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製造業界のIoTにおけるAWS活用事例とデザインパターン

アマゾンウェブサービスジャパン

ソリューションアーキテクト

山﨑翔太

Twitter ハッシュタグ #AWSInnovate

アマゾンウェブサービスジャパン

IoT スペシャリストソリューションアーキテクト

園田修平


1. 製造業界とIoT

2. 事例とデザインパターン

1. スマートプロダクト

2. スマートファクトリー

3. まとめ


製造業界における IoT の活用

• 既に IoT は商用フェーズにある

• 特に製造業界を中心に活用が進んでいる

スマートプロダクト

スマートホーム

スマートファクトリー

インダストリアルIoT


スマートホームの市場

4億3300万のスマートホームデバイスが出荷され、前年度比で

の成長であった

27.6%

18.5%

IDC の予想によると、年平均成長率

のデバイスが出荷される見込み

9億4000万で市場は成長し、2022年には

Gartner のレポートによると、2017年には

Gartner: https://www.gartner.com/newsroom/id/3598917 IDC: https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS43701518

https://www.gartner.com/newsroom/id/3598917

https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS43701518


インダストリアルIoTが産業市場の成長を牽引

2020 2021

2020年の市場価値の予想( Boston Consulting Group )

2020年の市場価値の予想( Bain & Company )

が組立製造、輸送と物流、エネルギー/ユーティリティの分野

がインダストリアルIoTの市場

が産業セクター

2021年の市場価値の予想( Forbes )

IoTの市場インダストリアルIoTの市場


ハノーバー・メッセ 2019 での AWS 展示

• パートナーソリューションが16件、顧客事例が10件の展示• 61%がインダストリアルIoT関連、27%がエッジでのMLを紹介• 日本からも三菱電機／ブレインズテクノロジーと共同でブースを出展

(4/1 〜 4/5)

ドイツのハノーバーで開催される世界最大の製造業界向け産業見本市


AWS IoT をご利用中のお客様


AWS で構築する IoT要求される機能および品質特性に応じて

AWS のサービス群を適切に組み合わせることで、素早く IoT アプリケーションを構築することが可能

デバイス管理

音声操作端末/スマートフォン

デバイス制御

データ収集データ処理・分析

データ保存

デバイス管理

MQTTS

データ活用エッジ

NoSQL

分析

Endpoint

オーケストレーション

AWS CloudLocal Network

エッジ処理

インダストリGW

IoT SDK

RTOS

データレイク RDB

機械学習処理

OTA

ストリーム

MQTTSダッシュボード

BI レポート

アラート

APIセキュリティ状態管理

アラート

業務支援システム

Report/Dashboard(故障予知・予測)


スマートプロダクトにおけるキートレンド

Alexaなどの音声操作との統合

ハブを介したデバイス間の相互連携

ユーザーの理解と製品の改善

エッジでのデバイス連携データレイクと

機械学習デバイスの遠隔制御


エッジでのデバイス連携





デバイスの遠隔制御データレイクと

機械学習


14

課題

多くの顧客が新たに購入したネットワーク接続型のRoomba 掃除機を試そうとした結果、iRobot HOME アプリケーション (インターネット接続型のロボットの設定と制御に使用されるモバイルアプリケーション) で大量のトラフィックが発生しました。iRobot は、これまで主にハードウェアベンダーとして事業を運営してきましたが、この時、顧客向けの高可用性クラウドアプリケーションと IoT バックエンドプラットフォームを運用する能力に賭けて、基幹業務を転換しようとしていました。

ソリューション

iRobot では、AWS IoT Core と AWS Lambda をベースとするサーバーレスアーキテクチャを使用することで、クラウドプラットフォームのコストを低く抑え、サブスクリプションサービスを不要にし、10 人未満の人員でソリューションを管理しています。

AWS IoT Core はロボットと iRobot クラウドプラットフォームの間の接続レイヤーとなり、数十億台のデバイスと AWS やその他のエンドポイントの間で数兆件のメッセージを処理できるようになります。

https://aws.amazon.com/jp/solutions/case-studies/irobot/

https://aws.amazon.com/jp/solutions/case-studies/irobot/


Alexa Skill - iRobot Home

Alexaに話しかけるだけで、Wi-Fi対応ロボット掃除機ルンバ®の清掃開始、終了、ホームベースに戻る等の操作をすることができます

"Alexa、ルンバを使って掃除して""Alexa、ルンバを使って掃除を終了して""Alexa、ルンバを使ってホームベースに戻して""Alexa、ルンバを使って何をしているか教えて""Alexa、ルンバを使ってどこにいるか教えて""Alexa、ルンバを使ってスケジュール設定して""Alexa、ルンバを使ってスケジュール削除して""Alexa、ルンバを使っていつ清掃するのか教えて"

https://www.amazon.co.jp/iRobot-Home/dp/B06Y3PSHQ3

https://www.amazon.co.jp/iRobot-Home/dp/B06Y3PSHQ3


AWS Cloud

プロダクトの Alexa 連携（Alexa Smart Home Skill）

• クラウドに接続されたデバイスと接続先のデバイスクラウドが必要

• AWS IoT Core によって素早い導入が可能

Alexa Service

AmazonEcho

スマホアプリ

Amazon FreeRTOS

AWS IoT Core

AWS IoT Device SDKs

デバイスクラウドデバイス


大量のデバイスをAWS や他のデバイスに

安全に接続する

分析、データベース、AI など AWS の各種サービスと連携する

デバイスからのデータに対して、ルーティング、処理、アクションを行う

IoT デバイスを簡単かつ、安全にクラウドアプリケーションや他のデバイスと

通信できるようにする

デバイスがオフラインの時もアプリケーションがデバイス

と対話できるようにする

AWS IoT Core


証明書による個体認証

デザインパターン例 – デバイスの遠隔制御

デバイス管理


デバイス

デバイス制御


データ保存

デバイス管理

データ活用

AWS IoT Core

AWS IoT Core

Amazon Kinesis AWS Lambda

AWS Lambda

Amazon API Gateway

Amazon DynamoDB

• Amazon API Gateway と AWS Lambda によって制御命令を処理• AWS IoT Core の双方向通信を利用してデバイスに通知

双方向通信


デバイスの遠隔制御





データレイクと機械学習



様々なデバイスや Web サービスが協調する

IoT アプリケーションをすばやく実現

AWS IoT Things Graph


デバイス管理


デバイス

デバイス制御


データ保存

デバイス管理

AWS IoT Core

データ活用

AWS IoT Things Graph によってデバイスやサービスが連携するアプリケーションを容易に開発

エッジ

デザインパターン例 – エッジでのデバイス連携

Amazon DynamoDB

Amazon Rekognition

AWS IoT Things Graph

画像認識

カメラ

データ取得


デバイスの遠隔制御エッジでのデバイス連携







AWSのデータレイク＝ Amazon S3データ分析

データマート・バックアップ

ETL

コンテンツ配信

データアーカイブ

機械学習・AIサービス

IoT

可視化・BI

データカタログ

Amazon S3

Amazon EMR

Amazon Athena

AmazonRedshift

Amazon S3 Glacier

AWS IoT Core Amazon Kinesis

AWS Glue Amazon EMR

AWS Lambda

AWS Glue

Amazon CloudFront

Amazon QuickSight

Amazon Elasticsearch

Service

Amazon RDS

AWS Storage Gateway

AWS Backup

Amazon SageMaker

Amazon Comprehend

Amazon Forecast

Amazon Rekognition

Amazon Personalize

Amazon Textract


AWSのデータレイク＝ Amazon S3データ分析

データマート・バックアップ

ETL

コンテンツ配信

データアーカイブ

機械学習・AIサービス

IoT

可視化・BI

データカタログ

Amazon S3

Amazon EMR

Amazon Athena

AmazonRedshift

Amazon S3 Glacier

AWS IoT Core Amazon Kinesis

AWS Glue Amazon EMR

AWS Lambda

AWS Glue

Amazon CloudFront

Amazon QuickSight

Amazon Elasticsearch

Service

Amazon RDS

AWS Storage Gateway

AWS Backup

Amazon SageMaker

Amazon Comprehend

Amazon Forecast

Amazon Rekognition

Amazon Personalize

Amazon Textract

Amazon S3

• 容量の上限無し

• 高い耐久性：99.999999999%

• 安価：$0.025/GB/月*

• APIアクセス：SDK+多様なサービス連携

* 2019年4月時点の東京リージョンでの標準ストレージの料金です


デザインパターン例 – データレイクと機械学習

デバイス

デバイス制御


データ保存

デバイス管理

データ活用

AWS IoT Core

Amazon Kinesis

• AWS IoT Core から収集したデータを Amazon S3 のデータレイクに蓄積• データレイクを中心に、様々な AWS サービスを活用して可視化や機械学習を実現

Amazon S3

レポート/ダッシュボード

(故障予知・予測)Amazon Athena

Amazon QuickSight

Amazon SageMaker

機械学習

AWS IoT Core の証明書を利用して権限を取得しサイズの大きいデータをアップロード

センサーデータ


デザインパターン例 – データレイクと機械学習with AWS IoT Analytics

デバイス

デバイス制御


データ保存

デバイス管理

データ活用

AWS IoT Core

IoT データの可視化や機械学習にフォーカスし、よりシンプルな構成に

レポート/ダッシュボード

(故障予知・予測)

Amazon QuickSight

AWS IoT Analytics

AWS IoT Analytics については後半のスマートファクトリーの章でもご紹介します

Amazon SageMaker

機械学習


スマートプロダクトのまとめ





エッジでのデバイス連携デバイスの遠隔制御


デバイスの遠隔制御

スマートプロダクトのまとめ







キーとなるユースケース


エッジクラウド

Law of Economics

Law of Physics

Law of the Land

AWS IoT Greengrass

AWS IoT の各種機能をエッジデバイスに拡張クラウドのメリットを受けつつ

ローカルでのデータ処理を可能にする


スケーラブルに IoT データの収集、前処理、拡張、保存、分析、可視化を可能にするマネージドサービス

施設内に閉じていたデータを、クラウドに永続化し、解析/可視化/機械学習が可能な状態に

AWS IoT Analytics


デザインパターン例1 – 生産状況の可視化/分析

AWS IoT Greengrass AWS IoT Core AWS IoT Analytics Amazon QuickSight

AWS CloudFactory

Gateway Device

Modbus

MQTT

OPC TCP

OPC-UAServer

External Sensors

Industrial Equipment


データを構造化し、アセットやプロセスの性能指標を生成

簡単に設備やプロセスのデータを可視化

プラントのデータを収集、構造化、ラベリングし、

リアルタイムに指標を生成する

ゲートウェイを接続、設定するだけで

データをクラウドに収集

AWS IoT SiteWise


デザインパターン例2 –生産状況の可視化/分析with IoT SiteWise

AWS IoT GreengrassModbus AWS IoT Core

AWS IoT Analytics

Amazon QuickSight

AWS CloudFactory

AWS IoT SiteWiseGateway

AWS IoT SiteWiseViewer

Gateway Device

MQTT

OPC TCP

OPC-UAServer

External Sensors



“AIoT” (AI × IoT) – ML at Edge trend

Amazon SageMaker

AWS IoT Greengrass

Amazon FreeRTOS

AWS IoT Core

AWS IoT Analytics

ML：クラウドで学習、エッジで推論


事例：アイシン AW 様


三菱電機/AWS/ブレインズテクノロジー共同デモ展示

MELIPC: MI5000

MELSEC iQ-R

パトライト

シーケンサのデータ収集

クラウドへ送信

異常時に点灯

GOT

異常検知モデル構築

学習済モデルの配布

• 時系列データの蓄積• 機械学習モデルの作成

三菱電機のFA技術

AWSのIoTサービス

＋ブレインズ

テクノロジーのImpulse

エッジ領域を3社で共同検討

Factory Automation 領域のデータ活用を、クラウドで

【お客様の課題】• 機器/装置の稼働状態が見たい• ライン/工場をまたいでデータ分析したい• 工場の外から現場の状況を知りたい• 簡単にクラウドにデータを送りたい

【お客様の課題】• 現場にあるサーバーの管理が大変• SDカードより大きなデータを扱いたい• 設備や品質のデータを分析したい• 画像や動画を保存して分析したい

AWS IoT Core

AWS IoTGreengrass

【ハノーバー・メッセ 2019】


デザインパターン例 – 品質予測

External Camera

AWS IoT Greengrass

AWS IoT Core AWS IoT Analytics Amazon QuickSight

AWS CloudFactory

Amazon SageMakerModel

Amazon Simple Storage Service (S3)

Gateway Device

Modbus

OPC TCP

OPC-UAServer



デザインパターン例 – 予知保全

AWS IoT Greengrass AWS IoT Core AWS IoT Analytics

Amazon QuickSight

AWS CloudFactory

Amazon SageMakerModelModel

AWS IoT Events Amazon SNS

Gateway Device

MQTT

OPC TCP

OPC-UAServer

External Sensors



スマートファクトリーのまとめ


このセッションのまとめ

• 既に IoT は商用フェーズにあり、製造業界においても、主にスマートプロダクトとスマートファクトリーを中心に導入が進んでいる

• スマートプロダクト、スマートファクトリーのいずれのケースにおいても、AWS の IoT ソリューションを組み合わせることで、迅速に市場への導入、現場での活用を進めることができる


リンク集

• AWS IoT • https://www.slideshare.net/AmazonWebServicesJapan/aws-

black-belt-online-seminar-2016-aws-iot

• AWS IoT Greengrass • https://www.slideshare.net/AmazonWebServicesJapan/20180

508-aws-black-belt-online-seminar-aws-greengrass

• AWS IoT Analytics• https://www.slideshare.net/secret/2OXq0JtR5X9BfA

http://aws.amazon.com

https://www.slideshare.net/AmazonWebServicesJapan/aws-black-belt-online-seminar-2016-aws-iot

https://www.slideshare.net/AmazonWebServicesJapan/20180508-aws-black-belt-online-seminar-aws-greengrass

https://www.slideshare.net/secret/2OXq0JtR5X9BfA

http://aws.amazon.com/


リンク集

• AWS IoT Things Graph• https://aws.amazon.com/jp/iot-things-graph/

• AWS IoT SiteWise• https://aws.amazon.com/jp/iot-sitewise/

• AWS IoT Events• https://aws.amazon.com/jp/iot-events/

https://aws.amazon.com/jp/iot-things-graph/

https://aws.amazon.com/jp/iot-sitewise/

https://aws.amazon.com/jp/iot-events/

Thank you!


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