ファシリティネットワーキングから見たIPv6
FAやPAの場合 (FA: Factory Automation, PA: Process Automation)

Nobuo Okabe (nov@tahi.org, Nobuo.Okabe@jp.yokogawa.com)
Ubiquitous Lab., Yokogawa Electric Corporation

2005.12.7 ©Yokogawa Electric Corporation, 2005 / CONFIDENTIAL

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Outline• ファシリティ
ネットワーキングとは：– インフラを支える制御ネットワーク• PA (Process Automation)• FA (Factory Automation)• BA (Building Automation)• 生産システムにおける– IP技術の意義– IP化の動向– IP化の課題– 自社の取組み• 目次– 議論の対象– IP化の背景– 生産システムの将来像– IP化の恩恵– IP化の動向? IP化の技術課題? 課題解決のための取組み

2005.12.7 ©Yokogawa Electric Corporation, 2005 / CONFIDENTIAL2IP技術
ERP：時間〜週
企業

MES：分〜時間エリア

連続プロダクション
ユニット

議論の対象

従来のIT技術の延長

サイト

エリア

エリア

IP技術により将来変わる領域

バッチプロセス
セル

制御システム：
ミリ秒〜秒

ディスクリート
プロダクション
ライン
Enterprise Resource Planning

Manufacturing Execution System

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イントラ
（IP）

制御
ネットワーク（過渡期：非IP→IP）
PLC(Programmable LogicController)

フィールド
ネットワーク（非IP、今後に期待）FA（例：生産ライン）

DCS(Distributed ControlSystem)

PA（例：石油、化学）
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背景
なぜ、制御システムのIP化が進むのか？
• 上から– ERPやMESとの連携• 下から– イーサネット技術の進歩と普及• Industrial Ethernet– 最新技術は高コスト・パフォーマンス
• 昔は、先端技術はとても高価だったが。

• 周りから– インターネットの社会インフラ化– 新しい情報／ネットワーク技術／システムは、必ずIPを考慮している。

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生産システムの将来像•マクロには統合：– 地理的に分散した工場の（論理的な）統合•• 工場、生産現場は世界に分散している•

ミクロには分散：– 巨大な一枚岩システムの分散システム化• Divide and conquer→ 稼働率の向上• マイクロプラント•堅いシステムと柔らかいシステムの共存– 無線／アドホックネットワーク技術による支援•••

ワイヤリング・コストの削減– 広帯域のリンク技術とI/O密度の向上– 無線
実空間とサイバー空間の連携– プラントシミュレーション
スピード– 「生産技術」レス化– ラボ／生産現場の直結
顧客対応– トレーサビリティ技術の活用• Temporal sensors

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IP化による恩恵• リンク技術に依存しないシステム– イーサネット、無線、etc....

• システムの自由度– 水平統合、垂直統合– LANからWANまで• 中間箱に制約されない。
– 「G/Wが対応していないので。。。」がなくなる。

• コスト・性能の向上– 最新の通信・情報技術の適用
拡張性の自由度を線から面へ• 当然、多くのIPアドレスが必要であり、NATに頼らないIPv6は必須。
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7動向
産業用イーサネットデバイスの市場
7,000? IP化された制御技術
出荷数（千ノード）– BACnet/IP– EtherNet/IP– Fieldbus HSE– MODBUS/IP– PROFInet– etc.

6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0
2004

2005

2006

2007

2008

2009

©2003 ARC Advisory Group
http://www.arcweb.com/japan/ARC_News_J_pdfs/4-05Ethernet_j.pdf

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8技術課題の背景
IP技術
ERP：時間〜週
企業

MES：分〜時間(Firewall)

サイト

エリア

(Firewall)・おなじみのOSとハードウェア
・高性能なマシンエリア

エリア(Firewall)

連続プロダクション
ユニット

議論の対象

バッチプロセス
セル

制御システム：
ミリ秒〜秒

ディスクリート
プロダクション
ライン

・組込みシステム・制約された性能・信頼性・安全性
・多種多数の機器
・無線技術（期待）2005.12.7 ©Yokogawa Electric Corporation, 2005 / CONFIDENTIAL

9制御システムをIP化する場合の技術課題
IT技術の単なる応用では難しい• パラダイムの変化– 「閉じた技術とネットワーク」→「オープンな技術とネットワーク」• セキュリティの根幹が変わりつつある。

– 無線技術の適用• 便利なんだけど、信頼性が。。。

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10制御システムをIP化する場合の技術課題
IT技術の単なる応用では難しい? 制御システムとしての課題（＝達成課題）? 多数・多様な制御対象の運用? 例：六本木森ビルの制御点数：１７万点? でも、多くの場合には、手作業? 特殊な設置条件? 例：防爆規格? 広義の信頼性? 今? 信頼性（＝冗長化）? これから? ディペンダビリティ（信頼性＋分散化／セキュリティ／QoS／etc）へ
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制御システムをIP化する場合の技術課題
IT技術の単なる応用では難しい• 制御システムとしての課題（＝達成課題）（の続き）– 相互運用性

Fieldb
us

PROF
IBUS

・・・・

Fieldbus

PROF
IBUS・・・・• 制御技術– BACnet/IP, EtherNet/IP,
Fieldbus HSE, MODBUS/IP,
PROFInet, etc.

• ミドルウェア的機能? たとえば、セキュリティ

ミドルウェアIP

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12制御システムをIP化する場合の技術課題
IT技術の単なる応用では難しい• 制御デバイスの制約（＝制約条件）– 非力なデバイス• 低消費電力、低コスト、低速度– 例：
PCの10-5〜10-6程度の性能– 小型実装• ROM/RAMサイズの制約– でも、リアルタイム処理• 応答性能：ミリ〜数百ミリ

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課題解決のための取組み• セキュリティ– end-to-end security– ネットワーク・インフラとしてのDoS対策• エンジニアリングコスト対策– ディレクトリサービス– 自立的なブートストラップ• 最新リンク技術によるワイヤリング– 無線– 特殊な設置条件を満たすための「何か」• 普及– 機能のハードウェア化
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課題解決のための取組み
Field-oriented
Offload Engine：•ハードウェア化技術
ネットワーク処理
オーバヘッドの軽減

リンク技術:
・無線技術
・広義の有線技術

Whirling Innovation

従来のフィールド・システム／ネットワーク

広義の信頼性

ディペンダビリティ：•QoS技術•セキュリティ技術•ネットワーク計測技術

システムの多様化、大規模化、複雑化

自動構成：•サービス探索技術•ディレクトリ・サービス技術

IPv6技術、Ethernetや無線等のリンク技術
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課題解決のための取組み（例）Secure Plug & Play• 目的– デバイス（アプリ）の設定自動化

アプリ・データやプログラムアプリ・データやプログラム

Config. Data

• 特徴
– セキュアなブート
手順– 組込みCPUでも使える計算負荷– end-to-end
security– 東芝との共同研究

Secure Field
NetworkService
Discovery

IPsec
KINK

Kerberos

IP Network2005.12.7 ©Yokogawa Electric Corporation, 2005 / CONFIDENTIAL

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