エグゼクティブ円卓会議：センシングとIIoT

製造業は、インダストリー4.0の採用を加速しているCOVID-19の大流行に刺激されて、世界中でデジタル変革を遂げています。このデジタルへの移行は、センシングデータをキャプチャするだけでなく、そのデータを産業用モノのインターネット（IIoT）スペースのさまざまなアプリケーションの実用的な洞察に解釈するスマートセンサーの進歩を後押ししています。

Market Research Futureによると、スマートセンサー市場は予測期間（2021-2026）にわたって19％のCAGRで成長すると予想されています。スマートセンサーの需要の高まりを後押ししているのは何ですか。また、今後数年間でセンサーテクノロジーの需要が最大になると予想される業界はどれですか。 技術概要 スマートセンサーとIIoTの将来の見通しについての見解を集めるために、4人の業界専門家に質問を投げかけました。

円卓会議の参加者には、製造技術展開グループの最高経営責任者兼社長であるDean Bartles が含まれます。 、ジェフリーケース、デザインエンジニアリングおよびNPDディレクター、PCB Piezotronics、Inc. 、Brad Walters、創設者兼CEO、Monnit 、Aric Prost、シニアグローバルディレクター、OEM、Stratus Technologies 。

テクニカルブリーフ： IIoTとインダストリー4.0が製造業でより一般的になっているため、「スマート」センサーの使用が普及しつつあります。製造を改善するためにスマートセンサーはどのように使用されていますか？

ディーンバートルズ： スマートセンサーが製造を改善するためにどのように使用されているかを示す良い例は、プロトタイプの積層造形サプライチェーンを確立するために私の会社が国防総省と行っているプログラムです。航空宇宙および防衛市場では、金属添加剤で製造された部品を採用したいという大きな要望があります。利点には、設計の複雑さ、生産速度、軽量化などがあります。ただし、機械から機械へ、さらには部品から部品への金属の付加生産部品に現在見られる変動性は、依然として採用の大きな障害です。センサーとIoTエッジデバイスを使用して、レーザーエネルギー、スキャン速度、ハッチ間隔、チャンバー湿度などの印刷プロセス中にリアルタイムのプロセスデータを収集し、このデータを製造された部品とともにお客様に提供します。その後、顧客はデータファイルに問い合わせて、すべてのパラメータがビルドプロセス全体で指定された範囲内に維持されていることを確認できるため、パーツの整合性に対する信頼性が高まります。

ジェフリーケース： スマートセンサーは、すべての業界の製造施設に導入されており、適切な分析により、計画外のダウンタイム（部品交換コスト、人件費、機会損失コスト）を削減または排除するソリューションを作成できる重要な情報を収集します。人間の介入を必要とする測定の代わりに恒久的に取り付けられたセンサーを使用することにより、安全性を高めます。正確なフィードバック制御と製造プロセスの変動の監視を通じて生産性を向上させ、製造の安定性を確保します。

ブラッドウォルターズ： スマートセンサーのプラットフォームを製造環境に統合することの最大のメリットは、効率を高めることです。スマートセンサーは、リアルタイムのデータ主導の洞察により、運用のほぼすべての側面を監視、制御、および改善できる、よりスマートな工場を作成します。機器のメンテナンスを予測し、誤動作や障害が発生する前にプロトコルをすばやくトリガーします。合理化された傾向分析、記録管理、および規制コンプライアンスのためにデータロギングを自動化します。環境と設備の問題について警告されます。人、機械、設備、在庫をIIoTの機能を強化するセンサーに接続することで、メーカーはより高い透明性、効率性、全体的な品質で生産することができます。

Aric Prost： センサーと送信機のコストの大幅な削減とワイヤレステクノロジーの改善により、OEM、機械メーカー、運用チームはセンサーを設置し、以前はアクセスできなかったデータを収集できるようになりました。これは、データが生成されている業界のエッジであり、より多くのプロセス変数をより正確に測定する機能により、より優れた洞察が得られ、IIoTとインダストリー4.0の可能性が実現します。この機会は、監視と制御の飛躍的な進歩であり、高品質の製品、ダウンタイムの削減、歩留まりの向上など、望ましい結果を推進します。

テクニカルブリーフ： センサーデータフュージョンは、1つのアプリケーションでさまざまなセンサーテクノロジーを組み合わせる機能を提供します。収集されたデータ量の増加を管理し、効果的に使用する際にメーカーが直面する課題は何ですか？

ディーンバートルズ： インダストリー4.0が約束する効率を最大限に活用するには、製造業におけるセンサーの急増が不可欠です。しかし、センサー技術が至る所の製造工場で普及するにつれて、さまざまなセンサーからのデータを共通の言語形式で調和させることができない限り、生成されたデータを最適に利用する能力は深刻な障害になる可能性があります。基準は、そのような調和を可能にするための鍵となるでしょう。すでに広く採用されているそのような標準の1つがMTConnectです。統一されたデータにより、開発者とインテグレーターは、翻訳ではなく、有用で生産性の高い製造アプリケーションに集中できます。これは、今後のセンサーデータの融合を成功させるための鍵となります。

ジェフリーケース： センサーフュージョンの課題には、特に時間依存性がある場合に、さまざまなセンサータイプとセンサーシステムを同期すること、および互換性のある通信ネットワークを確保することが含まれます。さらに、収集および分析されるデータの量を最小限に抑えるために、センサーレベルでエッジコンピューティングがますます重要になり、処理能力とデータストレージ要件の両方に影響を与えています。

ブラッドウォルターズ： 複数のデータポイントから行われる決定はより価値の高い決定であるため、センサーデータの融合はIIoTの重要な利点です。しかし、メーカーがさまざまなベンダーからさまざまなセンサーシステムを調達し、すべてのデータを自分たちで集約する場合、それは困難な場合があります。データ集約、フィルタリング、融合アルゴリズム、およびエッジでの冗長データ重複排除と組み合わせたセンサータイプを組み込んだ単一のセンサープラットフォームを使用することで、データ量を効果的に管理できます。使用できる最も価値のあるデータボリュームリデューサーは、センサーレベルでのゲートウェイを介したエッジ処理とフィルタリングです。センサーが事前に構成された状態を検出すると、些細なデータを頻繁に報告するのではなく、イベントとしきい値違反を即座に報告することが理想的です。このように、エッジゲートウェイを備えたセンサーシステムは、すべてのセンサータイプからの関連データをすばやく融合し、堅牢なAPIセットを使用して、他の分析システムからのデータを同時に混合および照合できます。

Aric Prost： 作成されるエッジデータの量が多いため、メーカーはいくつかの課題に直面しています。まず、一般的なプラントまたは施設のデータは、異なる通信プロトコルを使用する複数のベンダーによって製造されたセンサーから取得されます。そのデータを収集して統合する必要があります。第2に、エッジの場所（工場のフロアでさえ）は、制御室に送信されるとき、ましてやクラウドに送信されるときに、帯域幅と遅延の問題に直面します。このエッジデータを分析して洞察に変換する機能は、その可用性と信頼性に基づいています。予測分析またはAIアプリケーションは、これらの完全なデータセットに依存しています。データまたは機器のダウンタイムにおける通信のギャップは、これらの高度なモデルを混乱させる可能性があります。センサーデータの融合を含むこれらの課題に対処するために、組織はエッジコンピューティングを導入して機器の近くで情報を収集し、ダウンタイムとデータ損失を回避するための処理と履歴を提供します。

テクニカルブリーフ： 施設が複数の接続されたセンサーとシステムを利用している場合、不要な外部アクセスから保護するためにそれらが適切に保護されていることをどのように確認しますか？

ディーンバートルズ： 不要な外部アクセスを防ぐ最も安全な方法は、すべてを「エアギャップ」することです。つまり、Wi-Fiセンサーの使用を避け、代わりにハードワイヤードセンサーとハードワイヤードIoTエッジデバイスを展開し、施設を出るすべてのものを暗号化およびトークン化するサイバーセキュリティアプライアンスを介してすべてのデータをルーティングします。 OEMは引き続きサプライヤーの製造業務に「透明性」を推進しているため、テクノロジーソリューションが最も重要になります。

ジェフリーケース： 産業用サイバーセキュリティに関して特効薬はありませんが、ネットワークセグメンテーションは、潜在的な脆弱性からプライベートネットワークを保護するための基礎です。センサーシステムは、内部システムから分離されたネットワーク上に構成する必要があり、センサーシステムネットワークへのアクセスは、必要最小限に制限する必要があります。すべてのIIoTのお客様に、業界標準のテクノロジーを活用して、内部センサーシステムネットワークやセンサーシステムでサイバーセキュリティのベストプラクティスに従うことをお勧めします。

ブラッドウォルターズ： センサー、ゲートウェイ、ネットワーク、ネットワークコントローラー、およびクラウド間のすべての通信ポイントでセキュリティを維持する必要があります。ポリシーを適用するための堅牢なIoTデバイスとデータセキュリティガバナンスイニシアチブは、企業のセンサーネットワークとデータを保護するのに役立ちます。また、ファイアウォールなどの要塞にすべての安全装置を設置することはできませんが、ロビーの水槽の温度センサーは脆弱なままにしておきます。 1つのセンサー管理システムを使用する場合は、外部のエントリポイントを制限します。とにかく、すべてのシステムは、セキュリティについて個別に、次にシステム全体として精査する必要があります。

Aric Prost： サイバーセキュリティはオペレーショナルテクノロジーの最前線であり中心であり、接続される機器が増えるにつれて、エアギャップ資産の概念はますます現実的ではなくなります。仮想化が組み込まれたエッジコンピューティングプラットフォームを展開することにより、OTおよびITチームは、他の産業用ソフトウェアアプリケーションと一緒に重要な機器の近くでサイバーセキュリティソフトウェアを実行する手段を手に入れることができます。この場合、セキュリティソフトウェアを実行するエッジコンピューティングプラットフォームは、センサーまたはPLCとネットワークの他の部分の間に位置します。

テクニカルブリーフ： 今後5年間で、どの業界でセンサー技術の最大の需要が見込まれると思いますか？

ディーンバートルズ： 航空宇宙、防衛、自動車、食品、医療、化学処理などの大企業はすでに大きな進歩を遂げています。したがって、さまざまな業界の「誰」よりも「どの業界」が問題になるとは思いません。最大の需要が見られる場所です。明らかに、中小規模の製造業者（「SMM」）は、製造業務にセンサー技術を採用することで最も多くの利益を得ることができます。全米製造業者協会のManufacturingLeadershipCouncilが実施した最近の調査では、2022年の2番目に重要なこととして「エンドツーエンドのサプライチェーンの可視性、透明性、予測可能性を次のレベルに引き上げる」とランク付けされました。 SMMは、サプライチェーンで必要な透明性、可視性、予測可能性を実現するために、これまでよりもはるかに優れたセンサーテクノロジーを導入する必要があります。

ジェフリーケース： センサーがセンシング技術、エッジコンピューティング、人工知能の改善、および産業用4.0通信ネットワークの急増により主流になるにつれて、センサー技術に対する最大の需要は、ほぼすべての市場/産業のすべての製造業務にわたってなります。予防保守とプロセス自動化アプリケーションの両方が、工業生産におけるこの前例のない需要を推進しています。プロセス自動化市場では、製造プロセスのより厳密な制御を容易にするために、さまざまなセンシング技術が展開されています。センサーは従来これらのアプリケーションに導入されてきましたが、インダストリー4.0は、人の介入を最小限に抑えながら、確立されたデジタル高速道路を介してデータを収集、転送、表示できるインターネット接続センサーを提供しています。このインフラストラクチャは、企業のROIを簡単に満たすことができ、今後5年間およびそれ以降のセンサーの売上を大幅に伸ばすことができます。

ブラッドウォルターズ： 事実上すべての業界の予知保全、リモート監視と制御、および自律システムが、スマートセンサーテクノロジーの進歩に大きく依存し続けることは容易に理解できます。たとえば、石油とガス、農業、エネルギーと電力の生産、化学と鉱業、および輸送のイノベーターは、長距離、低電力、および長いバッテリー寿命を実現するワイヤレスセンサーの広範囲にわたる機能に依存しています。メーカー、ヘルスケア、スマートシティがより効率的になることを目指しているため、4G LTEおよび5G機能を促進し、周波数干渉を排除し、マルチアクセスエッジコンピューティングを可能にするセンシングソリューションは非常に価値があります。スマートセンサーを効果的に統合する業界は、IIoTの進化を次の産業革命へと推進するのに役立ちます。

Aric Prost： センサー技術に対する最大の需要は、特定の業界からではなく、資産やプロセスがリモートまたはアクセス不能であり、測定に不可欠であり、高速であり、安全性が重要な要素である業界内の特定のユースケースから来ると考えています。このような場合、自動化とリモート管理を拡張するには、センサーテクノロジーが不可欠です。個別製造を含むさまざまな例があります—複雑な包装機、ロボット工学、金属製造。水と廃水—遠隔および無人のポンプ場、流量計。発電–ソーラーアレイ、風力発電所、および変電所。石油およびガス—ポンプ場、流量計測ステーション、生産プラットフォーム、およびその他多数。これらの資産とユースケースでは、豊富なセンサーテクノロジーと限られた接続性により、データを処理および保存し、稼働時間の可用性を確保し、サイバーセキュリティエージェントを実行し、人間の介入なしに監視と制御を提供するための「頭脳」が必要です。エッジコンピューティングプラットフォームはこれらの機能を提供し、それによってセンサーデータを利用してインダストリー4.0機能を実現する手段を提供します。

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