レシピによる推論

OPC UA で AI ベースの画像処理をフィールドレベルに導入

産業用途の重要なコンポーネントであるマシンビジョンシステムは、精度が向上し、インテリジェントな機能が高まっています。OPC UA などのイーサネットベースの産業プロトコルによっても、作業やハードウェアを追加しなくても、ファクトリーオートメーションへ直接統合できます。ターンキーソリューション IDS NXT ocean と組み合わせると、ビジョンアプリベースのオペレーティングシステムを搭載した IDS NXT 産業用カメラはオートメーションエンジニアの要求を完全に満たします。ソフトウェアアップデートによって OPC UA が搭載され、ネットワーク内の「レシピ収集」を通じて AI 機能を利用でき、結果を現場レベルからマシンおよび制御レベルに、迂回せずに直接伝達できます。とても簡単です。これは、IDS NXT カメラは単なるビルディングブロックではなく、インダストリー 4.0 システムの達成目標であることを意味します。

推論アプリケーションのレシピを記載した料理本はまだ販売されていませんが、オールインワン推論カメラソリューション IDS NXT ocean を使用すると、人工知能の事前知識がなくても、ユーザー独自の画像データで AI 分類器をトレーニングして、IDS NXT カメラで即座に実行できます。OPC UA サーバーが統合されているので、レシピと結果管理を通じて、推論タスクとその結果を産業ネットワークの各クライアントに提供できます。

目標は変わらず、産業用カメラと産業向けマシンビジョン製品の開発を推進し、制御しやすくすることです。OPC UA は最新テクノロジーを産業アプリケーションにすばやく簡単に統合する手段になります。

— IDS の OPC UA エキスパート Maximillian Keller —

OPC UA を使う理由

OPC UA は産業用のデータと情報をデバイス、マシン、サービス間で交換するための主要テクノロジーで、異なるセクター間の交換にも対応します。産業プロトコルは、ベンダー非依存、スケーラビリティ、通信セキュリティといった特長により、インダストリー 4.0 のオープンスタンダードとしてその地位を固めていっています。これは、OPC UA は任意の TCP/IP ネットワークで Web プロトコルを介して機能し、プラットフォームにまったく依存せずに通信することにもよります。このすべてが、IT 標準の急速な普及に貢献しました。このようにして OPC UA は普及し、工場全体を接続してきました。クラウドに至るまでのすべての物理レイヤーとイーサネットベースのフィールドバスで交換が統一されるので、データを異なるプロトコルで読み取り、変換、同期する必要がない場合のエンジニアリング作業が大幅に簡素化されます。

OPC UA はデバイス間で使用される言語を統一し、デバイスがクライアントに通信する方法や、提供する情報やサービスを定義します。マシンデータを転送できるうえ、機械読み取り可能な形式でセマンティックに記述できるというのがメリットです。OPC UA はコンパニオン仕様を使い、特定の業界のデバイスを総合して「記述」し、デバイス情報を一般化して簡素化したビューを提供します。コンテンツはベンダー固有で、ブラックボックスとして扱われます。

IDS NXT 推論カメラの場合の複雑な画像処理タスクなど、利用できるデバイスサービスは OPC UA によって「レシピ」と呼ばれる機能ブロックにカプセル化されます。使用するだけなら、オートメーションエンジニアやユーザーは正確な運用モードを知る必要がありません。同様に、特殊なアプリケーションの必須で、時には非常に詳細な設定がまとめられ、設定データレコードに保存されます。デバイス固有の設定オプションを詳しく知らなくても、このような「プリセット」があるので、特殊なレシピを実行するためにデバイスを最適に調整できます。このため、アプリケーションワークフローでの新規デバイスの統合プロセスや試運転がシンプルになります。

自己記述式推論カメラ - 「Hello Industry 4.0」

オートメーションと産業 IoT の世界では、多数のデバイスとセンサーがサービスや情報を提供しています。このためには、OPC UA ネットワークでサーバーとして機能する必要があります。クライアントが処理を進めるために必要な情報に応じて、これらのサーバーのいくつかに接続する必要があります。産業用カメラなどの画像サプライヤーは OPC UA デバイスである必要はありません。直接有用な情報を結果として提供しないからです。独立した評価機能を持つインテリジェントカメラの場合は状況が異なります。特に IDS NXT 推論カメラなどの組み込みビジョンデバイスについては、OPC UA はインダストリー 4.0 の自己記述用として完璧な言語です。固有の OPC UA サーバーを持つ初の推論カメラとして、制御メーカーで直接使用できます。画像ではなく結果サプライヤーとしてビジョンセンサーと同様に機能し、柔軟な動作モードを活かして、OPC UA 環境でさまざまな情報とサービスを提供することもできます。

OPC UA を介した IDS NXT カメラの直接統合
OPC UA を介した IDS NXT カメラの直接統合

ボタンを押すだけで製品を変更

カメラは画像処理タスクと結果を、スマートフォン上のアプリと同様に容易に使用したり変更したりできるビジョンアプリを経由して提供します。ハードウェア側では、カメラプラットフォームは並列に動作する FPGA でサポートされており、これはランタイムでプログラミングできます。また、AI アクセラレーターとして、既知のニューラルネットワークのアーキテクチャを高速化できます。専用プロセッサーは高速に再構成され、将来性、低い固定コスト、短い市場投入期間という点で、さらなる利点があります。また、ロードされた複数の CNN をランタイム時に数ミリ秒で切り替えられます。ビジョンアプリの使用は OPC UA レシピと設定管理によって産業用ネットワークに完全にマッピングされ、たとえばボタンを押すだけで製品を変更できます。

プラグアンドプロデュース

IDS NXT カメラの異なるビジョンアプリによるデバイス情報と結果データは、OPC UA 情報モデルとマシンビジョンシステムのコンパニオン仕様により、オブジェクト指向データ構造として開示されます。どのクライアントもこれを使用して必要な情報を取得でき、変更の通知を受けることもできます。OPC UA を介した標準化された通信により、新しいデバイスの「プラグアンドプロデュース」の基盤が整います。このため、IDS NXT 推論カメラを OPC UA ネットワークでマシンビジョンシステムとしてすばやく容易に使用できます。始動時間が短縮され、最小限にまで簡素化されます。

インターフェースの組み合わせ

REST (Representational State Transfer) Web サービスと OPC UA 産業プロトコルにより、プラットフォームに依存しない標準化されたインターフェースを提供し、ソフトウェアやゲートウェイを追加しなくても、他の Web 対応デバイスクラスとも容易にネットワーク接続できます。さらに、推論タスクを関連した設定でセットアップし、レシピと設定で OPC の世界で利用できるようにする際の、決定的インターフェースです。これは、OPC UA 仕様自体には、デバイスおよびメーカー固有のプロセスに対するファンクションコールがないからです。画像処理システムは、制御、運用モード、使用する設定とデータの面で、比べものにならず、異なるシステムの機能を制限したり、汎用インターフェースを過剰に拡張させたりせずには、標準を作成することは困難です。デバイスメーカー固有のセールスポイントはなくならず、OPC UA 通信は無駄がなくスケーラブルです。したがって、OPC UA は IDS NXT カメラに最適な補完機能となり、カメラ構成およびビジョンアプリベースの推論タスクを、OPC UA クライアントが読み取れる互換性がある形式で産業環境からアクセスできるようにします。

OPC UA とデバイス固有の Rest 通信
OPC UA とデバイス固有の Rest 通信

複雑なテーマを習得しやすくするには、システムの操作性を高める必要があります。すると、オートメーションのスペシャリストが専門知識を最大限に活用できます。

— IDS のプロダクトマーケティングマネージャー Patrick Schick —

一歩先を進む操作性

時には専門家の知識が必要となるマシンビジョンシステムの機能をネットワーク上で既知にするだけでは不十分です。オートメーションエンジニアにとって、マシンビジョンソリューションは使いやすくなければなりません。すると、スペシャリストに頼らなくても、画像をどのように処理する必要があるか、自分で記述できるようになります。オールインワンの推論カメラソリューション IDS NXT ocean は、まさにこのために開発されました。その操作性はシンプルで、画像処理や AI の知識がなくても、複雑な分析を直感的に実行できます。クラウドベースのソフトウェアソリューション IDS NXT lighthouse により、AI ベースの画像処理タスク向けのアプリケーション画像を管理でき、個々のニューラルネットワークを数分でトレーニングできます。必要な手順は 3 つだけです。トレーニング画像のアップロード、アプリケーションに応じたトレーニング画像の評価とラベル付け、そして目的のネットワークの全自動のトレーニングです。このネットワークは IDS NXT カメラですぐに実行できます。ユーザーに必要なのは画像と評価の知識だけで、異なる種類の果物の分類や果物の破損した部分の検出など、違いが大きい物体でも確実に識別できます。OPC UA により、必要とされる、標準化された通信を使った機能ブロックのカプセル化も実現できます。これで産業用画像処理と PLC の連携に近づけます。

ソフトウェアアップデートで将来を保証

アプリベースのコンセプトにより、IDS NXT カメラプラットフォームにはスマートフォンと同様の汎用性が備わりました。コード、文字、ナンバープレートの読み取りや、物体の検出、測定、計数、識別など、反復作業を設定し、迅速に変更できます。Classifier や Object Detector などのビジョンアプリにより、画像コンポーネントを分類したり、人工知能を使用して特定の物体を識別する、ターンキーソリューションが実現します。また、IDS NXT Vision App Creator SDK により、開発者と AI スペシャリストは個々のビジョンアプリを作成してシステムの奥深くまで手を入れて、IDS NXT カメラを固有のニーズに合わせてカスタマイズし、さらに改善できます。設計の可能性とアプリケーションシナリオはほぼ無限です。

しかし AI 技術の進展も急激で、新しいフレームワークとアーキテクチャが毎月登場しています。そこで IDS はカメラプラットフォームの開発を続け、ソフトウェアアップデートによって新しい機能とツールを提供していきます。このため、ユーザーは新しいハードウェアを購入しなくても、IDS カメラの機能と可能性を拡張できます。

INFERENDUSTRY 4.0

シンプルな操作性と非常に柔軟で拡張可能なデプロイオプションを備えた IDS NXT 推論カメラは、OPC UA ネットワークに実行可能なプロセス上の意思決定を直接提供します。このため、オートメーションの時間とコストが削減され、産業プラントへ迅速に統合できます。OPC Machine Vision Companion 仕様により、メーカー間および業界間の通信技術で理想的なインターフェース拡張を実現し、IDS NXT 組み込みシステムの AI ベースの「レシピ」でファクトリーオートメーションを容易に「改良」します。画像処理や機械学習の事前知識は不要で、IDS NXT 推論カメラはインダストリー 4.0 の達成目標となっています。