導入事例

インダストリアル3.0からインダストリアル4.0へのシフトで、デジタルオートメーションが変容 製造業。 業界3.0は、マイクロプロセッサと自動化による生産性を高めたが、統合が不足している プロセス。 その後、インダストリー4.0は、相互接続されたシステムがリアルタイムに有効化するスマートな製造をもたらします データフローとデータ主導の意思決定 MQTT(メッセージキューイングテレメトリートランスポート)は、これを容易にします 大規模なネットワーク間でリアルタイムのデータ交換のための柔軟なメッセージングによる変換。

インダストリアル 4.0 では、IIoT を用いたスマートファクトリの構築を目指し、より高速なデータドリブンを実現 決定。 工場紹介 大規模なデータ量を処理するために、堅牢なデータ通信が必要で、デバイスを接続し、生産をスケール化します。 MQTTの特長 インダストリアル 4.0 製造のバックボーンを目指し、これらのニーズに対応。

このページでは、MQTTが産業用プロセスレイヤー間での通信を強化し、革命化する方法を説明します。 業界 4.0 への飛躍。

デジタルオートメーション
業界3.0インフォメーション

インダストリアル3.0は、製造に自動化を導入しましたが、様々な統合が欠如しています。 産業操作の層。 マニュアルの介入と独自の通信システムが限られた 拡張性とリアルタイムのデータ交換に必要なスマート製造お問い合わせ

ISA model

ISAモデルとマニュアルデータ転送

業界3.0のコアは、階層的なISA-95モデル(産業オートメーション)でした ピラミッド)、 マニュアルデータ転送に大きく依存しました。 労働者は機械を監視し、手動でデータを移しました 分析、データの正確さを制限し、意思決定を遅らせるための企業システム。

  • レベル0:フィールドデバイス(センサーとアクチュエータ)
  • レベル1:制御装置(PLC、RTU)
  • レベル2:スーパーバイザー制御(SCADA)
  • レベル3:製造運用管理(MES)
  • レベル4:エンタープライズリソースプランニング(ERP)

たとえば、レベル1(センサーとPLC)とレベル2(制御システム)で収集したデータ だった 頻繁に 生産を担当するレベル3(MES)とレベル4(ERP)システムにアクセスできない、シロシード スケジューリングと在庫管理。 これにより、運用技術(OT)との接続が解除される 情報技術(IT)

課題は、これらのレベルがリアルタイムで通信し、業界3.0が落ちたところです。 ショート

Peripheral automation

周辺オートメーション

自動化システムが向上し、監視、制御、データなどの作業を容易にする ログイン センサーおよびプログラム可能な論理のコントローラー(PLCs)が装備され、 知能の測定を提供, しかし、多くの場合、これらのデバイスは分離で働いたか、または必要な 統合のための独自のシステム。 必要な柔軟性とリアルタイムのデータ交換が欠如 近代的な相互接続された工場のため。 データを手動でまたはスケジュールされたクエリで引き出す必要があります。 製造業務の機敏性を制限する。

DCS architecture

分散制御システム(DCS)

DCSシステム複雑なプロセスのローカル制御を容易にするために導入されました。 DCS システム リアルタイム制御が可能で、スケーラビリティに制限され、データ管理に苦労しました 特に制御層と企業システム間の異なるレベルにわたって。 その他、 DCS を拡張して、新しい機器や変更の調整が複雑になり、 お問い合わせ 高い費用。 すべての部品を滑らかに接続し、適応可能にとどまるために工場のためにそれを困難にしました お問い合わせ お問い合わせ

Integration Gaps Across Levels

レベルの統合ギャップ

進歩にもかかわらず、リアルタイムの運用データを接続する重要なギャップは残っています から レベル2(制御層)からレベル3(製造業務)、レベル3～レベル4(エンタープライズ) リソースプランニング 密接なシステムにより、シームレスな通信を防止し、困難に 営業活動と生産活動の同期 これにより、サイロデータが生成され、 決定の不当性と遅延. すべてのレベルのスムーズなデータフローの欠如 生産性と資源配分が著しく影響し、企業が企業を遅くする 変化に対応。

デジタル変革時代:業界 4.0

と業界 4.0, 隔離されたオートメーションから相互接続されたシステムにシフトしたパラダイム リアルタイムで。 デバイス、センサー、デバイスなどのスマート製造環境を変革 ISA-95階層のあらゆる層にわたってシステムをシームレスに共有できます。 制作に重点を置いています IIoTデバイスやクラウド MQTTプラットフォーム生産を最適化するために同期で作業 プロセスを増加させ、効率を高め、ダウンタイムを削減して下さい。

Industry 4.0 Requirements for Communication Protocols

業界 4.0 通信プロトコルの要件

業界 4.0 は、次のような通信プロトコルを要求します。

  • 軽量でスケーラブル:接続されたデバイスの大規模なネットワークを処理することができる ネットワークを積み過ぎます。
  • 信頼できる、安全:重要な操作を転送する際に特に、データの整合性を確保 データ。
  • 適用範囲が広い:そのような新しい、革新的な技術をサポートしながら、レガシーシステムと統合することができます AI・機械学習として
  • リアルタイム:低遅延通信をサポートし、リアルタイム監視と制御が可能 製造プロセス。

MQTTの強みが明らかになったところです。 軽量で公開されたアーキテクチャ、 QoS レベルの信頼性と統合機能により、最適なソリューションを実現 スマート 業界 4.0 の風景の製造業。

製造システムでMQTTを使用する利点

MQTTの特長製造業システムのための複数の利点を提供します。 それは間の速く、信頼できるデータ交換を可能にします デバイス、運用効率の向上 その柔軟性により、既存のシステムと簡単に統合できます。 安全な通信を確保します。 また、MQTTのリアルタイムデータ交換機能により、 意思決定とプロセスの最適化.

Data Exchange Speed

データ交換速度

MQTTの主な利点の1つは、最小限のデータ量を処理する能力です 遅延と遅延 リアルタイムでデータを収集、処理、応答する能力 製造環境では、リアルタイム 監視機械の性能、識別のネック、および減少のためのデータ交換は重大ですダウンタイムお問い合わせ MQTTの軽量性により、機械間でデータを効率的に送信できるようになり、 帯域幅の低い環境でもセンサー、企業システム。

  • フィールドデバイスからMESまたはSCADAシステムにセンサーデータを送信する遅延を削減
  • 製造環境のMQTTはでき事へのより速い応答を可能にし、生産の稼働時間を改善します 効率。

MQTTのアーキテクチャは、スマートファクトリーで重要な多くの接続デバイスを処理するように設計されています 数千台のセンサーと機械を使って。MQTTの特長 ブローカー毎秒何千ものメッセージを処理することができます。 製造工場全体のスケーラビリティ 工場がIoT展開をスケールアップするにつれて、MQTTの能力 高デバイスボリュームを処理するため、システムを圧倒することなく効率的に成長させる 増加したデータ負荷。

QoS data transfer

データ転送サービスの品質(QoS)

製造プロセスは、多くの場合、時間感度とデータクリティカルです。 データの紛失または遅延 ダウンタイム、製品欠陥、安全性の問題など、著しい結果を得ることができます。 保障する ということ MQTTは3つのデータを確実に転送します。サービスの質(QoS)のレベル: : :

  • QoS 0: このレベルは「一度に」配送を提供します。つまり、メッセージが要求せずに送信されることを意味します。 領収書の確認 環境モニタリングなどの非重要なデータに有用です。 データデータ 損失は壊滅的ではないかもしれません。
  • QoS 1: この「少なくとも一度」モードでは、メッセージは配信されるように保証されますが、重複は可能性があります 発生します。 これは、機械の状態の更新などのもう少し重要なデータにとって非常に重要です。 データが到着することを確認することが重要です。
  • QoS2:最高水準の「一度に」は、メッセージが一度だけ受け取れるようにします。 お問い合わせ 装置を製造する制御命令のような非常に敏感な区域で必要、どこに 実行 コマンドを2回すると、壊滅的な結果が得られます。

信頼できるデータ転送はスマートな製造業、特にのような適用のために重要です予測メンテナンス, 品質管理、自動意思決定 MQTT の QoS レベルは、柔軟性を提供 データの重要性に応じて、速度と信頼性のトレードオフを最適化します。

MQTT sparkplug

MQTTの特長 Sparkplug:IIoTコミュニケーションの標準化

従来の製造システムでは、デバイスは、多くの場合、異なるプロトコルを話し、統合を作る 複雑な。MQTTスパークプラグ, MQTT の上に構築されたオープンソースのプロトコル拡張機能で、これを解決 異なるデバイスとシステム間の相互運用性を確保するための標準的なメッセージ形式。

なぜスパークプラグ・マター

Sparkplug は、MQTT ベースの IIoT 通信用の標準化されたメッセージフォーマットを提供します。 それは、 定義する データの公開と状態情報のためのペイロード構造、異なるデバイスを確保 ベンダーは、PLCなどの産業用システムとシームレスに通信できます。スカーダとメニューお問い合わせ

  • 統一されたデータ モデル: Sparkplug は、デバイスを継続的に公開するステートフルなデータモデルを使用します。 MQTT ブローカーへの状態。 これにより、デバイスを監視し、システムを同期させやすくなります。 産業4.0の実時間必要性のための条件。
  • 簡単な統合: スパークプラグ規格に準拠することにより、工場は複雑性を低減できます。 新しいデバイスとシステムを統合し、IIoTの実装を長くすることなく簡単にスケールアップ カスタム開発。
UNS

ユニファイド名前空間(UNS): 運用データを一元化

インダストリアル4.0の重要な原則は、ユニファイド・ネームスペース(UNS)を作るという考え方です。 すべての植物データが存在する一元化されたリポジトリ。 MQTTはUNSのバックボーンとして機能します 異なるシステム間でリアルタイムのデータ共有。

  • データ集中: 輸送層として機能するMQTT、機械、センサー、システムからのデータ 必要な情報を整理し、配布する単一のブローカーに公開されます。 作成する は、 製造工程全体を統一した視点。
  • データサイロの排除:伝統的に、工場内のデータは別のシステムに保存され、それを作る 聖域へのアクセスと分析が困難です。 MQTTとUNSは、これらのサイロを排除し、リアルタイムを実現 インサイトとより効果的な意思決定.

集中型UNSは、予測分析などの多くの産業4.0アプリケーションのための基盤です。 デジタルツイン、リアルタイムのパフォーマンス監視

スマートマニュファクチャリングでMQTTのユースケース

MQTTは、スマートファクトリーの効率的なコミュニケーションと制御を可能にする上で重要な役割を果たしています。 精密な情報を送ることによって自動生産ラインの実時間機械制御が停止することを保障します 異常が検出された場合機械。 さらに、それによって生産プロセスの最適化に役立ちます 生産性を高めます。 以下は、MQTT が大きなインパクトを生む2つの重要なユースケースです。 スマート 製造業。

Machine control

ユースケース1:自動組立ラインの機械制御

自動組立ラインでは、受信したデータや指示に基づいて特定のタスクを実行します。 リアルタイムで。 これらの機械に制御信号を送るのにMQTTが使用することができます。 例えば、異常な場合 ライン上で検出される、QoS 2 の MQTT のメッセージは機械をすぐに停止するために、保障するために送ることができます メッセージが正確に一度配信され、システムにつながる可能性がある重複を防ぐ 間違いか機械故障。

Real-time data exchange

ケース2:マルチベンダー環境におけるリアルタイムデータ交換

想像してみてください。スマート工場異なるベンダーから機械を使用する。 各機械は性能データを発生させます、 しかし、異なるフォーマットで。 Sparkplug は、このデータを標準化し、SCADA システムを一元化して監視できるようにします。 性能は、異常を検出し、工場の床を渡る実時間調節を、無関係に作って下さい 機械の起源。 これは、より良い意思決定を可能にし、機械の活用を改善し、削減 ダウンタイム。

従来のシステムとのMQTTそして統合

MQTT は、モダンで機能しない 既存のシステムとシームレスに統合するIoTデバイス 製造工場。 これは、従来のシステムとの間のギャップを埋めるのに最適なプロトコルです。 業界 4.0 革新.

REST APIとMQTT

ログイン API は、MES や、MES などの製造におけるソフトウェアシステムを統合するために一般的に使われます。 ERPシステム。 MQTT は REST API を補完し、データストリームのリアルタイム通信を実現します。

リアルタイムのデータフロー: REST API はトランザクションデータを処理し、MQTT は送信するために使用することができます リアルタイム センサーとアプリケーション間でのデータ これにより、従来型のシステムがリアルタイムデータで動作することができるようになります。 もともとバッチ処理のために設計されていたとしても。

MQTTの特長 残りの API の統合により、製造業者は近代的な両方の機能を活用できますIIoTソリューションそして遺産システム, 業界 4.0 へのスムーズな移行を保証します。

REST APIs & MQTT
Web hooks

ウェブホック

Webhooks は、特定のイベントが発生したときにシステムからリアルタイムの通知を有効にします。 インスタグラム 製造、webhooks は、MQTT を使用して、リアルタイムのデータに基づいてアラートやアクションをトリガーできます。 機械。

たとえば、センサーが異常を検出すると、メッセージをメッセージに公開することができます。MQTTブローカー, その後、適切な人員に警告するために webhook をトリガーします。 これはあらゆる異常が保障します 検出する 速やかに対処し、応答性を改善し、積極的な維持を高める。

イベントへのリアルタイム応答を有効にすると、webhooks はシステム全体の効率を改善し、 ということ 重要な問題は、エスカレーションの前に対処されます。

2ウェイ統合

MQTT は、機械から制御するだけでなく、データフローを双方向通信可能 対向方向のシステムも。 これにより、リアルタイムの制御コマンドがから送信されるようになります。 メニュー フィールドデバイスに戻り、生産ラインへの動的調整を可能にします。

例えば、生産速度が調整を必要とする場合、MESシステム助けによって MQTTの缶 PLC に制御コマンドを送信し、機械の設定をすぐに更新します。

リアルタイムコミュニケーションのこのレベルは製造業のオートメーションそして柔軟性を改善し、可能にします 需要または生産要件の変化への迅速な適応。

2 way integration

業界向け触媒 4.0 成功

業界 4.0 が製造業の規範となるため、MQTTの特長ますます重要な役割を果たしています。 産業用システム間でデータを交換する方法を変換します。 リアルタイムのコミュニケーションを可能にすることで、 QoSで信頼性の高いデータ転送を確保し、従来のシステムとの統合をサポート 従来のシステムとIIoT時代のギャップを埋めるメーカー 革新の上昇によってのようなMQTTスパークプラグそしてUNSの製造業設備は継ぎ目が無いデータ交換を、改善する達成できます 意思決定、生産性の向上、最終的に製造方法の変革 業界 4.0 時代.

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