製造DXを加速するIT/OT融合プラットフォーム

製造DX dayで講演した際の資料です。
レッドハットの推進しているIT/OT融合プラットフォームについて解説しました。

https://www.sbbit.jp/st/eventinfo/79315

Transcript

1. 製造DXを加速する IT/OT融合プラットフォーム レッドハット株式会社 クラウドソリューションアーキテクト部 スペシャリストソリューションアーキテクト 小野　佑大
2. 自己紹介 Red Hat OpenShift の担当 エッジコンピューティングへの応用のご提案 コンサルティング レッドハット株式会社 Cloud Specialist Solution Architect 小野 佑大 @pinkink_yudai https://speakerdeck.com/yudaiono 2

3. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Linuxの進化の歴史 1991 2002 2007 2014 2019 Linux 1stリリース Linuxは元々x86ベースの個人 用コンピュータとして開発され たが、それ以来他のどの OSよ りも多くのプラットフォームへ移 植されている。 Red Hat Enterprise Linux No.1の有償Linuxディストリ ビューションが市場に登場し、 企業向けOSSに革命をもたら す。 KVM Linuxカーネルがハイパーバイ ザーとして機能し、ホスト上で 複数のVMを実行できる。 Kubernetes Linuxコンテナのデプロイ /ス ケール/管理の自動化のため にGoogleがリリース F-22「ラプター」 Lockheed MartinはF-22「ラプ ター」をRed Hat OpenShiftに基 づくオープンアーキテクチャへ 改良している RHEL AI / InstructLab LLM開発をオープンコミュニ ティで推進する「 InstructLab」を 立ち上げ、LLM開発ツールであ るRHEL AIを発表 Apache Webサーバ登場 Linux上に展開され、 Apacheは インターネットの成長に 極めて重要な役割を果たす。 クラウドが New Normalへ Linux上で構築された AWS EC2 の登場により、パブリック /プラ イベートクラウドの採用が劇的 に増加した。 Android OS Linuxカーネルを改良した Androidが登場し、世界で最も 売れたモバイル OSとなる。 スパコン「 Summit」 世界最速のスパコンは IBM Powerサーバ上で RHELが稼働 している。 IBM & Space-XがMicroShift搭載 の衛星を打ち上げ 地上から衛星データを取得・解析できる SaaSを学術向けにリリース。 3
 2024 1995 2006 2008 2018 2022
4. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Development Platform Architecture Scale Flexibility Consistency Efficiency Private cloud Virtual Public cloud Bare metal Edge レッドハットの役割 4
 Red Hat OpenShift Red Hat Device Edge Red Hat Ansible Automation Platform Stability & Security Speed Operations オープンソースの原則に基づいた信頼性、安全性、安定性の高いソリューションのための OSSベースのエンタープライズ・プラットフォームを提供します
5. 本日のアジェンダ 製造DXにおけるグローバルトレンド ユースケースのご紹介 5 コア・テクノロジー
6. 製造DXにおけるグローバルトレンド
7. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. ・信頼性 　→壊れずに使い続けられる！ ・安全性 　→人命に勝るものはない！ ・長く使い続ける 　→かれこれ20年使ってます ・なるべく更新はしなくていい 　→ファーム更新は放置 ... 今まで求められたこと 更に求められるようになったこと • 少量多品種生産 • 新技術への追随 • セキュリティ強化 • 環境変化 製造業を取り巻く環境の変化 7 より迅速なアップデートを 低コストで実施可能 生産現場のデータ活用がしや すく、ITシステム連携も容易 拡張しやすく、導入時の手間が ない 様々な機器との連携が容易な オープンなシステムである +
8. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Application / AI 汎用ハードウェア（Industrial PC） Time towards "Edge" 8 クローズドからオープンプラットフォームへの変換 Communication Technology Information Technology Industrial Automation Mainframe zOS Critical Application Unix Server Unix Gateway Application PC Server Windows Non-Critical Application 汎用ハードウェア Industrial Application / AI 汎用ハードウェア Linux/OpenShift Network Function / AI Linux Openstack/OpenShift 専用HW 専用OS Core NW 専用HW 専用OS Router 専用HW 専用OS RAN 専用HW RTOS PLC 専用HW 専用OS IoT Gateway 専用HW RTOS HMI
9. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. グローバルの製造 DXのトレンド PLC/IPC/装置 • SWとHWの分離 on 汎用PC / サーバー • ソフトウェア定義PLC（vPLC） • バーチャルコミッション 生成AI : ユースケースの加速 各ドメインの専門家が、コードや複雑なSQLクエリを記述することなく 分散したシステムを管理可能とし、新たなレベルの応答性と生産性を実現する 工場/エンタープライズシステム (MES, PLM, ERP) • マイクロサービスのアプローチによるアジャイル強化 • 技術進歩、顧客要件、他システムとの統合の追随 • 汎用性の高い基盤技術とアーキテクチャ（エッジ /オンプレミス /クラウド/ ハイブリッド） • 業界のオープン・コミュニティの推進（特にアプリケーションの相互運用性の向上） 9

10. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. バリューチェーンをデータでつなぐ 企画 開発 生産 準備 販売 生産 計画 調達 製造 検査 出荷 人や人同士のコミュニケーションを前提とした業務ルールやプロセスを デジタル前提で遂行できるようにすることで、ビジネス価値を向上する Time to Market　変化に強い　マーケットイン 顧客 作業者 リードタイム短縮 製品企画 ダウンタイム短縮 10
 Data Data
11. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 製造オペレーション管理（ MOM）を目指す MES • Scheduling • Resource allocation • Work order • Performance (OEE) • Zero down time (ZDT) • ... • 製品価値の向上 • スペック管理 • コスト競争力 PLM コスト計画 データ収集 実コスト (工場運営費含む） ERP コンカレント・エンジニアリング • 生産量調整 • 企業コンプライアンス • 各部門の業績と予算 各事業/製品の収益性をリアルタイムに把握し 将来どの事業に投資すべきかを評価する 一定期間内にヒト・モノ・カネが どの程度有効活用されたかどうかを評価する 事業単位の各製品について　利益＝工場出荷価格-実際原価（固定費＋材料費） 11

12. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. システム階層 12 生産プロセス センシング / 制御 監視 / 監督 ビジネス計画 ロジスティック 製造 オペレーション管理 Enterprise Zone Factory zone Cell zone SCADA / HMI PLC Sensor / Signal MES PLM / ERP IT OT ERP: Enterprise Resource Planning PLM: Product Lifetime Management MES: Manufacturing Execution System SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition HMI: Human Machine Interface PLC: Program Logic Controller
13. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. エンタープライズ オンプレミス / マルチクラウド 上流でのデータの活用 工場 A 工場 Z ・・・ 各生産ラインでのデータ活用 ・・・ IPC PLC IPC PLC IPC PLC Server 工場全体でのデータ活用 ・・・ IPC PLC IPC PLC IPC PLC Factory (MES) & Enterprise (PLM, ERP) system integration Filed equipment Scaling (OT Solutions) 各生産ラインでのデータ活用 工場全体でのデータ活用 Server Horizontal scaling (ZTP: Zero Touch Provisioning) IT/OT融合には、スケールするプラットフォームが必要 13

14. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Red Hat Industrial Edge Platform Low Latency Secure Functional Safety Autonomous Sustainable Intelligent vPLC/ vDCS CAD/CAE ERP OPC-UA, Sparkplug B PLM MES/ MOM PLC/DCN SCADA/ HMI AI/Vision Production/manufacturing Product design/planning 14
 次世代のIT/OT融合プラットフォーム
15. コア・テクノロジー
16. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 膨大なデバイス Edge Automation Flexible Orchestration 複雑化する要件 Common Platform Red Hat Device Edge Red Hat Ansible Automation Platform Red Hat OpenShift 多様化する制御ソフトウェア 迅速なアプリケーション開発や頻繁な更新 を可能にし 複雑化するエッジ環境の要件へ柔軟に対応 エッジ環境に展開されるデバイスやネットワーク機器の 運用作業を自動化・一元管理 し、運用負荷を削減 制御ソフトウェアを遠隔から安全に導入 でき、ファーム ウェアの更新や生産ライン変更のダウンタイムを短縮 IT/OT融合プラットフォームの構成技術 クラウドネイティブを軸とした迅速なアプリケーションリリース、スケールへの対応 16

17. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. クラウドネイティブの代表的な技術 自動的に Rolling Update 定義された 状態を自律的に維持 コンテナ
 lib App 理想の状態を宣言（＝設定）すると Kubernetesが自律的にコマンドを実行（＝命令） アプリの状態を遠隔かつ 宣言型で効率的にコントロール アプリケーション本体 と アプリケーションの実行に 必要なライブラリや依存関係 を 丸ごとパッケージし OSとは分離 して実行 アプリがどこでも動く replicas: 1 Image: v2 ＝自動化ツール 17
 エッジデバイスにおける Kubernetesは、Linuxプラットフォーム標準の高機能 OTAツールです アプリ固有のライフサイクルで安 全に更新対応できる 最小限の労力で アプリを運用できる コン
 テナ
 コン
 テナ
 コン
 テナ

18. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 例) 予知保全 例) AGV/AMR WMS連携 例) 画像に よる品質検査 Device Orchestration Service Orchestration ソフトウェアを遠隔から効率良くインストール・追加・更新 ソフトウェア更新に伴うダウンタイムを短縮 Market Place マーケットプレイスにて PLCやIPCで実行するソフトウェアを販売 LAN接続＆デバイス電源 ONの簡単操作で利用開始 複数台のデバイスの OS設定や更新を遠隔から一元管理 中央の 管理環境 中央の管理環境の開発・運用操作をエッジ側のアプリケーションへ反映する仕組みを容易に実現できる デバイスやアプリを遠隔から運用する産業用 SaaSの実現 18 PLC AGV
19. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 工場-本社間のデータ連携の効率化 19 各システムをハブ＆スポークのトポロジーで繋ぎ ハブ側で対向システムに求められるプロトコルやデータ連携方 式、データモデルに対応する 未標準のインタフェースを介して システム個別のピア・ツー・ピア接続が必要になり 変更へ柔軟に対応することが難しい MES MES MES ERP その他 PLC PLC PLC PLC PLC PLC PLM ERP PLM その他 本社側のデータ連携の抽象化 工場側のデータ連携の抽象化 MES PLC MES PLC MES PLC
20. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. システム間のデータ・インテグレーションの効率化 Apache Kafka Data Streaming Event Fortune 100企業の80％以上が使用 Ref. https://kafka.apache.org/ 特徴 • Pub/Sub型 • 高い拡張性 / 可用性 • Store & Forward • データの順序保証 • 様々なアプリとの連携が容易 分散型メッセージング基盤
21. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Kubernetesコミュニティの動向 Kubernetesは安定期へ突入し、世界では Kubernetesを応用し、ビジネス成果を得る ためのOSSが増加しています。 しかし、この大量のプロジェクトから デファクトスタンダードを見極め 一つずつ比較検証しインテグレーションす る作業は 膨大な工数 がかかります 。 また、これらの中には リリースサイクルが １-3ヶ月のものも多く存在 します。 セキュリティ信頼性を維持するために、 コミュニティの短いリリースサイクルへ 追随することが中々難しいが現状です。 Kubernetesを応用するオープンソースプロジェクト （Kubernetesネイティブなオープンソース） 21

22. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Red Hat OpenShift Virtual Private cloud Bare metal Public cloud Edge エンタープライズに求められる機能をKubernetesに付随し、サポートすることで、ビジネス価値に直結する機能を提供しています。ア プリケーション開発の効率化に重きを置く か、まずはインフラ運用の効率化に取り組むか、という点がKubernetes単体と大きく異な る点です。 ミドルウェア の管理 クラスタの ロギングや監視 コンテナの セキュリティ クラスタ アップグレード コンテナの動的 ビルド/デプロイ 22

23. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Red Hat Device Edgeは、エッジに最適化されたOSである RHEL for Edge と軽量版OpenShiftの MicroShift、 エッジデバイスの運用自動化のための Ansible をまとめてエンタープライズサポートを提供するプロダクトです。 Kubernetes cluster services Networking | Ingress | Storage | Helm Kubernetes Orchestration | Security Linux for edge Security | Containers | VMs Install | Over-the-air-updates Monitoring | Logging Hardware, VM 最小HW要件: CPU 2コア/MEM 2GB/Disk 10GB x86_64 / ARM64 MicroShift 23 9.2 or later 自動化 コンテナ App Base Image コンテナ App Base Image （参考）RHELのみの利用の場合 CPU: 1コア、メモリ: 0.5GB Podmanのみの利用の場合、 CPU: 1コア、RAM: 1.5GB、がサポート要件 コンテナ運用 の自動化 様々な機器の運用を自動化する カスタム手順書 (playbook)を作成 し 自動化の範囲を広げる ・OSのセキュリティ運用の簡素化 ・脆弱性管理の自動化 ・プロセスや仮想マシン、コンテナの安全な実行 RHELのコンテナベースイメージ (UBI)で コンテナのセキュリティ信頼性を維持 Red Hat Device Edge
24. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Zero Touch Provisioning (ZTP)でデバイスを展開 規模に応じて必要なときにアプリをアップデート OSイメージをビルド デバイス管理環境へ自動で管理登録 開発環境 Industrial PCへ 自動でアプリインストール ZTP用OSイメージ オンボーディング サーバ OSTree リポジトリ オンラインデプロイメントもオフラ インデプロイメントも両方対応 自動ローリングアップデート Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. OSのアトミック更新 問題発生時は早期に自動ロールバック (greenboot) Red Hat Device Edgeの展開の流れ デバイス管理環境 自動オンボーディング （FDO: FIDO device onboarding) ※Technology Preview 24

25. ユースケース
26. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 生産ラインへ AIを組み込む Industrial PC / Edge Server Software Defined IoT Gateway Video Capture PLC Server / Cloud Model Server Mendix 設備異常検知、画像検査など OT IT ローコードアプリ開発プラットフォーム Integrated System ERP MES PLM Digital twin BI AWS/Azure/ GCP etc… Various apps Mirror Maker Model Serving Data Warehouse MLOps 26

27. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. MESのモダナイゼーション Industrial PC Software Defined IoT Gateway PLC Edge Server Microservice-based MES (Critical Manufacturing) ERP PLM 画像参照. Gartnerサイト - https://www.gartner.com/reviews/market/manufacturing-execution-systems/vendor/critical-manufacturing/product/critical-manufacturing-mes 27

28. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 28 Software Defined IoT Gateway Industrial PC 既存PLC たけびし Device Gatewayは、レッドハット認定コンテナです。 https://catalog.redhat.com/software/container-stacks/detail/64b78a22c9f380494e648f67 レガシーPLCを含む様々なデバイスとの連携を簡素化し、現場の運用システムを迅速にレガシーモダナイゼーション NW機器やUbuntu・Windowsの機器、SaaS等 レッドハット製品以外も含む様々なシステムの運用自動化も可能 https://www.faweb.net/news/detail/dgw_openshift Takebishi Device Gateway Container MES Red Hat Ansible Automation Platform デバイス連携アプリケーションの開発をアジャイルに 320+のデバイスのデータを簡単設定で取得できる「Device Gateway」と コンテナを活用することで、デバイス連携アプリケーションの開発生産性を向上 実装したユースケースを他拠点へ迅速に横展開 Ansibleやクラウドネイティブなオープンソースの活用による 複数拠点・複数デバイスへのプロビジョニングや設定作業を遠隔から自動化 MES/ERP/PLM等の上位システムとのデータ連携の加速 300+の再利用可能なモジュールと拡張性の高い分散メッセージング基盤により PLCと基幹システムとのデータ連携の開発・運用を効率化
29. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. PLC運用の最適化 産業用PC (Industrial PC) Virtual PLC Container Red Hat Ansible Automation Platform リモート運用・設定 の自動化 I/O Devices Intel ECI Realtime kernel コンテナ 推論App Container Sensor Virtual PLC Virtual v1 v2 v3 検証済みのコンテナイメージ をバージョン毎に管理 ラダーの実装効率化と信頼性向上、遠隔からの柔軟な デプロイメントに取り組み、更新やHW障害に伴う生産ライン のダウンタイム短縮、AIとの連携の迅速化を推進 RT-Preempt パッチ適用済みLinux + Intel ECIによりCyclic テストで最大76% Jitterを低減 29
 バーチャルコミッション
30. まとめ
31. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Red Hat Industrial Edge Platform Low Latency Secure Functional Safety Autonomous Sustainable Intelligent vPLC/ vDCS CAD/CAE ERP OPC-UA, Sparkplug B PLM MES/ MOM PLC/DCN SCADA/ HMI AI/Vision Production/manufacturing Product design/planning 31
 次世代のIT/OT融合プラットフォーム
32. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. Red Hat Edge Validated Patterns 32 https://validatedpatterns.io/ • お客様との取り組みやベストプラクティスを踏まえて整理したインテグレーションレディなアーキテクチャパターン • ユースケース毎に、現在21種類程度のパターンが公開 • リファレンスアーキテクチャと異なり、実際に試せるデモコードも公開
33. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. 33
 pre-PoCワークショップ 実機を交えてお客様の運用課題を一緒に整理し、その解決策 を共同でデモ検証し簡単な価値証明 (PoV)をご支援します。 実機へインストールするデモシナリオの拡充 お客様の関心事に応じた機能を実機に実装したり 興味のあるISVソリューションの検証を支援します。 実機を用いた検証環境の公開 クラウド 産業用PC 産業用PC Far Edge Near Edge Core MES ERP/PLM AI / OEE apps Digital Twin CI/CD MLOps PLC
34. レッドハットセッション 　 8月1日(木）12:00 - 12:30　２F　G217 　 「Google Cloudでアプリケーションの 　　 開発や運用を効率化するはじめの一歩」 　　　 レッドハット（株）　　　小島啓史 Booth　P-13　 Information Counter脇 ・Google とRed Hatのアライアンス ・Google MarketplaceでのRed Hat製品　 ご紹介 ご登録はこちらから 招待コード 　FY24nx_pt096
35. linkedin.com/company/red-hat youtube.com/user/RedHatVideos facebook.com/redhatinc twitter.com/RedHat Thank you Red Hat is the world’s leading provider of enterprise open source software solutions. Award-winning support, training, and consulting services make Red Hat a trusted adviser to the Fortune 500.
36. Copyright @ 2024 Red Hat, Inc. IT/OT Convergence Platform - Overview Industrial PC / Edge Server Software Defined IoT Gateway Video Capture PLC Server / Cloud Model Server Mendix 設備異常検知、画像検査など OT IT ローコードアプリ開発プラットフォーム Integrated System ERP MES PLM Digital twin BI AWS/Azure/ GCP etc… Various apps Mirror Maker Model Serving Data Warehouse MLOps 36