OPC Day Japan 2023

2023年12月8日
日本OPC協議会 技術部会
株式会社Empress Software Japanデイビッド チャン1

株式会社Empress Software Japanのご紹介
 OPC UAのご紹介
 OPC UAの情報モデルのご紹介
 OPC UAの広がり AAS（Asset Administration Shell）のご紹介
 OPC UA for AASのご紹介
 脱炭素とCatena-Xの取り組み
 OPC UA for AASと脱炭素の導入事例のご紹介 まとめ

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

2006年 Empress Software Japan設立（東京 四ツ谷）
OPC Foundationが認証したOPC UA Server SDKの開発と販売をしています。
EUROMAP・Robotics・MachineTools・Visionなどの数多く情報モデルを対応しています。
工場DX、独自情報モデル及びVendor Specific Extensionsのコンサルティングを提供します。
OPC UA Client/Server, PubSub, TSNなどのOPC UA標準技術をサポートしています。

本社

Empress Software Inc., Toronto, Canada

Empress
グループ会社株式会社 Empress Software Japan （日本）株式会社 iData（日本・東京）~ OPC Foundationのコーポレートメンバー
Empress Software Consulting Inc.（USA）
Empress Software (USA) Inc.
Empress United Kingdom Inc. (UK)
Empress China Inc. (中国）
Empress R&D 開発センター（カナダ・トロント）
Empress Industry 研究開発センター（中国・上海）

問い合わせ

info@empressjapan.co.jp

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Empress iData
OPC UA Server
SDK‧ 国内実績No.1‧ 最新仕様に随時追従‧ 国内開発、国内サポー
トで最短で開発
アプローチが可能‧ OPC UA Ver1.04‧ OPC Foundation推奨の情報モデルに対応のフル機能‧ Embedded 2017 UA
Server Profile‧ Meta Model、Built-in
Information Modelはロード済バイナリ提供

HDA (option)‧ 簡単に履歴データを利用できる‧ Server用オプション‧ ヒストリカルデータ用
DBをご用意‧ Serverの設定ファイルの一文を修正するだけ

Empress iData
Modeler‧ 国内初、唯一の国内製モデリングツール‧ OPC UAの仕様書に沿った記述により、直観的な操作でモデリングが可能‧ 検索やNode ID表示な
ど便利な機能搭載‧ SDK購入の場合は無償
提供

Empress iData
OPC UA PubSub
for MQTT

Empress iData
OPC UA Client
SDK‧ マルチクラウド対応‧ ベンダーロックインされない、OPC
Foundationが提唱する柔軟な接続性をもったモジュール

‧ OPC UA ver1.04‧ Clientアプリケーショ
ンを作成するためのAPIを提供‧ HDA Serviceにも対応‧ OPC Foundation推奨の情報モデルに対応のフル機能

Empress iData
OPC UA PubSub
for TSN

Empress iData
OPC UA DataBridge‧ TSN対応‧ TSN対応ハードウェアとセットで使用することで、マルチキャスト
UDP通信で
時刻同期通信を実現

Anydata 2 OPC UA

Empress iData• SLMP, Modbus, FINS,
S7等のデータ収集し、
OPC UA に変換• OPC UAの開発は不要（設定のみで構築）• 超高速データ収集も対応可能

Empress iData
OPC UA DataBridge
Empress iData
OPC UA 2 DB
‧ OPC UAの開発は不要（設定のみで構築）‧ OPC UA Client機能が自動的にデータ収集しDBに保存。
‧ RDBMS、NoSQL両方
対応‧ 超高速データ収集も対応可能

Empress iData
OPC UA 2 CSV‧ CSVへ自動変換出力‧ OPC UAの開発は不要（設定のみで構築）‧ 超高速データ収集も対応可能

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コンサルティング
‧ 基礎セミナー‧ 設計セミナー‧ 情報モデル構築支援

技術サポート‧ 開発サポート

保守サポート‧ 開発後のメンテナン
ス・保守サポート

CTTサポート‧ 自己認証テストサポー
ト

認証サポート‧ OPC Foundation認証
テストサポート

OPC UAはドイツが推し進めているIndustrie 4.0が推奨する産業コミュニケーションプロトコルです。
OPC Unified Architectureの仕様は国際標準規格であるIEC 62541となっています。
OPC UAの最大の特徴は情報モデルを構築できることです。情報モデルにより情報にメタデータを付加できます。
産業において、最も高度なセキュリティを持ったプロトコルと呼ばれています。

右記はIndustry 4.0のRAMIモデルです。
（Reference Architectural Model Industrie）
 OPC UAはCommunicationレイヤとInformationレイヤを跨ぎ、プロダクトから上位側のアプリケーションまでの利用が想定されています。
※：図はOPC UA Foundationの資料より抜粋
Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights ReservedServerはデータが蓄えられ、公開する側でClientはデータを操作する側です。
中継機はServerとClientを搭載しFA機器と
MESの間のデータを連携の役割を担います。

OPC UAはIoT、M2M、Industrie4.0でローカルおよびリモートデバイスアクセスのデータ接続の標準として機能します。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reservedアプリケーションで使用するSessionはSecure Channelに依存することで交換されるすべてのメッセージのセキュリティを保証します。
アプリケーションはSessionが確立するときに１回だけ認証を受けます。
X.509証明書はClientとServerを識別するために使用されます。
Serverはユーザを認証しServer内のObjectにアクセスするためのリクエストを承認します。

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



OPC UA クライアント
•
•
•
•

•
•
•
•

OPC UA サーバー

アプリケーション層
ユーザー認証
ユーザー認可
監査証跡
可用性

セッション

コミュニケーション層

アプリケーション認証
機密性
完全性
可用性

ｾｷｭｱﾁｬﾈﾙ

•
•
•
•

•
•
•
•

アプリケーション層
ユーザー認証
ユーザー認可監査証跡
可用性

コミュニケーション層

アプリケーション認証
機密性
完全性
可用性

トランスポート層

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

OPC UAにはVariables、Data Types、Method、Event、FILE、HDAの機能があります。


Variables： 値を表すコンテナであり、Propety(固定値)やDataVariable(変動値)の2種類があります。



Event

： OPC UA ServerからOPC UA Clientに何らかの通知をする機能を提供しています。

Method： OPC UA ClientからOPC UA Serverに呼び出す軽量関数です。



DataTypes： OPC UA でサポートされている一般的なデータ型です。詳細は以下を確認ください。



FILE

： OPC UA はファイルを扱えます。ファイルはByteString（byte列の配列）を使用するため非常にセキュアです。

HDA： ヒストリカルデータデータアクセス(履歴データ)の機能です。OPC UA Server内にDB等を用意します。

Variables• OPC UA＆DA

Methods• OPC UA
Command

Events• OPC UA A&C• Subscription

Data
Types

FILE

HDA
OPC UAでサポートされている一般的なデータ型例•Boolean: true/false値を表すデータ型•Byte: 8ビットの符号なし整数を表すデータ型•Int16～64: 16～64ビットの符号付き整数を表すデータ型•UInt16～64: 16～64ビットの符号なし整数を表すデータ型•Float: 単精度浮動小数点数を表すデータ型•Double: 倍精度浮動小数点数を表すデータ型•String: 文字列データを表すデータ型•DateTime: 日付および時刻データを表すデータ型•ByteString: バイト配列を表すデータ型•構造体データなど

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8




データに意味を持たせること、つまり、単純な値の意味も相手に伝えることが可能になります。
相手は単純なデータだけではなく、意味やそのデータにより派生する振る舞いも収集できるため、データ整理が容易になります。 これによりPlug＆Workが実現できます。
OPC UA モデルあり

OPC UA モデルなし
Device1

Device1Axis

5
2.2
String1

軸のパラメータの値が「5」であり、単位は「rpm」
なのが分かる。

Parameter「5」と「2.2」の値は何の値か
分からない・・・。

データ整理も容易。
利活用もしやすい。

Speed

単位も不明。
データ整理にも工数がかかる。

5(値)
rpm(単位)・・・
・・・

Position

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・・・

見える化だけでなく、上位側のサービスでデータを活用できそう。

OPC UAの情報モデルは4層で構成されています。それぞれの情報モデルはXMLファイルです。OPC UA ServerではMeta Model、Built-in Information Modelはデフォルトでロードされますが、Companion Information Modelは業界団体が、Vender Specific ExtensionsはユーザがそれぞれのXMLファイルを用意する必要があります。
→ 企業の独自情報

4層目はベンダが独自に作成するレイヤーでVendor Specific
Extensionsと呼ばれます。

→ 業界に特化した情報

3層目は業界標準として使用するレイヤーでCompanion
Information Modelと呼ばれます。

→ 共通で利用する情報→ 情報を表すための規則

１、２階層目はOPC UA Serverにデフォルトでロードされています。

Client/Server

Pub/Sub

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

OPC Foundationは様々な団体とコラボレーションをしています。
標準化、つまり国際的な規格であるISO、IECなどを用いることでいつ、誰が行っても、同じ手順で無駄なく行えます。

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産業分野
PLCコントローラ
オートId.RFID
包装機
タバコ製造機MTConnect
プロセスオートメーション
PI用プロセスオートメーション
厨房用プロセスオートメーション
機械全体
ロボット
産業分野
プラスチックマシンビジョン
はかり
ポンプ
圧縮空気
ガラス
木製製品
締め付け機
工作機
CNC
食品加工
電力設備・変電設備

モデル名
PLCopen
AutId
PackML
TMC
MTConnect
PADIM
DEXPI
CommercialKitchenEquipment
Machinery
Robotics
モデル名
EUROMAP83 その他
Machine Vision
ScalesPumps
CAS
Glass/Flat
Woodworking
Tightening
MachineTool
CNC
Weihenstephan
ICE61850-6

仕様名
OPC 30000 - UA for Programmable Logic Controllers based on IEC 61131-3
OPC 30010 - UA for AutoId Devices
OPC 30050 - UA for PackML (OMAC)
OPC 30060 - UA for Tobacco Machines
OPC 30070-1 - UA for MTConnect, Part 1: Device Model
OPC 30081 - Process Automation Devices
OPC 30250 - UA Companion Specification for DEXPI
OPC 30200 - OPC UA for Commercial Kitchen Equipment
OPC 40001-1 - UA CS for Machinery Part 1 - Basic Building Blocks
OPC 40010-1 - UA for Robotics, Part 1: Vertical Integration
仕様名
OPC 40077,40083 -EUROMAP
OPC 40100-1 - UA Companion Specification Part 1 for Machine Vision
OPC 40200 - UA CS for Weighing Technology
OPC 40223 - UA Companion Specification for Pumps and Vacuum Pumps
OPC 40250-1 - UA CS for CompressedAirSystems Part 1 - Main Control System
OPC 40301 - UA for Flat Glass Processing
OPC 40550-1 - UA for Woodworking Part 1 - Vertical Interface
OPC 40451-1 - UA CS for for Tightening Systems
OPC 40501-1 - UA CS for Machine Tools Part 1 - Monitoring and Job
OPC 40502 - UA for Computerized Numerical Control (CNC) Systems)
OPC 40600 - UA CS for Weihenstephan Standards
OPC 10040 - IEC61850-6 Companion Specification

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1. 工場、生産現場、サプライチェーンの世界標準情報モデルは？
2. 工場のDXの情報モデルは？
3. 予防保全、予知保全の情報モデルは？

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Asset Administration Shell(AAS)は、



以下のような共通の基準を持つことが、標準化において必要な要素となります。

アセット = Industry 4.0の世界につなぐものすべて
管理シェル = アセットをIndustry 4.0の世界につなぐインターフェース◎ 共通化されたネットワークとプロトコル◎ データを保護するためのサイバーセキュリティおよび共通ルール◎ 言葉、記号、構文、文法、意味論における共通言語

AASはIndustrie 4.0において重要な規格であり、ビジネスプロセスと会社の枠を越えて接続をするために使用されます。
管理シェル
Assetの情報世界への統合
Industrie 4.0ソリューションに「接続」を必要とするすべてのものでアセットあり、以下のようなアセットがあります。
 機械やコンポーネント

 材料、部品、製品のパーツ
 交換される文書（図面、配線図など）

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



AASは会社間の相互運用性を確立することができます。
AASは非インテリジェンスな製品
からインテリジェンスな製品に使用することが可能です。
AASは統合されたバリューチェー
ンを可能にします。
AASは自立型システムとAIを支えるデジタル基盤システムです。
AASは製品、装置、機械、設備のライフサイクル全体をカバーしています。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved15

サブモデル = aggregates information that belongs together

Submodels combine different functional aspects of an Industrie 4.0 component
Basic submodels (standardised): apply to many assets in the Industrie 4.0 world
Free submodels: agreed between partners in the value chain for a specific use case
 サブモデルは常にユースケースにリンクされている必要があります。
 AASには複数サブモデルが含まれる場合が多いです。
 各機能的側面に対して1つのサブモデルを開発することを目的としています。
 AASはUMLをベースとしたメタ情報モデルが基本となっており、セマンティックIDが使用されています。
 これにより情報にメタ情報も付随するため、OPC UAの情報モデルとも親和性があります。
管理シェル

Property
MaxRotationSpeed

アセット

SemanticId =0173-1#02-BAA120#008
Value = 12.3

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Product Properties は IEC61360-1と ecl@ss を使用
 Process variables、パラメータ、テレメトリデータ
 Operations は行動を行う
 Events はプロパティを観察する。
 References は外部のデータソースやファイルと連携
 References は他のAASとそのパーツと連携
 Capability はアセットの能力やMethodの説明
 Set はpropertiesの集合体, 例えば. リスト or 配列
Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

AASのUML ModelはOPC UAの情報モデル(Information Model)とも相互に連携が可能であり、親和性は抜群
です。

外部要件

ニュートラルなテクノロジー
UML Model

AutomationML

・・・

RDF

OPC UA
Information
Model

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved プロトコル セキュリティ
 実装
 接続性
 モデル一致性 ZVEI、VDMA、OPC Foundation の共同「I4AAS OPC UA」ワーキング グループは、Industrie 4.0
Asset Administration Shell (I4AAS) 用の OPC UA 情報モデルを作成しました。
 相互運用のための基礎アセット（製品）とそのデジタル資産情報を、異なる会社間で相互運用性（interoperability）を確立/共有するための仕組み。
 製品のメーカーは、異なるバージョンの履歴を持つさまざまな種類の資産を管理し、また並行して、これらの異なるタイプとバージョンのインスタンスを作成します。つまり、製品、
デバイス、機械、設備のライフサイクル全体をカバーします。
 AASはヘッダーとボディで構成され、ボディは複数のサブモデルが定義でき、サブモデルにはAttributeが帰属します。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

OPC UAには情報モデル OPC 30270 Industry 4.0 Asset Administration Shell が用意されています。
これにより、OPC UA (OPC 30270対応)とAASの連携が可能となり、Catena-Xなどの上位にあるデータ共有基盤
へスムーズな連携が可能となります。

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2022

2023 -2024

2025 -2026

プライム上場企業

全上場企業

カーボンプライシング導入

取引金融機関からの要請

要請元がプライム市場から全上場企業へ炭素税、あるいは排出量
取引が導入

取引金融機関からの要請

有価証券報告書への
気候変動関連のリスク
開示の義務化

全ての企業がGHG排出量を減らした方が得という状況に

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

サプライチェーンの排出量においては、原材料調達・製造・物流・販売・廃棄の一連の流れから発生する、温室効果ガスを報告する流れが全世界で強まっています。
以下の図の、Scope1は事業者自らによる温室効果ガスの直接排出量、Scope2では他社から供給された電気・熱・蒸気の使用に伴う間接排出、Scope3ではScope1とScope2以外の間接排出を指します。

出展：https://www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/estimate.html
Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

世界の主要市場の自動車販売数をみると、市場規模が大きいのは中国、北米、欧州となっています。
特に、2022年の世界販売台数の10%が電気自動車（EV）を占めています。
主に欧州や中国のEV販売数が堅調であり、欧州では急速に販売台数が増加しています。

出展：https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/green_innovation/industrial_restructuring/pdf/014_04_00.pdf

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欧州ではすでに多くのEV蓄電池工場が立ち上がっており、脱炭素に向けた取り組みが進んでいます。
中には日系企業の蓄電池工場もあります。
これは、欧州が政府レベルで低炭素へ向けた取り組みが強まっていることの表れであり、EVとバッテリーは重要な構成要素と捉えられています。

出展：https://cicenergigune.com/en/blog/gigafactories-europe-commitment-economic-recovery-battery-factories

出展：McKinsey &Companyより

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

欧州では欧州電池規制として、EV蓄電池の情報開示を要求しています。
これは、天然資源による原材料の調達から安全性、性能、二次利用、廃棄までの流れに適用され、製品のライフサイ
クル全体に関わる脱炭素・資源循環の情報開示が自動車メーカに義務化されます。

出展：https://eit.europa.eu/sites/default/files/industrial_policy_for_european_battery_alliance.pdf

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

データスペースとは各企業および各国が、アーキテクチャに基づき相互運用性を確保した社会活動のデータ空間となります。データスペース間はソフトウェアコネクタで接続されます。International Data SpaceがIDS Connecterを提唱
し、GAIA-Xはこのコネクタを実装にフォーカスしたEDC Connecterを作成しました。
Catena-XはGAIA-XのEDC Connecterを使用したLighthouseプロジェクトとなります。

出展：https://internationaldataspaces.org/wp-content/uploads/IDS-Reference-Architecture-Model-3.0-2019.pdf

出展：https://www.meti.go.jp/shingikai/external_economy/global_
supply_chain/supply_chain_data/pdf/001_07_00.pdf

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights ReservedCatena-Xは自動車産業にフォーカスしています。 Catena-Xは、デジタルプラットフォームとしての役割を果たし、データの共有と連携を可能にすることで、製造業者、サプライヤ、およびその他の関連プレイヤー間の協力と効率性を向上させることを目的としています。
Catena-Xの中には先述のBattery PassのユースケースモデルやPCFモデルなども含まれています。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights ReservedCatena-Xは自動車産業のバリューチェーン
全体のDXモデルで、算定基準の最上位となる
PCR（Product Category Rule）を規定しています。

CX PCF rulebook

メッセージモデル
AAS

Catena-X

データモデルPathfinder Framework

BAMM 2.0

ISO 14067

RDF/Turtle

GHG Protocol

SHACL

ISO 14044

AASが使用されているケースが多く：自動車搭載用電池でCo2を算定する場
合はAASを使用する。
DXインフラ
記述形式と検証

計算モデル

OPC UA

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Gaia-X
IDS
EDC

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


OPC UA for AASのデータをOPC UA PubSubでクラウドへ必要な情報を連携します。
マイクロソフトAzureを使用し、Empress Data Quest for AASのクラウドサービスを構築します。
上位側のシステムにはSIEMENS社のSiGREENやSAP社のSustainability Data Exchangeなどが該当します。
弊社では工場設備とDataSpaceの間を取り持つ、OPC UAソリューションを使用しています。
MQTT セキュア通信

Empress iData OPC UA
PubSub for MQTT

コネクタ

OPC UA for AAS
Empress iData OPC UA Server

Data Collector

AASゲートウェー

コネクタ

AASゲートウェー

Manufacturing-X 同様
SiGREENOPC UA PubSub for MQTTOPC UA Client

工場

工作機械

設備

クラウドサービス

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Sustainability Data
Exchangeゴール：お客様の工場現場のWorking Cell でOPC UA for Asset Administration Shell モデルを構築して、そのデータを収集し、PathFinderフレームワークを使って、製品製造過程のCO2の使用量を計算し、シーメンズSiGREENに連携します。
STEP 1:お客様はEmpress のOPC UA モデル設計コンサルサービスを使用して、OPC UA for Asset Administration
Shell モデルを設計し、システム設計を行います。
STEP 2:お客様はAASモデルの作成とPathFinderフレームワークのSubmodelの定義を行います。

STEP ３:お客様はEmpress OPC UA DataBridgeなどの製品をGWに設置して、システム構築を行います。

STEP 4:お客様はEmpress OPC UA PubSubのモジュールをアタッチして、GWからクラウド連携を行います。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved30ゴール：お客様の工場現場のWorking Cell でOPC UA for Asset Administration Shell モデルを構築して、そのデータを収集し、PathFinderフレームワークを使って、製品製造過程のCO2の使用量を計算し、シーメンズSiGREENに連携します。

STEP ５:お客様はEmpress DataQuest for AAS クラウドサービスを搭載したクラウドサービスと連携を行います。

STEP 6：お客様はシーメンズSiGREENにセットアップを行います。

STEP 7：お客様はEmpress DataQuest for AAS クラウドサービスを経由して、シーメンズSiGREENに連携します。

STEP 8：お客様はシーメンズSiGREENにデータ確認を行います。

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SiGREENとはシーメンスの提供するカーボンフットプリント算定ツール です。
（Cross Sectional StandardはPathfinder Framework、PCRはCatena-X rulebookを用います）
 ソフトウェアとそれに付随するブラウザーベースサービスで構成されます。
 サプライヤーが持つ認証機関発行の証明書に記載された排出量値をセットメーカーが確認できます。
 ブロックチェーン技術と分散型台帳技術を利用し、情報を1カ所に集めずにサプライヤーに置いて機密性を保持したまま運用できる仕組みを提供します。
 SiGREENは標準的なブラウザーベースのDashboardがあります。


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STEP 2:お客様はEmpress iData Modelerを使って、Empressのコンサルサービスの支援の元で、OPC UA for Asset Administration Shell モデルXMLファイルを作成します。
 AASのBaseモデルを作成
 AASのPathfinder Frameworkのサブモデルを作成
Root
Objects
SiGREEN(OPC UA for AAS)
ConceptDictionary

SiGREENに連携するデータはSiGREEN(OPC UA for AAS)の
ToSiGREENInfomationになります。
MoniterResources内に4つのリソースを設け、その中に各種情報を格納するようにします。

ToSiGREENInfomation
プロダクト名
電力量取得時間
PCF
その他必要なデータ
MonitoredResources
Resources 1
Raw Data1
Raw Data2
Raw Data3
Raw Data4
Raw Data5
Raw Data6

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

サプライヤは必要な事項を入力し、メーカに報告を行います。
報告にはISO14067、Pathfinder Framework、GHG Protocolなどが選択できます。

Copyright © 2023, OPC Foundation Japan, All Rights Reserved

弊社で開発したSiGREENへの連携アプリケーションでは、Empress DataQuestサービス経由で保存された
Gate to Gateの排出量が連携され、SiGREEN上で表示されます。

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
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OPC UAは設備のデータをモデル化することができます。
モデル化したデータがやり取りできる環境を用意しておくことで、今後対応が迫られているCatenaXやManufacturing-XなどのDataSpaceへデータ連携をする際に、スムーズな対応が可能になります。
「OPC UA for AAS」はIndustry 4.0で採用されている、 Asset Administration Shellを
OPC UA上で表現できるものであり、今回ご紹介した脱炭素だけではなく工場内の様々なデータをモデル化することが可能になります。
本資料の脱炭素モデルは「OPC UA for AAS」の１サブモデルであり、サブモデルのデータは
SIEMENS社のSiGREENに連携をさせました。
Catena-XでもAASを使用することが推奨されており、 「No.26 ProductFootprint」、「No.27 Product Carbon Footprint Aspect Model」、「No.34 Data Model Battery
Pass」などのモデルをOPC 30270: Industry 4.0 Asset Administration Shellモデルに変換が可能です。

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EmpressiData
Modeler
EmpressiData
DataBridge
Empress
DataQuest
for AASありがとうございました。

日本OPC協議会
https://jp.opcfoundation.org

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