産業オートメーションソフトウェアシステムの発展と技術仕様

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本稿では、監視構成ソフトウェアの機能や役割について説明し、一般的な監視ソフトウェアが持つ限界やプロセス可視化ソフトウェアの特徴および最新の動向を指摘する。最後に、産業オートメーションソフトウェアシステムの適用事例を一つ挙げる。1.はじめに コンピュータのハードウェア・ソフトウェア技術、情報技術、製造業の工業技術が急速に発展し、企業の情報化が進むにつれて、産業オートメーションシステムはますます複雑になり、オートメーションシステムに対する要求も高まっている。大規模で複雑なシステム、例えば大規模な工業生産プロセス、コンピュータ統合製造システム、工業プロセスオブジェクト制御システムなどには、さまざまな形態の複雑性が存在し、全体構造としては非線形性、不確実性、無限次元性、分散性、多層性などとして現れる；処理される情報においては、信号の不確実性やランダム性、不完全性、画像や記号情報の混在などとして現れる；コンピュータ上では、数値演算と論理演算の組み合わせとして表れる；管理が深化し詳細化するにつれて、管理手法がますますフラット化していくなどの傾向が見られる。これにより、複雑な大規模システムは、システムの同定や分析、設計といった面で通常のものと異なるだけでなく、より重要なのはシステムモデリングや制御戦略の面でも違いがあるということである。設計システムの重点は、ソフトウェア全体を用いて管理と制御の統合を実現することにあります。複雑なシステムは構造が複雑で変数が多く、情報も入り組んでいるため、どのような原則に基づいて巨大なシステムを合理的に比較的小さなサブシステムに分割し、さらにサブシステム同士をどのように調整することでシステムの最適な動作と制御を実現できるかという問題は、解決が急がれる重要な課題であり、制御工学の分野でも注目されている焦点事項です。多くの問題については、今日に至るまで結論が出ていない状況です。複雑な大規模システムの制御は、産業用オートメーションソフトウェアシステムにますます高い要求を突きつけており、より効果的な先進的なソフトウェアシステムの提供方法が広く注目されている。技術の進歩に伴い、産業用オートメーションソフトウェア技術は知能化、ネットワーク化、統合化の方向へと急速に発展している。複雑な大規模システムをネットワーク環境下で動作させ、オンライン上でその最適制御や管理を実現することは、もはや遠い未来の話ではなく、間もなく実現されるものとなっている。本稿では、ソフトウェアシステム技術の発展の観点からこれについて若干考察する。 2、監視構成ソフトウェアシステム 2.1 構成ソフトウェアの主な機能 「監視」とは、制御対象となるプロセスを観察し制御することであり、産業オートメーション制御の観点から、監視ソフトウェアは一般的に産業構成ソフトウェアまたは構成制御ソフトウェアと呼ばれる。1980年代初に誕生して以来、コンフィグレーションソフトウェアは20年の発展の歴史を持っています。コンフィグレーションソフトウェアは、アプリケーションソフトウェアとして、PCの台頭に伴って絶えず発展してきたと言えるでしょう。80年代のコンフィグレーションソフトウェアであるOnspec、Paragon 500、初期のFIXなどはDOS環境で動作しており、グラフィカルインターフェースの機能はそれほど強くありませんでした。1987年にWonderware社が、マイクロソフトのWindowsをベースにした産業・プロセスオートメーション分野向けのヒューマンマシンウィンドウインターフェース構成ソフトウェアであるInTouchを開発して以来、InTouchを代表とするヒューマンマシンインターフェースソフトウェアは、Windows上で工業用ソフトウェアを動作させるという新たな流れを作り出しました。そして、コンピュータのハードウェア・ソフトウェア技術が急速に進化するにつれて、PCやそれに互換性のある機器をベースにした構成ソフトウェアの機能や性能も質的に飛躍的に向上しました。現在のInTouchは、典型的な産業オートメーション構成ソフトウェアとして優れたリアルタイム性を持ち、さらに高性能なグラフィカルインターフェース機能も備えている。そのため、Wonderware社はInTouchをプロセス可視化ソフトウェアと呼んでおり、この呼称の方がより適切なように思われる。監視構成ソフトウェアは、監視およびデータ収集（Supervisory Control And Data Acquisition、SCADA）向けのソフトウェアプラットフォームツールであり、豊富な設定項目を備え、使い方が柔軟で機能も強力です。監視構成ソフトウェアが最初に登場した頃、その主な内容はHMI（ヒューマン・マシン・インターフェース）またはMMI（マン・マシン・インターフェース）であり、つまり人間と機械の間のインタラクティブなグラフィカルインターフェースの問題を解決することが主目的でした。コンフィグレーションソフトウェアシステムには、リアルタイムデータベース、リアルタイム制御、SCADA、通信およびネットワーク接続、オープンデータベースインターフェース、I/Oデバイスのドライバなどが含まれています。ソフトウェア技術の発展に伴い、監視構成ソフトウェアには新たな機能が次々と搭載されており、社会の情報化の進展においてますます重要な役割を果たすことになるでしょう。今後の発展性は非常に有望です。コンフィグレーションソフトウェアには、以下の主な機能があります。 (1) グラフィカルな編集デザイン技術の活用 プログラマーは、パズルやブロック積み、簡単な接続といった方法を用いて、人間とコンピュータのインタラクションインターフェースを構築することができる。コンフィギュレーションソフトウェアには、各種のアナログ計器、電動機、制御ボタンなどの設計開発用ライブラリが含まれています。プログラマーも基本的な描画ツールを使って、自分で図庫やオブジェクトエレメントを設計することができます。操作や監視のための人間と機械のインターフェースにおいて、これらの現場機器、検出装置、コントローラーに対応するエレメントを用いて実際の対象物を表し示すことで、現場の生産設備の運転状況を示すシミュレーション画面が得られる。したがって、シミュレーション画面内の対象に対応する図形要素を操作することで、現場の機器やコントローラなどの操作や管理を実現できる。これはコンフィグレーションソフトウェアの最大の利点の一つで、プログラミングや操作を非常に直感的にし、異なる知識背景やレベルを持つ人々でも容易に習得できるようにしてくれます。上記の分析からわかるように、あるコンフィギュレーションソフトウェアの優劣を評価する重要な基準は、そのソフトウェアのデザイン図庫の規模と豊富さ、そして図庫内の図形の直感的な表現力である。 (2) 実際の監視対象における状態遷移管理 実装ソフトウェアはアニメーション接続技術を用いて、現場の対象を記述するエレメントと特定のパラメータや関数とを結びつけ、マッピング関係を形成する。プログラマやオペレータは、これらのパラメータや関数をプログラミングし処理することによって、現場の機器からのデータの収集、分析、処理を実現できる。パラメータの伝送は、コンフィグレーションコンピュータと現場機器間の入出力チャネルを通じて行われ、これにより遠隔監視や制御、すなわちステータス管理が可能になる。状態遷移の内容には、オブジェクトの運動規則の設定、運転状態の監視、および故障警報の表示などが含まれます。応用の観点から見ると、オブジェクトパラメータの編集や処理は隠されており、ユーザーは監視画面上の図形に対して操作を行う（例えばコンピュータのマウスで図形をクリックする）。これにより、その図形に対応するオブジェクトパラメータが操作・設定され、プログラムで定められた計算規則に従って変更または再設定される。そしてそれが他の図形のオブジェクトパラメータにも影響を与えて同時に変化し、結果として変化した値が対応する図形を変化させたり、その他の画像情報を人間と機械のインターフェース上に表示させたりして、ユーザーに操作結果を知らせる。こうして次の操作を決定することで、人間と機械のインタラクションが完了する。設計開発の観点から見ると、オブジェクトパラメータの編集や処理は透過的であり、制御要件に応じていつでもパラメータや演算ルールを変更できる。さらに、このような変更は人間とコンピュータの監視インターフェース上で行うことができ、例えばその監視インターフェースを開発環境として設定し、コンピュータのマウスで要素をダブルクリックすることで、オブジェクトパラメータのダイアログボックスに入り、編集や修正を行うことができる。これにより、コンフィグレーションソフトウェアが現場の監視や管理において、従来のアセンブリ言語や高水準言語の制御構造を継承するだけでなく、プログラミングの直感性を大幅に向上させていることがわかり、これはユーザーもプログラマーも非常に好んで受け入れるものである。 (3) 監視・管理対象の可視化と詳細化 コンフィグレーションソフトウェアは、他の一般的なプログラミング言語開発ツールと同様に、対象のパラメータを設定したり、リアルタイムでデータを収集したり、プログラミング用のパラメータやアルゴリズムを作成したり、制御規則や結果を出力したり、データ記録を保存したりすることができる。さらに、上記の機能や手順を容易に視覚的に表現し、人間と機械のインターフェース上に反映させることで、プログラマーやオペレーターが直感的に分析や修正を行うことが可能になる。コンフィグレーションソフトウェアを用いると、リアルタイムで収集されたデータをリアルタイム曲線の形で監視画面に直感的に表示でき、過去および現在の制御情報や結果も同様にリアルタイム曲線図の形で監視画面に直感的に表示できます。このように、人々は高度な知識ベースやインテリジェント制御、予測手法、例えばグラフ法、二次曲線適合法、回帰予測法などを用いて、入力出力パラメータやデータを分析・処理することで、監視対象の状態をより深く理解し把握し、アラーム表示などを行うことができる。 (4) リアルタイムでの開放性と相互接続性に優れている 自動化ソフトウェアは、OPC、DDE、ActiveXコントロール、COM/DCOM、ODBC、OLE-DBなど、標準化された相互接続技術を多く採用しているため、自動化ソフトウェアプラットフォームとして、優れたリアルタイムでの開放性と相互接続性を持っている。コンフィグレーションソフトウェアはODBC（オープンデータベース接続）技術を採用し、オブジェクトのパラメータを共有したり、他のソフトウェアプログラムが読み取れるようにします；DDE（動的データ交換）技術を活用してパラメータの伝達を実現し、例えばプロセスオブジェクトのパラメータをMICRO EXCELの表ファイルにリンクさせ、オブジェクトのパラメータ変更をその表ファイルにリアルタイムで反映させると同時に、表ファイル内の対応するデータを処理した結果を、元のパラメータに戻す。これにより、コンフィグレーションソフトウェアとMICRO EXCELの表形式データファイルが相互に連携し、それぞれの技術的な長所を活かして現場システムのより良い制御と管理が実現される；OLE（オブジェクトリンク＆インベストメント）技術を活用して、他の機能を統合・拡張する。例えば、MICRO OFFICEのオフィスソフトウェアをコンフィグレーションソフトウェアの操作プラットフォームに組み込むことで、操作者がテキスト形式の業務報告書やレポートを簡単に処理できるようにする。また、ActiveX技術を利用してメディア再生ソフトウェアをコンフィグレーションソフトウェアの操作プラットフォームに組み込むことで、監視画面上で閉路カメラの映像を表示できるようにする；TCP/IPプロトコルを用いて設定監視情報をインターネットネットワークに配信し、ネットワーク化された管理と監視を実現する。 (5) アプリケーション操作プラットフォームの開発期間が短い。コンフィグレーションソフトウェアを用いて監視操作プラットフォームを設計・製作することで、大量のソースプログラムの組み立てやデバッグ作業を省略できる。そのグラフィカルで直感的なプログラミングスタイルにより、**プログラム開発の期間が短縮され、実際の工事における時間的制約を容易に満たすことができます。また、実際の運用時（オンライン上）でのプラットフォームの修正や更新も簡単かつ迅速に行えます。 しかし、コンフィグレーションソフトウェアも、新興のオブジェクト指向型産業オートメーション監視開発プログラミングツールとして進化を続けており、異なる監視対象や環境において、データ共有度とリアルタイム性の要求とのバランスをどう取るかなど、さらなる研究と改善が進められている；マルチスレッドが同時に動作するアプリケーション環境やオブジェクトにおいて、各スレッドの異なるリアルタイム性の要件をどのように満たし、データの競合やブロッキングを避けるか；ネットワークを介した遠隔制御のリアルタイム性と、現場監視のリアルタイム性との間の整合性の問題などをどう解決するか。 2.2 監視構成ソフトウェアの役割 構成ソフトウェアは産業オートメーションソフトウェアシステムの基盤であり、制御ネットワークと情報ネットワークを統合するための鍵となる要素の一つです。構成ソフトウェアが持つインターフェース技術により、リアルタイムデータベースと現場機器のデータが相互に接続され、それによってシステムに包括的で詳細な情報やデータが提供されます。 監視コンフィギュレーションソフトウェアは、制御システムを開発するためのツールであり、ユーザーは対象となるアプリケーションや制御タスクの要件に応じて、分かりやすく直感的なコンフィギュレーションを通じて、同ソフトウェアが提供するツールを利用して、「ブロックを積む」ように各機能モジュールを柔軟に設定・組み合わせ、自分の用途に合ったアプリケーションソフトウェアを構築することができます。“「コンフィグレーション」という概念は、分散制御システム（Distributed Control System、DCS）の登場に伴って、初めて多くの生産プロセス自動化技術者に知られるようになったものです。現在のコンフィグレーションソフトウェアとは、実際にはかつて各DCSメーカーがDCSにプリインストールしていたアプリケーションソフトウェアのことですが、明確な定義はこれまで示されておらず、このようなアプリケーションソフトウェアを使って目的のアプリケーションシステムを設計・作成するプロセスを単に「コンフィグレーション（Config）」または「コンフィギュレーションを行う」と呼んでいるだけです。コンフィギュレーションという概念は、元々英語のConfigurationに由来し、ソフトウェアツールを用いてコンピュータやソフトウェアのさまざまなリソースを設定し、事前に設定された内容に従ってコンピュータやソフトウェアが自動的にタスクを実行できるようにすることで、ユーザーの要求に応えることを意味します。 工業企業は複雑な大規模システムであり、新しいタイプの工業や企業の情報化の要求に応じて、オートメーションは管理と制御を一体化したものであるべきであり、それには低レベルの制御と高レベルの管理のオートメーションが含まれる。人々はしばしば、高レベルのコントロールをマネジメントと呼び、低レベルのマネジメントをコントロールと呼ぶ。低層の制御においては、その制御タスクは主に物理システムの機器によって行われる。企業の情報化は、システムの自動化度により高い要求を突きつけています。それには、インターネット上で注文を受け付ける企業リソース計画システムERPから、企業（工場）の生産実行システムMESが製品の生産を行い、合格した製品を出荷してユーザーの元へ届けるまでの全過程が含まれ、センサーからシステム全体の最適な運用に至るまでの、あらゆる低層制御および高層管理が網羅されています。企業の物資流、情報流、資金流、人材流などの流れや量は、企業の機能、規模、製品の特性などによって大きく異なり、その複雑さも大差がある。このような複雑な大規模システムを最適に運用し、最良の社会的・経済的効果を得ることが、人々が望む目標である。全体の制御プロセス（またはシステム）における、すべての有用なリアルタイム状態情報が蓄積されたり失われたりすることなく、リアルタイムでの調整を容易にし、上位層の意思決定をより効果的に支援するために、各ワークステーションでは統一された人間中心のグラフィカルユーザーインターフェースや統一された情報プラットフォームを使用し、「自動化の孤立」や「情報の孤立」といった問題を解消し、管理と制御がシームレスに統合されるようにしなければならない。その中で鍵となるのが、監視構成ソフトウェアである。低層制御および高層経営判断において情報が果たす主導的な役割を十分に発揮させるためには、監視ソフトウェアシステムの選定に十分な注意を払う必要があり、そうでなければ企業の情報化の目標は達成し難い。 2.3 一般的な監視用コンフィギュレーションソフトウェアの限界
1980年代以降、国内で新たに建設されたり、既存の施設が改修や技術革新を行われる際には、自動化システムとしてほとんどが海外から輸入されたコンフィギュレーション型の産業用コントロールソフトウェアが使用されてきました。代表的な例としては、アメリカのWonderware社のInTouch、同じくアメリカのIntellution Software社が開発したFixやiFix、ドイツのSiemens社のWinCC、ロシアのAdastra Technology社のTrace Modeコンフィギュレーションソフトウェアなどがあります。1990年代半ばになると、国内のいくつかのソフトウェア会社が、これら海外製のコンフィギュレーションソフトウェアを参考にしながら、独自の産業用コントロールソフトウェアを開発しました。代表的な例としては、北京亜控ソフトウェア社の「Kings View」や、北京昆仑通態自動化社のMCSGなどがあります。これらのソフトウェアは、我が国における企業の基礎的な自動化を実現する上で大きな役割を果たしました。これらのソフトウェアの共通した利点としては、グラフィカルなプログラミング手法を採用していること、実際の監視対象の状態変化を管理できること、監視・管理対象をより直感的かつ詳細に把握できること、システムのリアルタイム性や相互接続性が高いこと、そしてアプリケーションの開発期間が短いことなどが挙げられます。監視の観点から見ると、グラフィックやコンフィギュレーションの仕組み、データポイントの管理、ネットワーク機能、通信機能、ロック機能など、それぞれに特徴はありますが、基本的にはユーザーの要求を満たすことができます。注目すべきは、より高い管理レベルから問題を考えると、産業オートメーションシステムの統合管理を実現しようとすると企業情報化は厳しい課題に直面し、次々と現れる「情報の孤島」や「オートメーションの孤島」に直面することになり、「孤島」の情報リソースを統合・集約することが非常に困難であり、統一された制御・データ・情報プラットフォームの支援が欠如している点である。これこそが、現在の工業企業における複雑な大規模システムの基盤となるオートメーションおよび企業情報化が直面している主要な問題なのである。既存の運用中のシステムリソースを保護しつつ、適切にソフトウェアシステムのサポートを強化して元のシステムを向上・改革し、企業が情報化を実現させることは、伝統的な産業や企業の製品構造の調整に対応するため、制御工学の分野で広く注目されている課題である。情報リソースを十分に活用するための方策や手段を模索する際、システムで選択された構成ソフトウェアの機能制限により、「通信プロトコル」や「ソフトインターフェース」といったボトルネック問題が原因で実装が進まないことが多く、これは多くの企業でよく見られる現象です。これによりシステム統合に多くの困難が生じていますが、一般的な監視用構成ソフトウェアメーカーは「通信ソフトインターフェース」というボトルネック問題に対して、まだ十分な重視を払っていないようです。 2.4 プロセス可視化ソフトウェアの特徴 ソフトウェア技術の発展に伴い、監視構成ソフトウェアには新たな機能が次々と追加されており、社会の情報化の進展においてますます重要な役割を果たすようになっている。リアルタイムマルチタスクは、構成ソフトウェアの最も顕著な特徴である。例えば、データの収集と出力、データ処理とアルゴリズムの実装、グラフィック表示および人間との対話、リアルタイムデータの保存、検索管理、リアルタイム通信などです。コンフィグレーションソフトウェアが主に解決する問題は、(1)データ収集装置と制御装置間でのデータ交換の方法です； (2) 機器からのデータをコンピュータグラフィックス上の各要素と関連付ける； (3) データアラームおよびシステムアラームの処理； (4) 過去のデータを保存し、その検索をサポートする； (5) 各種報告書の作成と印刷出力； (6) 様々な分野のニーズに対応するため、柔軟で多様な構成方法を提供する； (7) データ共有を実現するための、サードパーティ製ソフトウェアプログラムとのインターフェース。 コンフィグレーションソフトウェアは、グラフィック機能を活用して制御対象を具体的に描き出し、さらに内部のデータリンクを通じて制御対象の属性とI/Oデバイスのリアルタイムデータを論理的に結びつけることができる。コンフィグレーションソフトウェアによって生成されたアプリケーションシステムが稼働し始めると、I/Oデバイスのデータが変化することで、制御対象の属性も直接変化する。コンフィグレーションソフトウェアのリアルタイムデータベースは、オープンなデータプラットフォームであり、管理者が現場の機器の運用に関するすべてのリアルタイムデータを取得し、一元的に管理することを可能にします。さらに、コンフィグレーションソフトウェアは過去の傾向分析に基づき、最適制御やスケジューリングの意思決定を行うことができる。 2.5 プロセス可視化ソフトウェアの最新動向 討論する問題を具体化するため、ここでは最も代表的なプロセス可視化ソフトウェアを例に挙げる。例えばInTouch9.5 HMIは大幅な機能強化が図られ、その結果、運用面およびエンジニアリングの生産性の両方で顕著な向上がもたらされている。これにより、InTouch9.5ソフトウェアを使用する工場の作業員は、仕事をより迅速かつ簡単に行える新しい機能から恩恵を受けることになります。さらに、向上したソフトウェア開発機能により、アプリケーションの作成、変更、デプロイに費やされる時間と労力を大幅に削減できます。 生産性を向上させる機能の強化には、ヒントバーが含まれます；マウス操作；高度なアラーム分析；実行中の言語切り替え。ヒントバーは、バージョン9.5でオペレーターにガイダンスを提供し、工場の作業員が閲覧しているアプリケーションの情報をより迅速に理解できるようにします。マウス操作で、これらの新しいコントロールは、マウスを使ってアプリケーションにアクセスする人々に追加の機能を提供します。InTouchソフトウェアに組み込まれた高度なアラーム分析ツールにより、アラーム情報の分析がより迅速かつ完全に行えます。実行中の言語切り替え：ユーザーは実行中に動的に言語を切り替えることができます。 工程生産性向上の強化には、インテリジェントシンボル技術による新しい図形の移動・拡大縮小機能や、手動の図形位置決め機能が含まれます；内蔵のシンプルなI/O冗長構成；追加のキーボード選択；デフォルトのフォント設定。インテリジェントシンボル技術による新たな開発により、これらの新しい強化機能によって、グラフィックベースのテンプレートをより迅速に作成し、さらにカスタマイズすることができる。内蔵されたシンプルなI/O冗長構成により、この機能は2台目の通信サーバーを迅速に設定でき、I/Oが1台目のサーバーに接続できない場合に自動的に切り替えることができます。移動・拡大縮小機能と手動での図形位置決め機能により、簡単なクリックや「ゴムバンド」式の拡大縮小オプション、手動での図形位置決め、そして移動機能を使って図形の詳細を調整できます。追加のキーボードオプションとして、バージョン9.5には新しい「地域」キーボードが搭載されており、ユーザーは自分の言語に対応する文字でキーボードを表示できます。また、画面上のキーボードサイズを調整できる新しいオプションもあります。デフォルトのフォント設定では、ユーザーは即座にデフォルトのフォントを変更し、その新しいTrue Typeフォントをアプリケーション全体で適用することができます。 InTouch 9.5ソフトウェアは、アプリケーションのユーザーと開発者に多数の新機能を提供すると同時に、開発の生産性とパフォーマンスを大幅に向上させます。ヒントバーとは、ユーザーがアプリケーション内にあるヒントバーを含むオブジェクトの上をマウスでなぞると、そのオブジェクトの周りにハローが現れ、そのオブジェクトに関するより多くの情報にアクセスできることをユーザーに知らせるものです。ヒントバーは、そのボタンが何を制御するかといった静的な情報や、タンクの液面高といった動的なスナップショット情報を提供できます。静的および動的なヒントバーは、1つのウィンドウ内に多数のグラフィックをスムーズに表示するのに非常に役立ち、同時にオペレーターが画面上の対象に関する追加情報を簡単に把握できるようにしてくれます。マウス操作、新しい高度なマウス操作により、ユーザーはさまざまなマウスクリックオプションに機能を追加できます。これにより、貴重な画面スペースを消費することなく、ユーザーがあるオブジェクトについて得られる情報量が増えます。高度なアラーム分析ツール、InTouch9.5 HMIの新しい高度なアラーム分析ツールにより、ユーザーはパレート図を使って簡単にアラームを分析できます；ナビゲーションツリーで整理されたアラームを確認する；より速くアラームを検索；2つのノードでアラームホットバックアップを構成；マークに従って並べ替え設定し、「データなし」情報を表示できます；データベースに名前を付ける。これらの先進的なアラーム機能は、**運用の生産性を向上させるのに役立ちます。 運用中の言語切り替えにより、言語の壁が工場の作業員がアプリケーションの情報を完全に理解することを困難にする。しかし、InTouch9.5 HMIの新しい実行中言語切り替え機能により、ユーザーは実行中に言語表示を切り替えることができます。例えば、表示されるメインテキストがアメリカ英語の場合、運用中にオペレーターはボタンをクリックして、日本語、スペイン語、またはイギリス英語など、別の言語の情報を見ることができます。このようにすることで、標準のアプリケーションは、さまざまな言語を習得した複数のオペレーターや、複数の工場にいる人々が同時にアクセスできるようになります；世界中の開発者は、今や自分の母国語を使ってトラブルシューティングを行うことができる。内蔵のシンプルなI/O冗長切り替え機能により、簡単な設定で、最初のサーバーのメンテナンスが必要になったり使用できなくなったりした場合に、バックアップとなる通信サーバーを非常に手軽に設定することができます。これにより、工場のスタッフは、通信サーバーに関連する単一障害点を排除できます；最初のサーバーに対して、定期的なメンテナンスを実施します。さらに、シンプルな構成のI/O冗長切り替え機能により、リアルタイム情報の信頼性と安定性が向上します。インテリジェントシンボルの強化、InTouch9.5ソフトウェアにおけるインテリジェントシンボルの新たな強化機能により、ユーザーはテンプレートのサイズを調整し、その変更をアプリケーション全体に自動的に適用できます；ウィンドウ内に表示される図形を直接スマートシンボルとして作成する；インテリジェントシンボルと通常のグラフィックを区別し、新しくなったインテリジェントシンボル機能によって、アプリケーションの作成、変更、デプロイにかかる時間と労力を大幅に削減できます。移動縮小／手動の図形位置決めにおいて、アプリケーション開発者はInTouchソフトウェアのWindowMakerTMグラフィック編集ツールに搭載されたこの新しいワンクリック式の移動／縮小機能を活用し、正確な詳細が必要な領域を強調しつつ、図形ウィンドウ全体を同時に確認することができます。彼らは画面上でグラフィックを作成する際にウィンドウ座標も使用でき、これにより労力を**削減しつつ正確なグラフィックのアプリケーション開発が可能になる。標準のInTouchキーボードに加えて、InTouch 9.5ソフトウェアには2つの新しいスクリーンキーボードも含まれており、さらなるキーボードオプションが用意されています。開発者は、新しいMicrosoft Windowsキーボードを使用できます。これは「ローカライズ」キーボードであり、国際的なユーザーが自分の母国語で、すべての文字や記号が含まれたスクリーンキーボードを表示できるようになります。開発者は、新しいInTouchキーボードを使って画面上のキーボードのサイズを調整することもできます。これら2つの新しいキーボードは、ユーザーの環境に最も適した方法でアプリケーション内で連携して動作します。デフォルトのフォント設定において、開発者は即座にデフォルトのフォントを変更し、アプリケーション全体のボタンやテキストに新しいTrue Type形式のフォントを適用することができます。追加機能としてパスワードドメインのサポートがあり、セキュリティも更新・強化されたため、開発者は不要な情報へのアクセスを制限できるようになりました。パスワードは暗号化することができ、それによってクライアントとサーバーのコンピュータ間でのネットワーク傍受の可能性を低減できる。この機能により、ユーザーによる不正アクセスの可能性が最小限に抑えられます。パスワードの文字は、入力した文字を確認できるようにエコー表示されることもある。Hotlinkが強化され、アニメーション機能を持つグラフィックやActiveXコントロールによって、オブジェクトの周囲に「ハロー」が表示され、その形状に合わせて表示されます。このハロー効果とオブジェクトの形状に応じて表示する機能により、開発者は複雑なオブジェクトのさまざまな部分にアニメーションを追加できます。ユーザーはマウスをオブジェクト上でスライドさせて必要な部分を選択し、それをクリックしてより多くの情報を表示させるだけです。更新されたWindows XPの外観で、ボタン、チェックボックス、ラジオボックス、バーのタイトルなどが、よりユーザーフレンドリーな新しいWindows XPのデザインに変更されています。InTouch9.5ソフトウェアは、実行効率を大幅に向上させ、エンジニアリングの生産性を顕著に高めます。 3、産業オートメーションソフトウェア技術の発展 現在、海外では多くの先進国や一部の発展途上国で、アメリカのWonderware社の産業オートメーションソフトウェアスイート技術が広く採用されており、ユーザーのニーズに応じてシステムを構築し、複雑な大規模工業システムの制御と管理を実現している。例えば、1990年代にインド最大の鉄鋼会社であるTISCOは、アメリカのWonderware社の産業オートメーションソフトウェアシステムスイート技術を導入し、ERPと直接通信する仕組みを実現しました。インターネット経由で顧客からの注文を直接受け取った後、生産実行システム（MES）を通じて本社や各部門、工場、作業場、さらには各生産ラインまでを、統一された制御・データ・情報プラットフォームで管理していました。このシステムは開発期間が短く、開発や運用、保守のコストも低かったです。また、ソフトウェアコンポーネントスイート技術によりシステムのシームレスな統合が容易に実現され、信頼性も高かったため、注文の受付から原材料の調達、製品の生産、そして製品が顧客の手元に届くまでの全過程を、会社全体で一元的に自動化して監視・管理することができ、効率性が非常に高かったのです。アメリカのWonderware社のソフトウェアスイートであるComponent Systemは、業界で初めて統合された産業オートメーションソフトウェアパッケージであるFactory Suiteであり、人々の従来の考え方や、製造業に長年存在してきたトップダウン型の情報流通モデルを根本から変えました。上記のコアコンポーネントに加えて、Industrial SQLデータ分析ツールや、SCADAlarmといったエンタープライズ向けの電話/アラームシステムなどもあります。要するに、WonderwareのFactory Suiteはソフトウェアコンポーネントからなるパッケージシステムで、必要に応じてコンポーネントモジュールを選択してシステムをシームレスに統合でき、企業の情報化に包括的なソリューションを提供します。鉄鋼業界においては、アメリカのWonderware社のI/O Server技術やInSQL Server技術を活用し、統一された制御・データ・情報プラットフォームを構築することで、非常に良い効果が得られている。原材料から完成品に至るまでの全工程を動的に追跡する製品流通動的管理システムの構築や、生産計画、生産スケジューリング、倉庫管理（原材料倉庫、半製品倉庫、熱処理施設、完成品倉庫を含む）、生産作業及びプロセス管理、契約管理、品質管理、工程手順のオンラインガイダンス機能を備えたサブシステム、生産情報の動的な検索や統計・分析管理などが実現可能になる。管理や制御が動的に行われ、最先端のソフトウェア技術やシームレスに統合可能なソフトウェアスイートのコンポーネントによってシステムが構築されていないため、開発にどれだけの労力が必要か、成功率はどれくらいか、真の意味でのCIMSシステムが実現可能かどうかは想像もつかない。 近年、産業用オートメーションソフトウェア技術は様々な面で大きく発展しており、特に注目すべきはシステム開発環境とシステムアーキテクチャの分野における新たな進展です。統合開発環境（IDE）はアプリケーションコンポーネントを活用してエンジニアリングの再利用を実現し、Industrial Application Serverのコンポーネントオブジェクトアーキテクチャによって生産性が大幅に向上します。コンポーネントオブジェクトモデルは、工場の機器を表す再利用可能なアプリケーションオブジェクトの開発に役立ちます。FactorySuite IDE内に構築されるアプリケーションオブジェクトには、履歴パラメータ、タグ、アラームとイベント、ドキュメント、スクリプト、セキュリティ、通信パラメータなど、自動化装置に関連するすべての必要な要素が含まれています。再利用可能なコンポーネントのテンプレートライブラリを作成、複製、展開することで、迅速なアプリケーション開発能力を向上させることができます。各コンポーネントのテンプレート支持構造には変化の伝播特性があるため、1つの要素の変更が自動的にすべての影響を受けるコンポーネントや選択されたコンポーネントに伝わり、貴重な設計時間とコストを節約できます。ファクトリーモデルアーキテクチャにより、ユーザーは事前に設計されたアプリケーションオブジェクトを、ベストプラクティスや企業のエンジニアリング基準に基づくテンプレートに変換することができます。柔軟な適用対象としては、物理的な工場設備の監視自動化戦略や、より高度なレベルの生産戦略を表す知識やアプリケーションコードが含まれることがある。テンプレートライブラリにより、アプリケーション開発はプログラミング作業ではなく組み立て工程に変わり、それによって異なるプロジェクトの生産性が大幅に向上する。IDEはマルチデベロッパ環境であり、企業が自社のエンジニアリングリソースを活用して、1つのプロジェクトに複数のエンジニアを割り当てることをサポートします。IDEは効率的な登録/解除プロセスを活用して複数の開発者をサポートし、各アプリケーションコンポーネントに対して、ユーザー識別子、期間とタイムスタンプ、そして変更内容に関する詳細な要約情報を含む履歴審査追跡メカニズムを提供します。アプリケーションの設定情報が1つのコアプロジェクトライブラリ（SQL Serverデータベース）に保存されているため、アプリケーション全体をバージョン管理することができます。登録/解除プロセスにより、エンジニアは出張や現場を離れる際にコンポーネントを持ち運ぶことができ、最大限の柔軟性が得られます。 IAS（Industrial Application Server）は、産業オートメーションアプリケーションの開発設計における生産性と拡張性を新たな時代へと導きました。それは、リアルタイムデータの取得、アラームおよびイベント管理、データ処理サービス、そして協同開発機能という、全く新しいレイヤーを提供します。これらの機能は、最も基礎的なレベルから工業用オートメーションアプリケーション向けに設計されています。IASは、分散型自動化アプリケーションの開発、デプロイ、メンテナンス、管理を簡素化するためのインフラストラクチャであり、InvensysのArchestrATMアーキテクチャを基盤とした新しいソフトウェアコンポーネントです。包括的なArchestrAの工場自動化および情報アーキテクチャは、従来のシステムの寿命を最新のソフトウェア技術を活用して延ばすために、最初から設計されています。自動化アプリケーションが離散製造業、生産工場、遠隔SCADA操作、公共事業で使用されるか、またはこれらの運用形態の任意の組み合わせで使用されるかに関わらず、ArchestrAアーキテクチャはそれらすべてをカバーすることができます。IASはArchestrAアーキテクチャに基づいており、その明らかな利点は分散型のポイントツーポイントアーキテクチャである；グローバルにネットワーク接続されたドメイン名空間；統合型の履歴、スクリプト、アラーム、およびセキュリティメカニズム；直感的なマルチユーザー開発環境；コンポーネントベースのファクトリーおよびアプリケーションモデル；21 CFR Part 11の規格要件を満たしています；ユーザーにとっては、工事コストを大幅に削減できる；所有コストの削減；迅速に対応し、成長のニーズに適応できる；揺るぎない開放性。それは、分散型自動化アプリケーションの開発、デプロイ、保守、管理を簡素化するための基盤を提供します。IASは、新たなレベルのリアルタイムデータ取得、アラームおよびイベント管理、データ操作サービス、そして協調エンジニアリング機能を提供します。これらの機能は当初から産業オートメーション用途向けに設計されており、製造業者、OEM、システムインテグレーター（SI）がオートメーションシステムのエンジニアリング、購入、保守にかかるコストを大幅に削減できるようにします。同時に、ユーザーは柔軟にオートメーションシステムを構築し、新たな要求に迅速に対応する能力を高めることができます。IASは、InvensysのArchestrAアーキテクチャに基づいて構築された、強力な新しいアプリケーションプラットフォームです。総合的なArchestrAファクトリーオートメーションおよび情報アーキテクチャは、当初から最新のソフトウェア技術を活用して従来のシステムの寿命を延ばすように設計されています。組立製造工場、精錬所、遠隔SCADA運用、公共事業、あるいはこれらの事業運営形態のどんな組み合わせにおける自動化アプリケーションにおいても、ArchestrAをベースとしたアーキテクチャが対応可能です。 システムレベルで考えると、近年の産業用オートメーションソフトウェアシステムは、高度なソフトウェア技術を活用して、統合化、ネットワーク化、プラットフォーム化、総合的な管理といった方向へと発展している。 (1) 工業オートメーションソフトウェアの統合化 以前の工業オートメーションソフトウェアは、装置や複数のシステムを統合する観点が考慮されていたが、その統合範囲は局所的なシステムや工場内のシステムに限られており、より広範囲な統合は考慮されていなかった。一方、新しいオートメーションソフトウェアシステムでは、広域的、地域的、そして工場全体レベルでのシステム統合が考慮され、包括的な統合ソリューションが提供されている。 (2) 工業オートメーションソフトウェアのネットワーク化　データの分散化やネットワークの多様化に伴い、工業オートメーションソフトウェアシステムの情報はインフォメーションバスの方向へと進化している。インフォメーションバス方式により、従来はデータを一箇所に集めて処理するという考え方が変わり、データ監視層にインフォメーションバスが敷設されることで、各サブシステムがこのインフォメーションバスに接続するだけでシステム間の相互通信が可能となり、完全に分散型の監視システムが実現される。例えば、Wonderware FactorySuite A2をベースに構築された監視システムでは、システム全体の各コンピュータに配置されたPlatformを通じて情報がやり取りされます。産業用オートメーションソフトウェア間の情報交換が増えているため、1台のマシン上から複数のマシン上にあるソフトウェアシステムを一元的に遠隔管理する機能が求められ、その結果、ネットワーク化された管理もオートメーションソフトウェアの発展方向となっている。現在、国内外の多くの産業オートメーションソフトウェア企業がネットワーク管理を実現している。例えば、Wonderware社のマイクロソフト管理コンソール（MMC）技術に基づくシステム管理コンソールSMC（System Management Console）は、データ収集ソフトウェア、ログファイル、展開されたオブジェクトなどを一元的に遠隔から管理することができる。 (3) 産業オートメーションソフトウェアにおけるオブジェクト指向技術の応用　オブジェクト指向手法には、カプセル化、継承、多形性といった特徴があり、これらの特徴によってオブジェクト指向手法はソフトウェア分野で急速に発展してきた。産業オートメーション分野においても、多くの制御対象がオブジェクト指向技術における「オブジェクト」という特性を持っていることから注目されており、制御エンジニアや制御ソフトウェア開発者もオブジェクト指向技術を産業オートメーション分野に応用しようと試みている。しかし現在では、主に特定の制御システムのソフトウェア設計や制御ソフトウェア自体の設計に留まっており、これらはオブジェクト指向技術が産業オートメーション分野で応用可能であることを示しているものの、制御システム全体のシステム設計においてオブジェクト指向技術が真に活用されているわけではない。つまり、オブジェクト指向の技術的利点を、単に特定のソフトウェア設計にとどめるのではなく、自動化システム全体の設計に取り入れるということです。要するに、従来の機能指向の設計手法は制御システムの局部に焦点を当て、ある機能の実現を主軸としているが、オブジェクト指向技術を組み込んだ自動化ソフトウェアプラットフォームであるWonderware Industrial Application Server上では、オブジェクト指向の考え方に基づいて監視システムを設計し、オブジェクト指向技術のカプセル化や継承といった利点を十分に活かすとともに、抽象化されたオブジェクトの手法を用いて監視システム全体の構成を捉える。Wonderware社は、オブジェクト指向技術を搭載した新製品であるWonderware Industrial Application Serverを発表しました。この製品はオブジェクト指向技術の利点を十分に活かし、自動化エンジニアが選択して使用できる複数の基本テンプレートを提供します。これによりプログラム内のオブジェクト指向技術が隠蔽され、カスタマイズや拡張を行うだけで工業自動化システムの設計・計画作業を完了させることができます。その結果、エンジニアは複雑で時間のかかるプログラムモジュールの設計から解放され、主な労力をシステム制御モデルや制御アルゴリズムに集中させることができます。これにより、工業自動化システムの設計および導入にかかる時間が短縮され、システムの再利用性も向上します。 (4) 工業自動化ソフトウェアシステムのプラットフォーム化 工業自動化ソフトウェアシステムの発展過程において、多様な機能の実装が関わってくるため、1980年代後半から1990年代にかけて、モジュール機能の違いに基づき、ソフトウェアシステムのモジュール化が実現された。また、産業用オートメーションシステムの設計範囲と規模が拡大するにつれて、各機能を統一的に動作させるための統一されたプラットフォームソフトウェアが必要となる。国内外の大手産業オートメーションソフトウェア企業は、自社のモジュール型ソフトウェアをすべて自社のプラットフォーム上で動作させており、そのプラットフォームは高い開放性と拡張性を備えているため、関連するメーカーの製品もそのプラットフォーム上で開発することができる。 (5) 工業オートメーションソフトウェアシステムの総合的な管理化 現在、各工業オートメーションソフトウェアメーカーは、企業に監視機能を持つソフトウェアを提供するだけでなく、工場現場の要求に応じて多様な管理ソフトウェアも提供し、工業オートメーションソリューションメーカーへと変貌している。彼らは企業に、資産管理、品質、ロット管理など、多様なソフトウェアを提供しています。また、企業の情報化が進むにつれて、現在では企業のERPを支えるデータ基盤を提供するMESソリューションが積極的に提供されています。最も顕著なのは、多くのメーカーがS95規格に基づいたMESソリューションを提供していることであり、例えばWonderware社の生産イベントモジュールPEM（Production Events Module）は、S95規格に準拠した生産効率の追跡管理ソリューションです。 産業用オートメーションソフトウェアの、サポート可能なデータポイント数、処理能力、そしてスケーラビリティや拡張性といった面において、顕著な発展と向上が見られる。メーカーは、時間の経過とともにシステムが価値を増し、プロジェクトのライフサイクルを延長することで、システム構築における投資収益率を全体的に向上させることをますます重視している。 4、産業オートメーションソフトウェアシステムの適用事例 発電所の周辺システムは、発電所の生産や経営管理において重要な役割を果たすが、タービンやボイラーの制御と比べると、その動作方式は比較的単純で、基本的には現場での独立した制御が行われる。 (1) 運用スタッフの投入が多く、コストが高すぎる； (2) 場所が分散しており、集中制御室から遠いため、システムの運用、保守、管理に多くの困難が生じる。したがって、先進的なネットワーク制御技術を活用してすべての周辺システムを一元管理することで、システム設計や機器に存在する問題を多くの面で解決できるだけでなく、統合された企業ネットワークの構築や管理・制御の一体化を実現するための良好な基盤も築かれる。ここでは、筆者がある発電所の周辺機器集中監視システムで実施した案を例に、Wonderwareの産業オートメーションソフトウェアであるFactorySuiteスイートを活用して構築された火力発電所の補助機器用コンピュータリアルタイム監視システムについて解説する。実践により、この案は設計から実施に至るまで良好な成果を上げたことが証明されている。 4.1 コンピュータによるリアルタイム監視システムで監視が必要なサブシステムの対象
あるリアルタイム監視システムは、以下のサブシステムの対象から構成されている：(1) 化学補給水制御システム；(2) 凝結水精処理制御システム；(3) ソーダ水のサンプリングおよび薬剤添加システム；(4) 石炭輸送システム；(5) 水処理場システム；(6) 循環水ポンプ室システム；(7) 工業用水ポンプ室システム；(8) 燃料ポンプ室システム。 各サブシステムは分散して配置されているが、全体としてそのデータ収集および制御用の現場機器は、複数台のSCHNEIDER MODICON製QUANTUMシリーズPLC、AB社製Conlogixシリーズコントローラ、そしてModbusベースの遠隔I/Oユニットという3種類の装置で構成されている。 4.2 監視システムの構造 上記の発電所の各周辺システムおよびサブシステムの具体的な状況を踏まえ、各サブシステムからの情報の発信状況や各システムのI/O規模に応じて、4台のフィールドI/O Serverを設計し、ネットワークを介して上位機と連携して集中監視を行っている。InSQLを活用してリアルタイムデータベースシステムを構築し、InTouchを用いて分類されたグラフィカルな監視ワークステーションを開発し、ActiveFactoryを利用して対応するデータ分析クライアントを作成し、SuiteVoyagerソフトウェアを使ってグラフィカルな監視ワークステーションおよびデータ分析クライアントに基づく産業用リアルタイム情報のグラフィカルポータルを構築する。これにより、工場内のセキュリティレベル内でB/S構造による遠隔産業用リアルタイム情報の監視が可能となり、発電所企業のERPシステムとの連携も容易になる。 4.3 システムソフトウェア システムソフトウェアの監視画面は階層型構造で設計されており、各サブシステム間の切り替えが容易で、現場の状況を直感的に反映します。また、操作者にとって使いやすく、シンプルで直感的、かつ機能が充実している点がその最大の特徴です。階層型構造を採用することで、オペレーターは複数のサブシステムを正確に切り替えることができ、システム構造の複雑さによって引き起こされる誤操作を避けることができます。各サブシステムも類似の機能メニューを採用しており、切り替えが容易で機能も充実しているため、同じメイン画面内で複数の操作を行うことができます。 監視システムには、システム画面の生成、事故追跡システム、各種曲線の表示と印刷、各種レポートの生成などが含まれる。監視画面は発電所の監視システムのヒューマンインターフェースのデザインスタイルに合致し、段階的な閲覧や徐々に詳細化するという原則に従って画面が設計される。画面の切り替えや表示には、ポップアップウィンドウやドロップダウンメニューなど、Windows標準に準拠したさまざまなデザイン手法が用いられる。また、1つの画面内の工程フローや情報表示（運転パラメータ、状態、障害状況などを含む）、そして各種グラフも、合理的で分かりやすいレイアウトで、柔らかい色調で表示される。事故記録システムは、制御システムに入力されるすべてのイベント（パラメータやフィードバックなど）や、制御システム自体で発生するイベント（カードの故障や通信障害など）を含みます。すべてのI/Oポイントは曲線の形で表示され、システムの運用状況をオンラインで分析・診断するための豊富なデータリソースを提供します。 5．結語　産業オートメーションシステムはますます複雑化し、オートメーションソフトウェアシステムに対する要求も高まっているが、産業オートメーションシステムのソフトウェア技術は急速に発展している。より先進的な新しいシステム技術が、複雑な大規模システムの最適制御や経営のフラット化を実現するための強力な技術的支援となり、人々が次々とある技術的課題を解決しようとする意欲を高めている。上で論じた問題は、筆者が長年にわたりエンジニアリングの実務に従事してきた中で得た見解であり、適切かどうかは分かりません。