Digital Twin: Motion Log Collection & Replay System
A microservice-based system for collecting, transforming, and replaying PLC motion logs to enable reproducible digital twin workflows
Tech Stack
Overview
PLC を含む実設備の動作状態を収集し、
後から同じ挙動を再現できること を目的とした
デジタルツイン向けの 動作ログ収集・再現基盤 を設計・実装しました。
本システムでは、
単なるログ保存ではなく 「時間軸を含めた状態変化を再生可能な形で保持する」 ことを重視しています。
Background / Problem
デジタルツインや設備シミュレーションにおいては、
- 実機が「今どう動いているか」
- 過去に「どのような状態遷移を辿ったか」
- 特定条件下で「なぜその挙動になったか」
を 後から再現できること が重要になります。
しかし現場では、
- PLC データがそのままでは再利用しづらい
- ログ形式が用途ごとに異なり、再現性がない
- 実機とシミュレーション環境の間にデータの断絶がある
といった課題があり、
「データはあるが、再現できない」 状態になりがちでした。
Design Goals
本システムでは、以下を設計ゴールとしました。
- PLC の状態変化を 時系列イベントとして取得
- 処理・保存・配信を 用途非依存な中間表現 に変換
- 後段（OPC サーバ / デジタルツイン側）が
任意の形式で再生できる 構造を作る - 長時間・高頻度のデータでも 安定して処理できる
Architecture Overview
本システムは Rust によるマイクロサービス構成 で実装しています。
Data Flow
-
UI / PLC Interface
- PLC から設備状態を抽出
- 状態変化をイベントとして取得
-
Message Queue (Redis)
- 状態イベントをキューに書き込み
- コンポーネント間を疎結合に分離
-
Log Processing Services
- MQ からイベントを読み出し
- 任意の形式に変換
- CSV
- JSON
- MongoDB への永続化
-
Data Export / OPC Integration
- MongoDB に保存されたログを元に
- OPC サーバへデータを送信
-
Digital Twin / Replay
- OPC サーバ上でデータを受信
- クライアント側で動作再現を実施
Key Design Decisions
Event-driven Architecture
- 状態を「現在値」ではなく イベント列 として扱う
- 後から
- 再生
- 巻き戻し
- 条件抽出
が可能な構造にした
Intermediate Representation
- PLC 固有フォーマットをそのまま使わない
- 収集 → 変換 → 配信 を分離し、 用途非依存な中間表現 を設計
Microservices with Rust
- 高頻度・長時間稼働を前提としたため
- 低オーバーヘッド
- 安定性 を重視
- 各サービスを責務単位で分離し、
将来的な拡張や差し替えを容易にした
Role
- システム全体のアーキテクチャ設計
- Rust によるマイクロサービスの設計・実装
- PLC データのイベント化と中間表現設計
- MQ を用いた非同期データパイプライン構築
- OPC サーバとのデータ連携設計・実装
Result / Impact
- PLC の動作状態を 再現可能なログ として取得・保存できるようになった
- データ収集・変換・再生の責務が分離され、
- 再利用性
- 拡張性 が向上
- デジタルツイン側は、 実機と同じ状態遷移を再生できる入力 を取得可能になった
Lessons / Insights
-
デジタルツインにおいて重要なのは、可視化やUI以前に
後から同じ挙動を再現できるデータ設計 であることを学んだ -
当時の要件は「動作ログの収集と再生」に限定されていたため、
設計意図の説明は最小限に留めつつ、
将来的な活用にも耐えうる再現性と疎結合性を満たす構造 を選択した -
PLC データは単なる現在値として扱うのではなく、
時間軸を持つイベント列として保持することで、
再生・検証・シミュレーションへの展開が可能になる -
ログは保存するだけでは価値がなく、
後段システムが用途に応じて解釈・変換できる中間表現 として設計する必要がある -
現場データ基盤では、
安定性・疎結合・時間軸を最初から設計に含めることで、
要件変更や用途拡張に対して壊れにくいシステムになる
Tech Stack (Abstracted)
- Language: Rust
- Architecture: Event-driven Microservices
- Messaging: Message Queue (Redis)
- Storage: Time-series / Document-oriented Storage (MongoDB)
- Integration: OPC-based Data Exchange
- Domain: Digital Twin / Industrial Data Platform