計画外の製造ダウンタイムの追跡と分析における IIoT 用 MQTT の使用: 5 つの大きな利点

MQTT はIIoT の効率的なデータ移動を促進し、さまざまなソースから最新の製造機械データを確実に利用できるようにします。このデータを組み合わせて、製造または産業用 IIoT (IIoT) セットアップにおける計画外のダウンタイムを効果的に追跡および分析できます。

そこで、この記事では、メーカーがデータを集約し、それを活用してマシンのダウンタイム分析を可能にするのに MQTT と Sparkplug がどのように役立つかを検討します。

MQTT と Sparkplug を使用した工場データの取得と集約

MQTT (図 1 を参照) は、高速で信頼性の高い工場の機械、システム、アプリケーションのデータ転送用に設計された標準バイナリ パブリッシュ/サブスクライブ メッセージング プロトコルで、特に非常に制約された条件下での計画外のダウンタイムの追跡を可能にします。

制約には、信頼性の低いネットワーク接続、帯域幅の制限、バッテリー電力の制限などが含まれる場合があります。 MQTT は、インターネット上のネットワーク デバイスを相互接続するための頼りになる通信プロトコルである TCP/IP 上に構築されています。

これらの理由から、MQTT は IIoT に最適であり、イベント駆動型アーキテクチャをサポートします。

MQTT テクノロジーは、企業全体にわたる何千ものリモートの工場の機械、システム、アプリケーションとの間でデータをプッシュするように設計されています。 MQTT Sparkplug は、 MQTT の上に位置し、製造データにさらにコンテキストを追加するフレームワークです。

これは、さまざまなファクトリ データを統合し、データ モデルを定義することでコンテキストを提供するフレームワークを MQTT クライアントに提供するオープンソース ソフトウェア仕様です。

製造装置メーカーとソフトウェアプロバイダーが工場のコンテキストデータを共有する一貫した方法を提供し、計画外のダウンタイムの分析を強化します。

図 2 は、MQTT Sparkplug ベースのデータ アーキテクチャを示しており、データ ブローカーが複数のマシン/プロセスおよびアプリケーションを接続して、OT システムと IT システム間のシームレスな双方向の工場データ移動を可能にする方法を示しています。

エンタープライズ IIoT 戦略に関しては、MQTT の人気が高まっています。 2022 年に IIoT が実施した調査では、IIoT 戦略の遂行に不可欠なデータ移動ツールに関しては、MQTT が明確な勝者となりました。

IIoT で MQTT と Sparkplug を使用する 5 つの利点

1. 工場機械のさまざまなデータ型を統一する

機械のダウンタイムを追跡して削減するのに役立つソフトウェア アルゴリズムには、機械データ、プロセス データ、メンテナンス記録、その他の情報を含む豊富な種類のデータが必要です。これらのデータ タイプはそれぞれ、異なるレートで受信されます。

MQTT は、すべてのデータを 1 つの場所にまとめて統合名前空間 (UNS)を提供する単一の信頼できる情報源を提供します。これにより、これらのアルゴリズムがデータに対して簡単に動作し、計画外のダウンタイムを削減できるようになります。

2. リアルタイムの工場データ取得と集約の実現

特にエッジベースのソリューションでマシンのダウンタイムの追跡と削減アルゴリズムを効果的にするには、データと情報がリアルタイムである必要があります。そうしないと、アルゴリズムの出力が古いデータに基づいてしまい、正しい結果が得られない可能性があります。マシンの故障により、誤った決定が下される可能性があります。

MQTT は、例外ベースのレポートとパブリッシュ/サブスクライブ アーキテクチャに基づいてリアルタイムの情報共有を可能にします。

また、Sparkplug は、新しいシステムの作成、システムの解体、変更などの工場のサブシステムの変更が、アルゴリズムを実行しているアプリケーションにリアルタイムで通知されるようにするため、最新の工場システムのデータに基づいて正しい決定を下すことができます。

3. コンテキスト化された製造データの取り込み

マシンのダウンタイムの追跡と削減のアルゴリズムが最適に機能するには、実際のデータのほかに、データに関するコンテキストを把握することも非常に重要です。

ここで、工場データの構造を定義するデータ モデル、サブシステム、生産場所などに関して機械が存在する場所を定義することで、予測メンテナンス アルゴリズムがより適切に予測を行うのに役立つ、より多くのコンテキストがデータに提供されます。機械の故障。

MQTT Sparkplug は、データ コンテキストがより適切に解釈されて出力が豊かになることを保証するために、これらのデータ モデルを提供します。 MQTT Sparkplug はデータのタグ付けとメタデータもサポートしているため、メーカーはデータをより効果的に整理、フィルタリング、検索できます。

このデータ編成の増加により、データ品質が向上し、高度なダウンタイム分析と機械学習アプリケーションがサポートされます。

4. 製造データのフローを確実にスケーリングする

MQTT Sparkplug は、大量のデータを処理し、メッセージが確実に配信されることを保証するメカニズムを備えた、スケーラブルで信頼性の高い通信をサポートします。高い信頼性をサポートするためのバッファリング機能とサービス品質 (QoS) レベルが組み込まれています。

MQTT Sparkplug は、データ パケットが失われないようにしながら、多数のデバイス接続をサポートすることもできます。これにより、大量のデータを必要とする高度なダウンタイム測定アルゴリズムが可能になり、ダウンタイムの根本原因を正確に追跡し、ダウンタイムを確実に最小限に抑えることができます。

5. 工場データの安全な接続と転送

MQTT Sparkplug は、機密データを保護し、IIoT データへの不正アクセスを防止するために、暗号化、アクセス制御、ユーザー認証などの堅牢なセキュリティ対策をサポートしています。

ほとんどのメーカーにとって、セキュリティとプライバシーのリスクは、エッジまたはクラウドベースのマシンのダウンタイム分析テクノロジーを導入する際の最も大きな障壁となっています。

MQTT 通信を行うには、クライアントがトピック名前空間でデータを送受信できるようにブローカーで認証される必要があります。これにより、通信の安全性が高まります。

MQTT のもう 1 つの最大のセキュリティ機能は、すべての通信が送信されるため、ハッキングできる開いたポートがないことです。

ほとんどのMQTT ブローカーは追加のセキュリティ機能を提供します。これには、ユーザー名とパスワード、OAuth 2.0 (JWT)、X.509 クライアント証明書、動的アクセス許可、ロールベースのアクセス許可などの承認/認証機能が含まれます。

ブローカーは通常、ブローカーとの間のすべての通信に対して TLS / SSL 暗号化も提供します。

それとは別に、HiveMQ などのいくつかのエンタープライズ ブローカーは追加の統合を提供しており、これにより顧客は AD、LDAP などの IT インフラストラクチャ上で行っているのと同じセキュリティ対策をブローカー上で実装できます。

計画外のダウンタイムを回避するために、リアルタイムの追跡と分析を始めましょう

MQTT プロトコルは、Sparkplug とともに、軽量で例外ごとにレポートし、セキュリティ、スケーラビリティ、信頼性などに関する多くの機能を提供するため、工場から企業/クラウドへの通信で人気が高まっています。

MQTT は、IIoT アプリケーションの推進に貢献しており、製造業界は計画外のダウンタイムの解消に近づいています。

IIoT と MQTT 対応の資産管理と高度なアルゴリズムにより、計画外のダウンタイムが大幅に削減され、同社の製造能力と効率が向上しました。