComm Group、Industrial Internet Consortium（IIC）、International Society of Automation (ISA)、NAMURなど、さまざまな産業団体が共同で行う取り組みです。

この協力体制は、OPC Foundation（OPC UA接続関連）、ANSI/ISA 62443（セキュリティ関連）、DMTF Redfish（システム管理関連）から多大な貢献を受けた現在の2.1バージョンに現れています。

最新のバージョン2.1の予備規格は、以下の部分で構成されています。

O-PAS Part 1 – 技術的アーキテクチャの概要（情報）
O-PAS Part 2 – セキュリティ
O-PAS Part 3 – プロファイル（情報）（S211として別途入手可）
O-PAS Part 4 – O-PAS Connectivity Framework（OCF）
O-PAS Part 5 – システム管理
O-PAS Part 6.1 – 情報・交換モデル：概要およびインターフェース
O-PAS Part 6.2 – 情報・交換モデル：基本構成
O-PAS Part 6.3 – 情報・交換モデル：アラームとイベントの設定
O-PAS Part 6.4 – 情報・交換モデル：機能ブロック
O-PAS Part 6.5 – 情報・交換モデル：IEC 61499（近日公開）
O-PAS Part 6.6 – 情報・交換モデル：IEC 61131
O-PAS Part 7 – 分散制御プラットフォーム

O-PASTM Standardが産業界の未来の要件になる理由

オートメーション業界では、下位のL1、L2レイヤは、PLC、DCS、センサ、アクチュエータ、およびIOデバイスが動作するデバイスを厳しくベンダが制御する独自仕様です。ここでは、オペレーター、システムインテグレーター、ビジネスリーダーなどのさまざまな関係者が意味を理解できるように、ネットワーク/通信層における産業プロセスデータの継続的な収集、変換、伝送、取り込みが行われます。

現在の設定では、OPC UAを使用することで、どの層（L1, L2～L4, L5層）からでも統一された一貫性のあるデータを取得できます。この規格の意図は、OPAFアーキテクチャのどのコンポーネントも、ネットワーク／通信層を超えてどのコンポーネントとでも対話できるようにすることです。

OPC UAが上位層での標準化を実現したことで、オートメーション業界は、下位のネットワークレベルでも標準化を実現しなければならないというプレッシャーに直面しました。今後は、O-PASTM Standardとそのさまざまなオープン・プロセス・オートメーション（OPA）技術を、次世代のプロセス制御システムにどのように活用していくかが課題となります。これは、クラス最高のコンポーネントの統合をサポートし、供給元が異なるコンポーネント間で構成とアプリケーションの移植性を提供するように設計された、OPAベースの制御システムによって可能になります。この標準化は、ハードウェアだけでなく、これらの部品の中のソフトウェアにも影響を与えます。

OPAF StandardにおけるOPC UAの詳しい役割については、こちらのブログをご覧ください

OPAFアーキテクチャ

一言で言えば、共通のOCFバスにおいて、OPAFアーキテクチャは、DCNやレガシーの非準拠DCS、PLC、IOデバイスのデータの安全な交換とフローを実現にします。このバスはOPC UA通信規格に基づいています。この通信規格は、さらなるデータ処理のために、ゲートウェイDCNからアドバンスト・コンピューティング・プラットフォーム（ACP）への生のプロセスデータの提供を可能にします。このようなデータのオーケストレーションやシステム管理はすべて、OPAFアーキテクチャ全体の頭脳であるOSMが行います。

O-PASTM Standardのアーキテクチャは以下の通りです。これは、この規格の構成要素となるさまざまなコンポーネントを示しています。

　図：オープンプロセスオートメーションシステムにおけるDCN

ソース：ARCウェブの画像をもとに作成（https://www.arcweb.com/industry-best-practices/what-distributed-control-node）

OPAF規格の全体的なアーキテクチャを把握するためには、上記のさまざまな用語を簡単に理解する必要があります。

分散制御ノード（DCN）

上の図から明らかなように、DCNはこのアーキテクチャの中心要素です。この必要不可欠なコンポーネントはOPAFに準拠しており、OT層に標準化をもたらすモジュールです。これらは基本的に、フィールド配線に接続されたフィールドエッジデバイスです。

DCNは、制御機能やアプリケーション実行機能のほか、上位層とのシームレスなデータ交換機能を備えています。この小型で低コストのIO/プロセス制御コンポーネントは、現在のDCS、I/Oモジュール、コントローラーの機能を組み合わせます。オープン・プロセス・オートメーション・システムでは、DCNモジュールの数は数個から数千個にもなります。制御アプリケーションレベルの通信サービスと機能ブロック実行サービスを選択的に提供するように、ランタイムソフトウェアを構成することができます。

O-PASTM Connectivity Framework（OCFバス）

このリアルタイムバスは、OPAFテストベッド全体に存在し、システム内のすべてのコンポーネントに対するデータ転送をサポートします。OCF上での通信には、OPAFのために規格化されたOPC UAベースの通信モデルとデータモデルが使用されます。メッセージ・バス・アーキテクチャを採用したこの接続フレームワークにより、異なるDCN間の相互通信が可能になります。レガシーデバイスやOPAFに準拠していないデバイスでも、新しいOPAFアーキテクチャに統合することができます。

Advanced Computing Platform（ACP）

ACPは、ハードウェアに依存しないプラットフォーム上でさまざまなアプリケーションが動作するコンピューティングプラットフォームであり、メンテナンス、エネルギーモニタリング、管理、最適化を強化します。さまざまな機能要件ベースでデータ処理を行い、それを標準的なインターフェースに従ってOCFバスに送ります。ACPが扱う機能要件には、データの取得、フィルタリング、データやイベントの履歴化、データの表示、監査証跡、診断のモニタリング、規定などがあります。ゲートウェイDCNは、ベースとなるACPを持つためのシンプルなアプリケーションをホストするために使用されます。

O-PASTM Communication Interface（OCI）

デバイスベンダーは、エンドユーザーが自分の要求に基づいて、ハードウェアデバイスのソフトウェアコンポーネントを追加、設定、プログラムできるようにしています。システムの残りの部分からDCNとしてデバイスを見えるようにするために、ソフトウェア層OCIは、そのような非準拠のフレキシブルアーキテクチャベースのデバイスに、組み込みアプリケーションとして追加することができます。

Orchestration and System Management（OSM）

OSM（オーケストレーション&システム管理）は、OPAFアーキテクチャ全体の展開、設定、管理を行う集中型システムです。OSMの開発と構築には、ほとんどの場合、ベンダー固有のツール、オーケストレーションマスター、システム管理クライアントなどが使用されます。OSMの要件を満たすために開発されたさまざまなスクリプトやその他のカスタムツールは、ここから展開・実行されます。

Gateway DCN

OPAF規格に準拠していない既存のPLCやDCSのコントローラーデバイスは、Gateway DCNを通じて新しいシステムアーキテクチャに統合されます。これらのゲートウェイにより、IO、PLC、DCSなどのさまざまなエンドポイントからの設定やデータ交換が容易になります。マルチプラットフォーム、スケーラブル、および移植性機能により、OPC上でデータポイントマッピング、データソース、アラーム、イベント、および集約されたデータのHDAのためのエンドポイントを簡単に設定できます。

O-PASTM Standardの導入でUtthungaが選ばれる理由

企業は、O-PASTM Standardがもたらすビジネス上、技術上の価値をすぐに実感できています。OPAFの仕様は急速に進化しており、現在、OPAF Forumで詳細に規定されているのは一部のコンポーネントのみです。このような限られた洞察力で、私たちUtthungaは、OPAFコミュニティのグローバルアドバイザー、およびテクノロジーパートナーとしての役割を果たしています。当社が主に専念している取り組みは以下の通りです。

産業オートメーション分野に良い影響を与えるためにOPAF仕様に貢献する
産業界やサプライヤーのOPAF導入に向けて、信頼できるパートナーとしての役割を果たす
エンドユーザーと協力して、生産環境でOPAFテスト・ベッドとDCNを実装する
特定の産業ニーズに対応した接続性とシミュレーションを提供するOPAF準拠のサプライヤー

UtthungaはThe Open Groupのシルバーメンバーであり、OPC Foundation、ISA、FieldCommなどのさまざまな産業コンソーシアムと密接な関係を培っているため、O-PASTM Standardの強化に利用できる技術や戦略に直接アクセスすることができます。当社のOPAFコンサルティングサービスは、お客様のプラットフォームにおいてオペレーショナルエクセレンスとコスト最適化の達成やOPAF規格に準拠したコンポーネントの検証のための取り組みです。?

当社のOPAFサービス
産業用プロセスオートメーションセットアップで使用される将来と既存のコンポーネントの相互運用が可能であり、これらのコンポーネントがOPAF規格に準拠していることを保証するために、当社ではDCN開発サービスとテストベッド開発サービスを提供しています。

当社のアプローチでは、エンドユーザーの要求（システムおよび検証）を理解することから始まり、お客様のプロジェクトのスコープ、規格、エリア、スケジュール、マイルストーン、リスク、成果物を定義するロードマップを提示します。

一般的なDCNまたはテストベッド開発では、オープンプロセス自動化アーキテクチャの技術的実現可能性を実装し、複数のサプライヤのコンポーネントを使用してシステムを作成します。また、接続に関してはOPC-UA、制御機能に関してはIEC 61131-3、実行に関してはIEC 61499-4など、可能な限り各種規格に準拠しています。

当社の能力：

システム統合の専門知識：遠隔地に散在するさまざまな異種システムに対するプロセス制御、オートメーション、システム設計、プログラミング、クラウド、サードパーティ統合など
OPC UAの専門知識：独自の接続フレームワークであるuOPC SuiteによるOPC接続関連。当社が14年以上の年月を費やして培ってきたOPCの技術・機能・運用・領域に関する専門知識は、さまざまな産業分野において、OPC UAベースの製品やソリューションの開発に役立っています。当社はOPC UA Companion Specifications & OPC Information Modelsを理解しており、当社のソリューションは、システム間の水平・垂直方向のシームレスな相互接続を実現できます。当社の知識豊富なOPCエンジニアは、クライアント/サーバーを備えた埋め込みOPC UAアプリケーションと、TSN機能を備えたPubSub通信モデルの開発に精通しています。
セキュリティに関する専門知識：安全なデータ交換を実現し、Part 2-OPAF仕様とIEC 62443のセキュリティレベルに基づくサイバーセキュリティ能力の検証、さらにはOPC UAセキュリティ適合性検証も行います。当社のサービスには、アプリケーションやシステムの全体的なセキュリティ評価、エンジニアリング、検証が含まれます。一般的なセキュリティ規格（OSWAP、CERT、AWS/Azure、PTE、PCI DSSなど）や、ICS、IIoT、OT-IT規格（ISA/IEC 62443、ISO27000シリーズなど）に精通したチームが担当します。
V&Vに関する専門知識：ハードウェア/ファームウェア設計検証のための汎用およびカスタマイズ可能なプラットフォーム関連。当社の熟練したエンジニアが、OPAFに基づいてDCNとして認定できるさまざまなベンダー製品をテストしています。また、Gateway DCN、デバイス（IO、PLC、DCSなど）、通信バス/インターフェースを含むテストベッドのさまざまなコンポーネントについても、プロセス/デバイスのシミュレーションを通じてテストしています。
仮想化に関する専門知識: ネットワーク、ストレージ、通信、データ関連
プロトコルに関する専門知識：標準的な産業用/専用プロトコル、プロトコル実装のV&V関連
OPAFの技術と規格へのサポート：

クラウド：AWS、Azure、PubSub over MQTT、AMQP
IIoT：Storage、Machine Learning、Analytics、Digital Twinなど
視覚化：Dockerコンテナ、オーケストレーション、Dockerization Hypervisor、分離マイクロカーネル
オートメーション：オートメーション ML、PLCOpenプログラミング
OPC：OPC Classic、UA、PubSub、Profiles、OPC Security、Information Modelling Client/Server、PubSubアプリケーション開発

まとめ

O-PASTM Standardを通じてオープンで安全な設計と相互運用可能な産業用制御システムを提供するThe Open Groupの焦点を絞ったアプローチは、連合プロセス自動化エコシステムへの扉を開きます。Utthungaは、技術的なガイドとして、またOPAF導入のパートナーとして、最前線で活躍しています。企業は、The Open Groupの既存のOPA開発作業や技術的な専門知識と、お客様の技術的な要件に対する当社の確かな理解を組み合わせて、OPAシステムを構築することができます。O-PASTM StandardとUtthungaの専門知識を活用して、OPAFに対応した産業用プロセスオートメーションのエコシステムに向けてビジネスの準備を整えましょう。