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「OPC UA」とは何かOPC UA最新技術解説(1)(2/3 ページ)

スマート工場化や産業用IoTなどの流れの中で大きな注目を集めるようになった通信規格が「OPC UA」です。「OPC UA」はなぜ、産業用IoTに最適な通信規格だとされているのでしょうか。本連載では「OPC UA」の最新技術動向についてお伝えする。第1回である今回は、あらためて「OPC UA」の概要と位置付けを紹介する。

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OPC UAの「つなげる」「安全に」「伝える」の指すもの

 1つ目の特徴である「つなげる」は、IIoTのような垂直方向およびM2Mによる水平方向のどちらに対しても、どこにでもつながることを示します。OPC UAはプラットフォームに依存しないということを先述しましたが、これは抽象的なコミュニケーションインタフェースしか定義していないということを意味しています。

 OPC UAアプリケーションはそれぞれに求められる動作環境(OS、プログラミング言語、通信プロトコル、データエンコーディング形式)に対応した通信スタック(OPC UAの抽象インタフェースを具現化したソフトウェア層)を選択することで、それぞれの要件を実現するのです。

 すなわち、新たな通信プロトコルやデータエンコーディング形式にも、それに対応した通信スタックを用意すればよいということになります。OPC UAアプリケーションのロジック自体には影響を与えず、OPC UAの通信モデルである1:1のクライアントサーバ形式やn:nの同報を行うパブリッシュサブスクライブ形式の通信を利用できます。

 2つ目の特徴である「伝える」とは、単に信号としてのデータを交換するのではなく、お互いが意味を理解したコミュニケーションを行えることを指します。OPC UAはオブジェクト指向ベースで通信データのモデルを定義するルールを仕様として規定しています。つまり、データが表すメタ情報をお互いに理解できるようになっているというわけです。メタ情報にはオブジェクト表現のみならず、オブジェクト間の参照関係にも個別の意味を持たせることができるので、さまざまな観点での情報空間を定義できるようになります。

 3つ目の特徴である「安全に」とは、情報の伝達が安全に行われることを示します。OPC UAはITでは一般的なセキュリティ仕様があらかじめ設計に組み込まれています。こちらも「つなげる」と同様にその仕様は抽象的な定義にとどまっており、セキュリティアルゴリズムは通信スタックに隠蔽(いんぺい)されているので、将来の新しいセキュリティ技術にも対応が可能となります。そのため、ライフタイムの長いインタフェース仕様を実現できるのです。

 産業用機器や産業用通信では独自の規格が乱立する状況が存在していますが、ここまでに述べてきたOPC UAの価値がこれらの環境を打破して、データ連携を実現する1つの鍵となることから、全世界で注目されるようになりました。今では、世界各地のスマート工場やデジタル変革などに関する国家プロジェクトや団体などが、IIoTやM2Mの通信基盤にOPC UAが適していると推奨するようになっています。

OPC UAが実現する情報連携の本質とは

 特に、ドイツが推進するモノづくり革新プロジェクトである「インダストリー4.0」では、OPC UAの機能が高く評価されています。そして、全ての物理階層において、情報連携を実現する機能階層ではOPC UAを採用すると発表しました※)

※)関連記事:インダストリー4.0がいよいよ具体化、ドイツで「実践戦略」が公開

 コミュニケーション能力を表す指標において、OPC UAのプラットフォーム非依存(「つなげる」)でセキュア(「安全に」)な通信を実現する機能が、ハードウェアレベルの相互運用の統合性を確保します。さらに、モデルベース(「伝える」)の通信がソフトウェアレベルの相互運用性を確保することにつながるからです。

 しかし、OPC UAは万能というわけではありません。OPC UAでは、情報モデルを規定するルールと基礎的なモデルを定義しているだけなので、効率的に情報連携を行うためにはお互いが共通認識を持つ情報モデルの品ぞろえが必要になります。また、相互運用性よりもさらに高いレベルのコミュニケーション能力を実現するためには、ソフトウェアを部品のように自由に組み合わせて、お互いの持つデータや機能を効果的に利用できる統合可能性を確保した状態が必要になります。

 この統合可能性を実現するのがインダストリー4.0における「管理シェル」という考え方です。インダストリー4.0ではまず、統合可能性を実現するために、OPC Foundationと共同で、30を超える標準化団体が規定しているモデルを、OPC UAのモデリングルールで表現した情報モデルに設計していきました。これにより、それぞれの標準化団体のモデルをOPC UAで通信できるようになります。

 さらに、これらの情報モデルをベースに、プラントや工場内にあるアセット間で交換される情報を仮想的に示すソフトウェアコンポーネントを用意しました。これが「管理シェル」というコンセプトです。管理シェルは、異なる環境の違いを吸収し、共通の通信仕様による情報連携によって、自律的に互いが交信を行うための「部品」としてのふるまいをします※)

※)関連記事:工場の「つながる化」を可能とする「管理シェル」とは何か

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図3 管理シェルとOPC UAの位置付け(クリックで拡大)出典:日本OPC協議会

 これにより、この部品の組み換えにより、各ベンダーが提供する独自のソリューションを自由に組み合わせて相互利用するという世界が実現可能になります。そして、さらにオープンイノベーションによるスマートマニュファクチャリングの実現を目指しています。

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