スマートIIoT接続ファクトリの多くの利点

産業用モノのインターネット（IIoT）は、第4次産業革命（別名インダストリー4.0）の可能性を押し上げ続けています。この産業時代は、スマートコネクテッドファクトリーでの製造と生産を推進する組み込み自動化テクノロジーと強力なワイヤレスセンサーを備えています。

より多くの自動化に向けた傾向

スマートファクトリー自律システムの多くのIIoTデバイスは、人工知能（AI）、モバイルエッジコンピューティング（MEC）インフラストラクチャ、カメラ、制御システム、コンピュータービジョン、拡張現実（AR）、ロボット工学、および機械学習（ML）とリアルタイムで組み合わされます、インタラクティブなデータ通信。これらの革新的な自動化テクノロジーは、「サイエンスフィクション」から大規模な商業的採用へと絶えず進化しています。

このデジタルトランスフォーメーションの時代が進むにつれ、IoT、AI、ML、およびスマートコネクテッドファクトリーにおけるさらなるイノベーションに支えられたロボット工学がますます見られるようになりました。私たちは、単純なマシンツーマシン（M2M）の相互作用をはるかに超えた、接続性、相互運用性、および自動化の並外れた時代にいます。ワイヤレスセンシングソリューションの多様なプラットフォームからのIoTデータは、接続された工場運営を変革することができます。

リアルタイムの意思決定の時間

今日、接続されたファクトリマシンは、プロセスを制御および自動化し、生産をシームレスに実行し続けるために、独自のIoT-AI-ML対応のリアルタイムの決定の多くを行います。同時に、本社と工場フロアの管理者は、低電力で長距離のワイヤレスセンサーを備えた機器、作業員、機械をリモートで監視し、データに基づいて次のことを迅速に決定します。

• コストと運用効率の向上

• 生産と製品の安全性を高める

• 機械と設備のメンテナンスを予測する

• ビジネスプロセスと価値を変革する

貴重なデータインサイトは接続されたマシンから得られます

稼働時間は製造におけるすべてです。 1台のマシンが誤動作したり故障したりすると、市場投入までの時間が長くなり、製品の配送やカスタマーサービスに至るまでのダウンタイムに悪影響を与える可能性があります。

IIoTからのデータは、スマートで接続されたファクトリの「通貨」です。人や機械がいつどのように制御し、修正し、保守を行い、生産を合理化するかに根本的に影響を与えることで、反応的で予測的、さらには変革的な価値を生み出します。 IIoTからの実用的なデータは、接続されたファクトリの主な利点です。

データを使用してダッシュボード、分析ツール、および運用管理システムにデータを提供することで、組織はイノベーション、効率、および収益性を向上させることができます。ワイヤレスセンサーデータは、より迅速な修正反応から予測管理、革新的なビジネスイノベーションまで、工場全体でIIoTの価値を活性化します。

ファクトリーセンサーデータの繁栄を支援

人と機械は、理想的な生産パフォーマンスを調整するために、情報をシームレスに連携および共有する必要があります。事実上すべての資産に組み込まれている、または取り付けられているワイヤレスセンサーは、管理者が工場の喧噪を維持し、プロセスを改善するために必要なデータを提供できます。

メーカーは多くの戦略を使用して、ワイヤレスセンサーデータが接続された工場から最大の価値を確実に提供できるようにすることができます。以下は、3つの重要なデータ管理アプローチです。

• 制御システムの自律機能を活用します。 多くの重要な資産は、接続された工場でシームレスなユニットとして連携して機能します。しかし、最も重要な資産の2つは、産業用制御システム（ICS）とプログラマブルロジックコントローラー（PLC）です。 ICSは、工場全体のデータ、デバイス、システム、ネットワーク、および制御をまとめて管理することにより、産業プロセスを実行および自動化するように機能します。それに比べて、PLCはセンサーデータ収集ハブとしてスタンドアロンにすることも、システム全体の重要な制御コンポーネントとしてICSに統合することもできます。

予知保全はICSとPLCに依存します。工場を運営、維持、自動化するためには、センサーが受信、処理、実行するセンサーからのリアルタイムデータが不可欠です。

製造業者は、センサーシステムからのデータを使用して高度な診断、分析、および洞察を活用して、生産性を高め、コストを削減し、安全性を向上させることができます。 ICSはこの取り組みの中核です。 ICSから開始された自動化されたプロセスにより、ITおよびオペレーショナルテクノロジー（OT）の専門家は、事後対応または日常のメンテナンスタスクを心配することなく工場を最適化できます。工場の管理者は、マシンのパフォーマンスの問題について事前に知っており、繰り返しの定期メンテナンスではなく、予測的なメンテナンスに移行できます。センサーデータをICSでフィルタリングすることで、技術者はどのマシンを制御し、いつメンテナンスが必要かを知ることができます。

• データの障壁とサイロを取り除きます。 データセットは、個々の部門内にとどまるべきではありません。情報化時代が始まったとき、データサイロを排除することが不可欠でした。マシンが相互に、そして私たちと話し始めて以来、それはさらに不可欠です。

IIoTデータのマイニングから、画期的なアイデアやビジネスを変えるチャンスが豊富に生まれます。これは、その主なメリットの1つです。データ分析は、個々のマシンのパフォーマンス分析から接続されたファクトリまで、ミクロレベルからマクロレベルまでシームレスに実行する必要があります。生産ラインのメンテナンスマネージャーからビジネスアナリスト、経営幹部に至るまで、すべての人のIIoTデータアクセスと分析に対する障壁が取り除かれると、イノベーションを起こすのに最適な立場になります。

• データ共有に対してよりスリムなアプローチを取ります。 世界の産業規模では、IIoTは大量のデータを生成します。非常に小規模な場合でも、工場管理はデータの速度と量に圧倒される可能性があります。エッジコンピューティングは、実用的なセンサーデータを最前線の工場管理者や機械に提供して、迅速または自動化されたリアルタイムの意思決定を行うことで役立ちます。スマートセンサーとゲートウェイがエッジコンピューティング（データが生成された場所でデータを効率的にキャプチャ、保存、処理する方法）を実行することで、管理者はアクションを実行するために大量の生データを分析する必要がなくなります。また、データがクラウドに送信され、エクスポートされ、マッピングされ、分析されて、エッジデバイスがすでに提供されているのと同じ結論に達するのを待つ必要はありません。

データへのアクセスと分析を一貫して改善することは重要ですが、データアナリスト以外の人に過負荷をかけないことが重要です。個人の役割に適用される内容について、データアラート、フィード、およびレポートを保持します。重要な新しいデータの洞察を収集するときは、主要な利害関係者が認識し、特定のデータポイントがさまざまな部門にとって重要である理由を共有していることを確認してください。

ワイヤレスセンサープラットフォームは、メンテナンスとビジネスの最適化をサポートします

工場の自動化には、注意深く体系的なアプローチを取ることが重要です。機械が振動しすぎていることに気づいていない場合は、工場がどれほど自動化されているかは問題ではないかもしれません。振動する機械は、誤動作する準備ができていることを意味している可能性があります。次に、この障害により、自動化されたマシンシステムの全体または一部がオフラインになり、計画外の不要なダウンタイムが発生する可能性があります。ここでの教訓は、歯車が1つだけ緩んでいる場合でも、自動化が崩れる可能性があるということです。

工場全体に分散された低電力、長距離ワイヤレスセンサーのプラットフォームは、これを改善できます。これは、自動化システムとは独立して、ただし補完的に実行される基本的なソリューションです。このセンサーネットワークには、加速度計、振動計、電圧と電流の検出と測定、傾斜、パッシブ赤外線（PIR）の動き、温度、空気の質、湿度などが含まれます。

主に舞台裏で機能するネットワーク化されたワイヤレスセンサープラットフォームにより、接続された工場の主要なパフォーマンスと状態監視が予測されるだけでなく、ビジネスの最適化と革新に変換されます。

主要なセンサープラットフォームコンポーネント

インダストリー4.0の進化に対応するために、接続されたファクトリは以下を実装するように取り組んでいます。

• リアルタイムのデータ送信、予知保全、稼働時間の向上に重点を置いた、産業グレードのワイヤレス低電力センサープラットフォームで動作します。ワイヤレスセンサーネットワークは、次のように設計できます。

  • センサーが通信している間だけ電力を消費することで、エネルギーを節約し、バッテリーの寿命を延ばします

  • 事前設定されたパラメータを超えたときに、テキスト、電子メール、または音声通話でインスタントアラートを配信します

  • 一般的な洞察とコンプライアンスデータのトレンドデータとデータログを提供する

  • マシンを手動で監視してクリップボードのチェックリストにデータを収集するのではなく、事前構成されたアルゴリズムとセンサーとエッジゲートウェイを使用したオンデマンド処理により、データの収集、送信、分析を合理化します。次に、アプリケーションプログラミングインターフェイス（API）、シリアルModbusゲートウェイ、およびPLCを使用して制御システムを介してデータをフィルタリングします。このプラクティスでは、実用的なデータとセンサーアラートのみがリアルタイムで流れ、生データをログに記録したり、後で分析するためにデータベースに保存したりできます。

  • ビルディングオートメーションおよび制御ネットワーク（BACnet™）データ通信プロトコルまたはModbus TCP / IPを介してビルディング管理システム（BMS）と統合します

• 工場全体のセンサーネットワークにエンドツーエンドのデータセキュリティプラットフォームを追加することで、リスク管理を強化します。

  • Diffie-Hellman鍵交換アルゴリズムと128ビットAdvancedEncryptionStandard（AES-128）Cipher Block Chaining（CBC）対称鍵暗号化を使用したデータ暗号化を含むセンサーシステムを採用して、データを侵害から保護します。

  • トランスポート層セキュリティ（TLS）暗号化を使用してセンサーネットワークに接続されたWebサーバーとブラウザーを保護します。

  • 256ビットのSecureHashAlgorithm 3（SHA-3）認証を追加して、生成から消費までのデータを保護します。安全なデータトークンは、暗号化ハッシュ関数を介して、センサーごとの一意の秘密鍵に対して評価されます。

• ワイヤレス周波数ホッピングスペクトラム拡散（FHSS）を使用して、長距離ワイヤレスセンサー通信の信頼性を強化します。 この信頼性の高い長距離で堅牢なスペクトルにより、信号は急速に変化する無線周波数間で拡散およびホップします。この通信スペクトルは干渉に対して非常に耐性があり、信号は非常に短い間隔でしか送信されないため、傍受するのは困難です。これにより、FHSSは本質的にサイバーセキュアになります。 FHSSを使用すると、ワイヤレスセンサーからのデータ通信には次の機能があります。

  • 物理的障害物、外部無線周波数システム、および電磁干渉（EMI）からの強力な障害耐性

  • 製造環境で最大1200フィート以上の接続

• 接続された工場管理者は、統合されたワイヤレスシステムを使用して、工場の運用のあらゆる側面を最適化できます。 たとえば、メンテナンスおよび生産プロセスの最適化と並行して自動化システムを実装できます。

  • 在庫のピッキングと梱包、マテリアルハンドリング、配置、配送のための無人搬送車を追加します。

  • 産業用ロボットを使用して、アーク溶接とスポット溶接、機械の手入れ、製品の塗装、持ち上げと組み立て、部品の接着と接続などを行います。

  • 加速度計を組立ラインとロボットアームに取り付け、振動計を機械モーターに取り付け、傾斜センサーを取り付けて安全な機械の動作を検出し、電流計を取り付けて電力消費を監視します。

  • HVACシステム、生産エリア、モーターに温度と湿度のセンサーを設置し、制限された生産管理エリアにPIRモーションセンサーを設置します。

結論

メーカーは、リアルタイムで実用的なデータを提供するIIoTセンサープラットフォームを実装して、機械のダウンタイムを予測し、運用効率を高め、収益を向上させ、最新の産業革命のメリットを享受する必要があります。

この記事は、Monnit（サウスソルトレイク、ユタ州）の創設者兼CEOであるBradWaltersによって書かれました。詳細については、ウォルターズ氏にお問い合わせください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。または、こちらにアクセスしてください 。