デジタル・ツインで実用的な業務インサイトを生み出す

Pulisher : Cloud Technology Center チュ・ジェビン
Description：Digital Twinの強化と様々なシナリオをモデル化して最適化できる方法について紹介したWorkshopセッション

はじめに

今年、AWS IoT TwinMakerを活用した図書館ビルのデジタルツイン構成PoCが1つありました。シミュレーションデータに基づいた図書館関連のメトリックをAWS IoT CoreおよびAWS IoT SiteWiseに送信し、これをTwinMaker 3Dシーンにマッピングに表現する簡単なデジタルツインです。その事例と比較してみると、今回のセッションでは、なんとエッジが追加されていました。 今回のワークショップのアーキテクチャを見ながら、過去に行った図書館のデジタルツイン＋エッジの収集と変換が追加されたらどうなるかを再考してみたいと思い、受講しました。

セッションの概要紹介

・該当AWS IoT TwinMakerセッションでカバーする内容です。
・ボトル(bottle)工程PLCデータシミュレーション
・エッジにSWを展開し、マシンデータ収集後、クラウドへ配信
・OEE(Overall Equimenet Effectiveness(Overall Equimenet Effectiveness)などのKPIモニタリング
・デジタルツインダッシュボードでアラーム設定

ワークショップの構成手順

１）ボトル(Bottle)プロセスをCodesys SoftPLCを利用してシミュレーションします。 このソフトウェアはすでにEC2上にインストールされています。失敗シミュレーションも存在します。
２） AWS IoT SiteWise OPC-UA collectorをCodesys OPC-UAサーバーと接続します。コレクターはAWS IoT Greengrassで動作します。エッジサーバーはCloud9が表象します。
３）ボトルプロセスシミュレーションデータが発行されると、エッジで収集され、AWS IoT SiteWiseに送信されます。Transformを定義してSiteWiseでKPI計算も行います。
４）Amazon Managed Grafanaを使用してTwinMakerダッシュボードを構成します。リアルタイムボトルプロセス制御のデジタルツインです。
５）最後に、そのダッシュボードからオペレーションインサイトを取得します。

Codesys Soft PLC

(関連するソリューションライブラリをリンク)
Bottling Lineを表すプログラムを使用してワークショップをシミュレーションします。 Codesys OPC UA Serverを使用してシミュレーション工場データを提供します。6台の機械で構成されたボトル工程ラインシミュレーションとします。

Codesys IDEでControl Panelを使用すると、生産工程の様々な機械を制御することができます。

私は入場時に受け取ったSoftware Defined Automationバウチャーを使用して、このサイトにアクセスしました。ブラウザベースの視覚コントロールパネルで取得したbashコマンドは、エッジの役割のCloud9で実行し、SDA Gatewayを構成しました。 (アーキテクチャ図2下部)

その後、PLCインスタンスのIPアドレスとポート番号をゲートウェイとして指定し、Soft PLCと接続しました。 このゲートウェイに対するプロジェクトを追加してIDEaaSを開くと、Codesys Soft IDEに接続することができます。 (ウィンドウ画面と似ています) エッジとSoft PLCとエッジ間の接続を構成しました。

BottleLineコントロールパネルの様子です。 (このキャプチャは撮影できなかったのでclassmethodブログの内容を追加します。) このコントロールパネルの様子はSCADAで提供するダッシュボードと似ていました。 BottleLineの現在のプロセス状況を確認することができます。

エッジデバイスの構成。

今、BottleLineのデータをエッジに取り込みたいと思います。OPC-UAは、オンプレミスアプリケーションと産業用IoTアプリケーション/プラットフォームでデータ収集と制御のために採用されている通信プロトコルであり、産業オートメーション分野に貢献しています。

Codesys OPC UAサーバーをデータソースとして、AWS IoT SiteWiseゲートウェイを構成しました。ゲートウェイはAWS IoT Greengrass V2 でコンポーネントとして実行されます。ここにはデータ収集(data collection)パックが配布されます。このパックでデータを収集し、クラウドにエクスポートします。

ハンズオン構成間AWS IoT SiteWiseゲートウェイソフトウェアをCloud9にインストールするためのbashスクリプトが提供されます。このスクリプトを実行してゲートウェイソフトウェアがAWSクラウドとシンクするのを待ちます。その後、OPC-UAデータソースを追加し、Codesys OPC UAサーバー情報を入れました。

AWS IoT SiteWiseで資産を確認する

Gatewayの設定を終えた後、AWS IoT SiteWiseコンソールのAssets画面でAcme Bottling Incの資産とその階層を確認できるはずです。

次に、TwinMakerエンティティとIoT SiteWiseアセットデータストリーム間のマッピングを行いました。TwinMakerの概念については、公式ドキュメントを参照してください。

TwinMakerワークスペースに配置された3Dモデルとタグです。タグには注釈を追加して各マシン毎のステータスを表示したり、ビジュアルルールを適用してステータスに応じたタグの色を変更することもできます。

時間的な制約のため、Managed Grafanaに該当TwinMakerシーンを呼び出してそのまま視覚化する部分は進めませんでしたが、過去の図書館デジタルツインPoCで行った経験から、TwinMakerプラグインでこれらのリソースを簡単に呼び出して視覚化することが可能であり、Grafanaアラートを追加してアラームを生成することも難しくないでしょう。

セッションを終えて

今回のワークショップセッションでは、時間調整が出来ず、Managed Grafanaを試すことが出来なかったのが悔やまれます。今回の実習が特徴的だったのは、CodeSysのソフトウェアPLCをWebブラウザIDEで構成してシミュレーションデータを作成する部分と、SiteWise GatewayをOPC-UAサーバーのデータソースと連動してデータを収集し、クラウド上のデータストリームとして発行することができた点です。 今回のセッションでは、SiteWise GatewayはData Collection機能を利用しましたが、Data PublisherとData Processor機能も提供されています。ストリームマネージャーを利用したり、エッジゲートウェイでAsset Measurementを計算処理したい場合、その部分も一緒に確認するのがいいと思います。