IoTとインダストリー4.0に関する標準化動向―デジタルファクトリーに潜む共通モデル―

村山 廣
IEC SC3D 国際議長,

IEC SMB/SG8 SC3D代表、日本代表オルタネート
東芝リサーチ・コンサルティング 株式会社
Ed. 5.2

Outline
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自己紹介
マスコミに見るIoT／インダストリー4.0への期待、または幻想
国際標準化の体制と仕組み



コンソーシアムの標準化とISO／IEC（デ・ジュール）の標準化



SMB/SG8の紹介、IEC SC3Dの紹介

IoTとインダストリー4.0の焦点と差異



RAMI 4.0

OPC
デジタル・ファクトリー

物から、こと、そして『意味』

関係団体と規格

製造業のデジタルモデル






国内体制

結論

IEC CDDIEC CDD から ISO/IEC 共通オントロジーサーバへ?

報道に見るIoT／インダストリー4.0への期待、或いは幻想

インダストリー4.0では、センサーや自ら考えるソフトウェア、
機械や部品の情報蓄積能力、相互通信能力により、生産工程が高度化される。

スマート・センサーから得られる生産工程のリアルタイムな情報を元に、工場がシステムを自ら監視し、自分で決定を行う能
力を身につける。



各種のセンサーを搭載した作業ロボットはネットワークを介してコンピュータに繋がり、自分で考えて作業を行う。
⇒本当に可能なのか、可能としたら、その前提条件は何か？

インダストリー4.0 産業革命

第4段階？

ドイツはCPS（Cyber Physical System）の使い方が勝負を分けると考えている
CPSの例：道路と交信する高度な自動運転
システム

CPSの活用

ITの利用

蒸気利用の
産業革命

電力利用と
大量生産

出典：Final report of Industrie 4.0 Working Group; National Academy of Science & Engineering, Germany初めに――― 基礎知識（１）IoTIoT ：Internet of Things

現在は米国を中心に世界に広がる、物と物、あるいは機械と機械（M2M）の間のインタネット通信を利用したサービスの提供、自動認識や制御 ・管理の枠組み

英国のKevin Ashtonが当初1999年に提唱：RFIDや他のセンサーをいたる所に配置し、インターネットを介して、物と物との認識を行おうという考え⇒主に物と物（機械と機械）を結ぶ通信層の標準化を志向し、その上に乗る具体的なアプリケーションやソフトウェア標準については、分野毎にデ・ファクトやコンソーシアム標準で囲い込み

世界のIoTに関する世界コンソーシアム
雨後の竹の子状態

 IIC ( Industrial Internet Consortium )ABB, AT&T, IBM, GE, Siemens, Schneider, Hitachi, Toshiba, …

 IoTC( Internet of Things Consortium )

NXP, Logitech, …

 OIC (Open Interconnect Consortium )

CISCO, GE Software, Intel, Samsung, IBM, Dell, Honeywell, …

 AllSeen AllianceQualcomm, Microsoft, canon, Haier, LG, Panasonic, Philips, Sony,…

 oneM2M (約230の団体企業, tele-communication系）


CISCO, Qualcomm, Adobe, NTT, SoftBank, KDDI, Oracle, Hitachi, Samsung,..

 IoT推進コンソーシアム（日本 644企業、133団体 2015/10/22現在）


国内の多くの主要企業

 SMLC( Smart Manufacturing Leadership Coalition)（スマートマニュファクチャリングの研究開発のための米国の産学共同組織）
NIST, Caltech-JPL, Carnegie Mellon , Rockwell, Corning, Honeywell, GM, General Dynamics,
etc.,

初めに――― 基礎知識（２） インダストリー4.0

Industry 4.0 (ドイツ語綴りでは、Industrie4.0、以下、適宜 I 4.0 と略記）
ドイツ発のITを利用した製造業に特化した漸進的産業改革の動き( Not a revolution, but an Evolution !)

デ・ジュール国際標準（ISO，IEC，ITU-R）、特にＩＥＣ規格を利用した標準を戦略的に使用



IoTはその要素ないし手段、通信は I 4.0 の階層の１つに過ぎない



製造活動全般のデータモデル化、オントロジー応用を進め、漸進的に製造活動そのもののデジタルミラーをコンピュータの中に作ろうとしている。

IEC においては、様々な製造プラント関連のインタフェースを規定する規格を開発中ないし開発済

静的仕様のみならず、状態仕様管理が可能なモデル
物の属性の記述だけでなく、機能や振舞いの記述が必要となる製品と生産設備の両方のライフサイクル管理を実現

関係する「公的」標準化組織・学会等

 IEC
 IEC TC65, TC3/SC3D, IEC SC121A, …

 ISO
 ISO TC184/SC2, /SC4, /SC5, ISO TC59

 ISO/IEC JTC1/SC27
 ITU-R
 IEEE


P2413: Standard for an Architectural Framework for theInternet of Things (IoT)

 802.xxx

 ISA S85,S88, S95,S99, S101

IEC: International Electrotechnical Commission
国際電気標準会議
正規メンバー60国
準メンバー 23国
計
83国
(2015/10/22現在）

標準管理評議会

技術委員会・分科会
e.g.,TC 3 /SC 3D, TC 65,

戦略グループSG3, SG8

出典：ＩＥＣホームページ 赤字は筆者加筆

ISO: International Organization for Standards
国際標準化機構
正規メンバー119
通信メンバー 38
購読メンバー 5

技術管理評議会
技術委員会・分科会/SC2
ISO/TC184/SC4/SC5
出典：ＩＳＯホームページに図にＴＣ１８４以下を加筆

http://www.iso.org/iso/home/about/about_governance.htm

産業データ

IEC/SMB /ＳＧ８の紹介 （2014/11～2016）

コンビーナ /コ・コンビーナ



Ludvig Winkel (DE, ジーメンス社, TC65, IEEE P2413 Vice-chair)

幹事





Alec McMilan (US, ロックウェル社, US SMB representative)

Peter Lanctot (IEC-CO )加盟国代表

representative

米、独、仏、日、瑞、英、韓、中、伯、Benoit Jacquemin (Fr, シュナイダー社VP, ISO TC184 )小田信二氏 (Jp, 横河電機、IEC TC65 )関係ＴＣ，ＳＣの代表

村山 : IEC SC 3D 議長(ISOTC184 /SC4, ISO TC59/SC13)

Howard Mason :ISO TC184/SC4 議長
Patrick Lamboley : ISO TC184 議長

SG8: Strategic Group 8ＳＧ８日本国内審議体制
経産省・ＪＩＳＣ
連携

国内のＳＧ８分科会が決定する項目は少ないので、目下は、ＳＧ８に関する情報の共有と連絡の会

ＩＥＣ活動推進会議 総会

運営委員会
実行委員会

ＩＥＣ上層対応委員会
ＳＭＢ対応委員会

ＡＣＯＳ分科会

ＳＧ８分科会
委員長 小田信二氏（横河電機）

ＳＥＧ1
スマートシティ委員会
SEG: System Evaluation Group; ACOS: Advisory Committee on Safety; SG: Strategic Group

ＴＣ/SC関係国内委員会

関係国内業界SG8 会議経過と予定
経過 第1回：シンガポール会議（2014-11-）
 第2回：電話会議（2015-01-12）
 第3回：サンパウロ会議(2015-03)
 第4回：フランクフルト会議（ 2015-10-1,2 ）予定

 第5回：マイアミ会議（ 2016-03-1,2 ） 第6回：ロンドン会議（作業部会 2016-04-28,29）

これまでのSG8会議からの中間報告と方針 Scopeと主たる関係標準化組織を特定
 IEC 62264の1~3層を主対象とする


データのセマンティクスの同定・解決に、IEC CDD（Common
Data Dictionary：電気・電子分野の共通データ辞書）を活用し拡充する

SGAM（Smart Grid Architecture Model）にならいインダスト
リー4.0領域で主として参照する規格を明示し、その位置づけを立体的にマッピングする⇒RAMI4.0 (Reference Architecture Model for Industry 4.0 )

ITU-Rと協力・連携して、産業プラント内で制御に用いる無線周波数（WiFi）領域を確保するよう働きかける

ITU: International Telecommunication Union, ITU-R : Radio-communication

RAMI 4.0

インダストリー4.0 リファレンスモデル(Reference Architecture Model for Industry 4.0)

出典：Status report - Reference Architecture Model Industry 4.0, July 2015 (English)

関係団体と主要規格 (RAMI解説書から)
Approach for implementation of a Communication Layer––OPC UA: IEC 62541

Approach for implementation of an Information Layer–– IEC Common Data Dictionary(IEC 61360 Series/ISO13584-42)–– Characteristics, classification and tools to eCl@ss–– Electronic Device Description (EDD)–– Field Device Tool (FDT)Approach for implementation of a Functional and Information Layer–– Field Device Integration (FDI) as integration technologyApproach for end-to-end engineering–– AutomationML–– ProSTEP iViP–– eCl@ss (characteristics)

独インダストリー4.0が重視する基本国際規格群

 通信層のインタオペラビリティ
IEC62541 OPC Unified Architecture
物理通信層のプラント内 WiFi利用については、動きあり エンタープライズ・モデル
IEC62264 Enterprise-system control
一部 バッチに関するモデルは、ＩＥＣ６１５１２で補完

 製品仕様の電子的記述と共有
ＩＥＣ Common Data Dictionary (IEC61360/ISO13584 )実際のI/Fは、IEC62656 通称 “Parcel standard” が規定◇ 製品開発のライフサイクル
IEC 62890（ＣＤ段階、審議中）
Life-cycle management for systems and products used in industrial-process measurement, control andautomation

ドイツはRAMI4.0の基盤に位置づけているが、内容がふさわしいか要検討

RAMI 4.0 における工場内の機器から外部世界への機能粒界Industry 4.0における追加階層

出典：Status report - Reference Architecture Model Industry 4.0, July 2015 (English)

IEC 62264: Enterprise-control system integration
企業管理システムの統合



製造業の事業体としての情報システムの階層構造を述べたもの

Ｐａｒｔ１： モデル及び用語
Ｐａｒｔ２： 企業管理システムの統合のためのオブジェクト及び属性（製造活動管理システムのオブジェクトモデルと属性）

Ｐａｒｔ３： 製造操業マネジメントの活動モデル⇒製造活動の管理のアクティビティモデル

Ｐａｒｔ４：製造活動のオブジェクトモデルと属性

Ｐａｒｔ５： 製造業取引の事業⇒経営と製造間の遣取りIEC 62264: Enterprise-control system integrationの基本レイヤーとインダストリー4.0

インダストリー4.0の対象範囲

IEC 62264 の内容の紹介（ IEC 62264-3 Activity model）
第3層のデータフロー・ダイアグラム表記

１，２層の機能の呼出し

問題点：遣取りされる全ての情報が明記されている訳ではない。

IEC 61512 (ISA-88)：Batch control
バッチ制御

 バッチ制御の用語と概念を情報モデルとして表現したもの
Part１: モデル及び用語
Part２: データ構造および言語ガイドライン
Part３: 原処方およびサイト処方、モデルおよび表現
Part４: バッチ記録
Part５: 装置インタフェース手順要素

IEC 62541 OPC Unified Architecture(Open Platform Consortium – Unified Architecture )プラットフォーム独立の産業用M2M通信・相互接続プロトコル

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

Part1: Overview and concepts ／概要および概念
Part2: Security model ／セキュリティモデル
Part3: Address space model ／アドレススペースモデル

Part4: Services ／サービス
Part5: Information model ／情報モデル
Part6: Mapping ／マッピング
Part7: Profile ／プロファイル
Part8: Data access ／データアクセス
Part9: Alarms and conditions ／アラーム及び条件
Part10: Programs ／プログラム
Part11: Historical access ／ヒストリカルアクセス （アクセス履歴管理）
Part12: Discovery ／OPC-UA機器の検出
Part13: Aggregate ／アグリゲート機能
Part100: Device interface ／デバイスインタフェース

IEC/CD 62890 Lifecycle management for systems andproducts used in industrial- process measurement and control



全ての行程をタイプ（概念）の開発とメンテナンス、インスタンスの製造とメインテナンスの繰り返しと捉える立場



着目すべき概念も含まれるが、まだＣＤ段階で内容が成熟していない

検証試験は？部品交換は？改装は？リコールは？リサイクルは？

この規格が全製品分野に当てはまるか疑問。

タイプ
開発

メインテナンス

インスタンス
生産

メインテナンス

下の図は、IEC/CD 62890から抜粋

「物」から「こと」、そして「意味」。

「物」から「こと」：製品単体ではなく、製品がネットワークを介して、そのアプリと繋がることが重要⇒今更！ プロトコル的接続の互換性は当たり前では？

「こと」から「意味」の共有を経て、初めて市場が広がる。

 OPCで繋がるのは、物理通信層の接続、あるいはOPCに参加する企
業群の中の通信接続プロトコルの意味共有。

 共有通信プロトコルだけでは、決め打ちのコンテクスト外で、製品やサービス、現象の属性の広範な意味共有はなされない。

 セキュリティは考慮しつつ、レイヤーや組織境界を超えた情報の多角的な活用のために、セマンティクス（値の『意味』）の共有が必要となっている。



rated voltage（定格電圧）は、1.5KＶ以上と以下で意味が異なる

Make once, use many times.

データ辞書（オントロジー）とインスタンスの例

C1:製品

P1:メーカー P2:型番

C2:電気電子製品
C3:コンピュータ

データ
辞書

C4:パソコンC5:デスクトップPC

データ

P3:電源

P4:モデル名

P5:CPU

クラス
プロパティ

C6:ノートPC

P1
メーカー

P2
型番

P3
電源

X Corp.
X Corp.
Y Corp.

PPR1SE2EKY3UAD 100V
PPM4120EVSSD2 100V
PST3120EWS812 100V

P6:電池持続時間

P4
モデル名

P5
CPU

P6
電池持続時間RX1 SE120E/2W
M41 200E/3W
T31 200E/5W

Core2TM Duo U7600
Core2TM Duo T7250
Core2TM Duo T7250

6.2h
5.0h
1.3h
26

データ辞書が備える最少の典型的機能（is-a, has-a）
4輪駆動電気自動車

自動車

1

電気自動車

内燃機関を持
つ自動車

4
電動モータ

車輪

部分継承
(“case of”)
ハイブリッドカー
Is-a relationship:
自動車属性は下位クラスに継承される

Has-a relationship :4輪駆動電気自動車の属性は、構成クラスには継承されない

IEC CDD ( IEC 61360 Common Data Dictionary ) Part1: Definitions - Principles and methods
原則及び方法
ED4. 開発中

 Part2: EXPRESS dictionary schema
EXPRESS辞書体系（⇒ＥＸＰＲＥＳＳ言語による辞書スキーマ）

 Part4: CDD ＤＢ本体
 Part6: Quality guide（開発中）
品質ガイド

IEC 62656 : Standardized product ontology register and transfer

 Part1: Logical structure for data parcels
データパーセルの構造

 Part2: Application guide for IEC CDD
IEC CDDのためのアプリケーションガイド

 Part3: Interface for Common Information Model
CIMインタフェース

 Part4: 延期
 Part5: Interface for spatio-temporal description ofgeometric entities (仮題）

幾何要素の時空間表現のためのインタフェース

デジタルファクトリー規格構想（IEC 62832

Reference model for representation of production facilities (Digital Factory)）

プラントのライフサイクルに渡るデジタルミラー

但しまだCD段階、かつ成立してもTR

出典：IEC TC65 公開資料

ＣＤＤのデジタルファクトリーにおける利用“Digital Factory and Industry 4.0in the Context of the Internet of Things”, IEC TC65 materialインターネット上で公開されているIEC CDDのビュー

言語選択
製品概念階層IEC62656-1
Data Parcel

現在選択された製品概念に対する説明
32

IEC CDDの実際の構成定義ガイド、
利用ガイド

ISO 59/SC13

・・・

ISO 16757

IEC 61850

TC 57

IEC 61970 CIM

・・・

IEC 62683

SC121A

IEC61987-xx

IEC61987-12

IEC61987-11

TC65

データ辞書

IEC 61360-6, IEC62656-2
IEC 62656-1,-3, -5, (-7, -8)

概念モデル

IEC 61360 -1,-2

ISO/IEC Guide 77 -2,-3

実装モデル
とI/F群

データベース手続きによる規格の改訂・更新

34

IEC CDDを廻るIECやISOの各TC/SCとの協力( as of 2015-10)

IEC CDD から ISO/IEC 共通オントロジーサーバへReference mechanism in IEC61360(PLIB, CDD) & IEC62656(POM)

全て参照はIDを介して行われ、IDはバージョンを含む*1 In PLIB & POM, “is composed of” is currently realized with a set of “classreference type” properties

将来のIEC CDDの配備展開（検討案）
IECのデータ
辞書サービス

各国の言語翻訳版は各国で管理し提供

各国のデータ
辞書サービス

企業は翻訳版も必要
企業のデータ
辞書サービス

工場・現場のデータ辞書サービス

生産への応用 イメージ•••

多国籍の多種多用な部品からなる多目的の製品を、同一ラインで自動生産しようと思えば、製品の部品構成や機能構成、属性仕様の明確化が必要。
人手を介して入力していたのでは、コストダウンには結びつかない。
基本属性の記述仕様は共通化が必要。

⇒ＩＥＣ ＣＤＤの利用

Product type A
ID AB…X0001
List of properties
AAE001 val01
AAE002 val02

特にプロパティ記述仕様の国際標準化が重要

EPC 産業応用例 イメージ

検索
データ納品

プラントやシステムの納品
EPC: Engineering, Procurement & Construction

結論

完全に統合化され、システム化された状態には無いが、インダ
ストリー4.0の構成する要素技術の多くは、既に国際標準として整備され、一部製品化されて市場に存在する。



ＲＡＭＩ4.0を踏まえながら、企業毎に、製品や生産に必要な規格を選択・選別して適用し、まず、通信面の相互接続・互換性の確保に始まり、漸進的に高度なスマートマニュファクチャリ
ング／インダストリー４．０に向かうのであろう。



人と同等な完全なＡＩの完成を待つのではなく、CPSに更新可
能な多言語のオントロジーを組込むことにより、人や設備の合理的判断や管理を効率良く補足する形の『知的生産の時代』が先に到来するのではないか？

補足資料

IEC62264-3 内容のIEC62656-1,-5によるオントロジー・データ化（IDEF-０は検証用に（半）自動生成したもの ）Underlying concept of IEC62656-1 --- category theory
Dictionary

class

Relation

Information
supplier

property

Data type

Enumeration

UoM

Document
LegendType ofelement

Term
Meta class

A meta class is described by a number of meta-properties
The world is made up of a collection of a few different sets of ontological elements 44
whose underlying structures are almost uniform, (metameta-)class, property, and relation.

Base structure of a Parcel

IEC 62656-1規格の規定するPOM(Parcellized Ontology Model)は、4層のオントロジーレイヤー構造を持つ
MOは、AOのインスタンス、 DOはMOのインスタンス
MO, DOは必要に応じて進化し変形
AO: 公理的オントロジー

MO: メタ・オントロジー＝オントロジーモデル

DO: ドメイン・オントロジー

DL: ドメイン・ライブラリー

IEC 62656: Standardized product ontology registerand transfer by spreadsheets Part 1: logical structure for data parcels (IS) Part 2: Implementation guide for use with IEC CDD (TS published) Part 3: Interface for Common information model(IS) Part 4: (deferred) Part 5: Interface for description of activities (CD ) CDV submitted

 Part 6: Interface for 2D barcode representation (NP planned)
 Part 7: Interface for description of geometric entities NP/WD being prepared Part X: Interface for OWL/RDF description
 Part Y: Web-service interface( to be started in early 2016, or the date may be advanced )国際規格と関連情報の入手


日本規格協会
http://www.webstore.jsa.or.jp/webstore/top/index.jsp

ＩＥＣ Web store
https://webstore.iec.ch/

ISO Web store
http://www.iso.org/iso/store.htm



OPC foundation
https://jp.opcfoundation.org/

ISA (International Society of Automation)
https://www.isa.org/

IEEE P2413 Working Grouphttps://standards.ieee.org/develop/project/2413.html

ＩＥＣ ＣＤＤ
http://std.iec.ch/iec61360

付録 : IEC 62264：Enterprise-control system integration

IEC 62264 comprises parts as follows:Part 1: Object Models and Attributes of Manufacturing Operations(First edition 2003-03) [2]Part 2: Object model attributes (First edition 2004-07) [3]Part 3: Activity models of manufacturing operations management(First edition 2007-06) [4]under development

Part 4: Object Models and Attributes of Manufacturing Operations

Part 6: Business to Manufacturing Transactions

Part 5: Object Models and Attributes of Manufacturing Operations
Management付録：ＳＧ８国内委員会メンバー団体
関連ＴＣ

所掌団体

TC3（情報構造）

日本規格協会SC3D（電気電子メタデータライブラリ）

電子情報通信学会

SC22G（可変速駆動システム）

電気学会

SC121A（低圧開閉装置）

日本電機工業会

TC44（機械安全性（電気））

日本機械工業連合会

TC65（産業計測制御ｵｰﾄﾒｰｼｮﾝ）

日本電気計測器工業会

TC111（環境）

電子情報技術産業協会

ISO/TC184（産業ｵｰﾄﾒ・ｲﾝﾃｸﾞ）

製造科学技術センター

ISO/TC199（機械安全性（機械））日本機械工業連合会

JTC1/SC27（セキュリティ技術）

情報処理学会ＩＳＡＩＥＥＥ