IIoTとは何ですか？産業用モノのインターネット入門書

産業用インターネットの5年後モノ（IIoT） 企業の意識に突入し、接続されたインテリジェントなマシンとデバイスのこの強力な新時代について多くのことが議論され、書かれてきました。その情報のほとんどはデジタルランドスケープ全体に散在しているため、RTIは「何」を統合しました 、」「理由 、」「方法 、」および「場所 ’のIIoT。この資料に関するフィードバックは大歓迎です。 [email protected]までご連絡ください。

産業用モノのインターネット（IIoT）の概要

インターネットは、人々のコミュニケーション方法、行動、共同作業の方法を変革しました。今、注意は機械に対して同じことをすることに移っています。過去数年間、システム開発者は、センサー、エッジノード、分析を相互接続してスマートシステムを構築し、運用を重要な生産性環境に変換することに重点を置いてきました。これらの接続されたシステムは、いわゆるインダストリアルIoT（IIoT）を構成します。

この4番目の産業革命は、産業自動化の歴史の中で最も破壊的であり、ヘルスケアからエネルギー、輸送から製造までの産業に影響を及ぼします。変化のペースが加速するだけでなく、技術の飛躍も加速しています。今後数年間で、あらゆる業界のエンジニアは、マシンとプロセスをより強力なコンピューティングおよび分析機能と接続することによって生成された新しい機能を活用する方法を見つけるでしょう。

産業用モノのインターネット（IIoT）とは何ですか？

一般的な定義から始めましょう。 IIoTとは、産業用アプリケーションを実行するマシン、デバイス、センサーの相互に関連した自動使用を指します。 ビッグデータに重点を置いています および機械学習 、IIoTにより、業界や企業は、人間と機械の相互作用への依存を減らしながら、運用の効率と信頼性を向上させることができます。また、収集および共有される有用なデータからの新しいビジネスモデルまたは収益源を可能にします。

影響力のあるインダストリアルインターネットコンソーシアムは、IIoTシステムを次のように定義しています。モノ、マシン、コンピューター、人のインターネット。高度なデータ分析を使用してビジネスの変革を実現するインテリジェントな産業運営を可能にします。

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IIoTの詳細については、RTICEOのStanSchneiderによる電子書籍であるRiseof the RobotOverlordsをダウンロードしてお読みください。簡単な紹介として、このIDGビデオで簡単な概要を説明します。

IoTとIIoT：違いは何ですか？

「モノのインターネット」という用語は、1999年にMITのAuto-IDLabの共同創設者であるKevinAshtonがProctor＆Gambleに行ったプレゼンテーションで最初に登場しました。IoTでの初期作業在宅の消費者向けアプリケーションに焦点を当てていました。最古の接続された冷蔵庫によって生成された誇大宣伝を覚えていますか？それが卵から出ていたことをあなたに知らせますか？

IoTは、接続されているすべてのアプリケーション（消費者向けおよび産業向け）のスーパーセットです。これは通常、ウェアラブル、温度制御、ホームセキュリティシステム、ショッピング、旅行計画アプリケーションなど、消費者市場の接続アプリケーションを説明するために使用されます。さまざまな市場アナリストによると、IoTはエンターテインメントから旅行、ショッピング、パーソナルヘルスケアまで、業界を混乱させ、推定市場規模は数千億ドルにのぼります。スマートで接続されたアプリケーションの利便性とサービスに対する消費者の需要は、同じデータを収集して新しい成長の機会に活用することへの企業の関心と一致するため、急速な成長は市場の力の押し寄せの結果です。

IIoT（産業用IoT）はIoTのサブセットであり、特に輸送、製造、エネルギー、農業などの産業用アプリケーションに焦点を当てています。特に、IIoTには、複雑さ、相互運用性、およびセキュリティのニーズのレベルが高まっていることを考えると、さまざまな技術要件があります。パーソナルフィットネスデバイスを監視する同じテクノロジーは、自律型エアタクシーや遠隔ロボット手術などの高度な産業用アプリケーションを実行するために必要なシステムとはまったく異なります。 IoTとIIoTの両方に技術的な課題がありますが、自律型産業アプリケーションのリスクと複雑さは本質的に高くなります。

IIoTの有効化は、業界を超えた官民コラボレーションから大きな進歩を遂げました。過去数年にわたって、何千もの大学、企業、コンソーシアム、標準化団体が集まって、IIoTを安全でスケーラブルで信頼性の高い方法で機能させるために必要な技術革新に取り組んできました。

インダストリー4.0とIIoT

インダストリー4.0（インダストリー4.0とも呼ばれます）は、2010年の「ハイテク戦略2020」の一環としてドイツ政府によって開始されました。インダストリー4.0は、すべて接続されたバリューチェーンに関するものです。 ：産業業界は、物事やプロセスを接続して自動的に統合し、サイバー物理システムを形成することができます。インダストリー4.0の最終的な目標は、製造環境での価値を高め、新しいテクノロジーを使用して廃棄物を削減することです。

IIoTの初期には、2つのイニシアチブを区別するためにインダストリー4.0とIIoTの両方の支持者によってかなりの努力が払われていました。かなり徹底的な分析の後、これは現在、アプローチの違いよりも類似点が多いというコンセンサスに取って代わられています。今日、インダストリー4.0は、産業用モノのインターネット（IIoT）と同じ意味で使用されることがよくあります。どちらの用語も、生産性と結果を向上させるために、マシンを他のマシン/デバイスおよび分析と接続することを指します。

トップIIoT業界とアプリケーション

IIoTアプリケーションは、次のようなほぼすべての業界で使用されています。

• 航空宇宙（空港、飛行機、ドローン、その他の無人航空機）
• 農業（接続されたファーム）
• 自動車（接続された、半自律型および自律型の車両）
• エネルギーシステム（スマートグリッド、分散型エネルギー資源（DER）、再生可能エネルギー）
• ヘルスケア（接続されたヘルスケア、ロボット手術、医用画像）
• 製造（接続された工場）
• 軍用（軍用車両、シミュレーション、訓練、運用）
• 石油とガス（探査と精製）
• スマートシティ（市民および地方自治体のサービス、駐車場およびインフラストラクチャなど）
• 交通機関（バス、地下鉄、電車、ハイパーループ）

IIoTは、次のような業界を超えたアプリケーションも実行します：

• 自律システム
• 通信システム
• ロボット工学、ドローン、触覚システム

IIoTの仕組み

通常のIIoTシステムでは、エッジ（センサー、リモートデバイス、コンピューター）からクラウド（集中型コンピューターシステム）まで、複数のデバイス間および複数のネットワーク間でデータを共有する必要があります。厳格な安全性とセキュリティ要件は言うまでもなく、膨大な量のデータがネットワーク、特にリモート操作にまたがるネットワークを簡単に圧倒する可能性があるため、これは困難です。これらの相互接続されたシステムには、増加したデータ量、パフォーマンス要件、セキュリティリスク、および安全認証を管理するための新しい方法が必要です。

IIoTデータフローの管理は、IIoTアプリケーションが設計どおりに機能することを保証するために重要です。インダストリアルインターネットコンソーシアムによって提唱された実証済みのアーキテクチャは、データバスです。保存されている履歴データを管理するデータベースとは対照的に、データバスは移動中のデータを管理します。

データバスは、IIoTでリアルタイムデータを配信および管理するデータ中心のソフトウェアフレームワークであり、アプリケーションとデバイスを1つの統合システムとして連携させることができます。データバスは、アプリケーションと統合ロジックを簡素化します。ソフトウェアコンポーネントは、メッセージを交換する代わりに、共有およびフィルタリングされたデータオブジェクトを介して通信します。アプリケーションは、ローカルにキャッシュされるこれらのデータオブジェクトの値を直接読み書きします。

データバスの動作の詳細については、このトピックに関するRTIのWebページにアクセスしてください。

IIoT接続

前述のように、IIoTアプリケーションはデータ密度が高く、高い信頼性が必要です。接続層、つまりフレームワークは、大量のデータの迅速な交換に対応するために重要です。インダストリアルインターネットコンソーシアムは、インダストリアルインターネットコネクティビティフレームワーク（IICF）を公開して、コネクティビティソリューションの紛らわしい状況をマッピングおよび明確化しました。分離されたシステムでデータのロックを解除し、以前に閉じられていたコンポーネントとサブシステム（ブラウンフィールド）間のデータ共有と相互運用性を可能にし、業界内および業界間での新しいアプリケーション（グリーンフィールド）の開発を加速するための推奨事項を提供します。

IICFは、IIoTシステムで使用される多くのドメイン固有の接続テクノロジーでロックされているデータを開くための参照アーキテクチャを定義します。ドメイン固有のテクノロジーの機能面と非機能面の忠実度を損なうことなく構文の相互運用性を提供できる、いくつかのコア接続標準の1つへのゲートウェイを使用します。このフレームワークは、IIoTアプリケーションの俊敏性とボリュームに必要なピアツーピア通信のために、上記のようにデータバスアーキテクチャを推奨します。

エンジニア、開発者、建築家向けのIIoT

IIoTは、運用の合理化に加えて、ベンダーとの関係を書き換え、収益性を再定義し、環境からコスト、そして製品へのデリバリーを再発明します。したがって、IIoTシステムを単独で作成することはできません。投資を考えると、それらは数年、さらには数十年も実行できるように設計する必要があります。これらの次世代システムの開発に取り組んでいるIIoTシステムエンジニア、アーキテクト、および開発者にとって、彼らは自分たちのシステムが未知のものに対して完璧に機能しなければならないという基本的な真実から始めなければなりません。あなたがデザイナーである場合、あなたの課題は、今日の経験を超えて、インテリジェントコンピューティングによって支配される未来を見据えることです。何よりも、将来の未知のシステムに合わせて拡張および統合できるシステムについて考える必要があります。

新しいシステムは、「将来の保証」を実現し、データ駆動型システムに必要な相互運用性、スケーラビリティ、セキュリティを確保するために、実績のあるIIoT標準に基づいている必要があります。インダストリアルインターネットリファレンスアーキテクチャは、システムアーキテクトが共通のフレームワークと概念に基づいてシステムを設計するための標準ベースのアーキテクチャテンプレートと方法論を提供します。 2015年にインダストリアルインターネットコンソーシアムによって最初に公開された最新バージョンは、2019年6月にリリースされ、ダウンロードできます。

IIoTシステムのDDS

多くの通信ミドルウェアの標準と製品があります。 ObjectManagementGroup®（OMG）によるData Distribution Service TM（DDS）標準は、複雑な分散システム用に開発されました。 DDSは独自のデータ中心であり、IIoTシステムに階層化されたデータバスアーキテクチャを実装するのに理想的です。海底ロボット工学から宇宙への発射を含むNASAイニシアチブに至るまで、何千ものシステムにうまく展開されています。 DDSは、IIoTアプリケーションの要件を満たすために、データ接続、非常に信頼性、およびスケーラブルなアーキテクチャを提供するミドルウェアプロトコルおよびAPI標準です。 DDSのデータ中心性により、すべてのメッセージに、アプリケーションが受信するデータを理解するために必要なコンテキスト情報が含まれるようになります。開発者は、特定のコードを記述するのではなく、DDSを使用して、データ/データ値を共有する方法とタイミングを指定できます。 DDSが産業用システムでどのように機能するかについての短いビデオをご覧ください。

DDSはオープンなインターフェースを備えており、自動車（AUTOSAR Adaptive）、アビオニクス（FACE）、グリッドの近代化（OpenFMB）、医療（OpenICE、MD PnP）などの業界の標準で採用されています。 ） もっと。 DDSは、インダストリアルインターネットコンソーシアムによって指定されたコア接続規格でもあります。

IIoTのROI

IIoTは合理化と自動化を実現し、生産性の向上、より効率的な運用、コスト削減、収益創出の機会をもたらします。より高いレベルの自動化と改善された製品品質は、予知保全によるより効率的な運用と組み合わされて、IIoTが運用を合理化できる方法のほんの一部です。スタッフをシフトして、より価値の高いタスクを実行できます。

IIoTは、生成されたデータを通じて新しい収益源も生み出します。スマートマシンおよびデバイスから収集された情報は、より効率的に実行される操作からの洞察、価値、および利益を追加します。パフォーマンスまたは使用状況からのデータを使用して、新しい製品またはサービス、新しいビジネスモデル、および追加の収益源を形成できます。たとえば、メーカーは他のメーカーと新しい資産共有モデルを作成して、使用率が低いときや容量がピークに達したときにリソースを共有できます。データは、コスト削減または成長の機会を明らかにするパターンへの洞察を生み出すことができます。

たとえば、IIoTデバイスがエネルギー消費量を監視するスマートな建物では、建物の所有者はデータを使用して、空気中に窓が開かないようにするなど、効率を最適化できます。コンディショニングが実行されているか、会議室に誰もいないときにライトがオフになっていること。これは現在日常業務であり、エネルギーとコストを節約できます。それでも、建物の所有者は、IIoTで生成されたデータをユーティリティプロバイダーに販売することで、さらに多くの収益を生み出すことができます。そのユーティリティは、このデータを何千もの建物からのデータと集約して、エネルギー消費の予測と調整に役立てます。

つまり、IIoTは生産性と品質を向上させると同時に、リソースを解放してビジネスを新しい方向に拡大するのに役立ちます。

IIoTの障壁

IIoTのメリットは数多くありますが、採用の障壁は残っています。最大のハードルの2つは、セキュリティと相互運用性です。業界の幹部の心に何があるかを理解するには、この短いビデオで会話を聞いてください。

物理システムがオンラインになると、大きなメリットがありますが、外部からのリスク、そしてもちろん内部からの脅威も増加します。サイバー攻撃はシステムに損害を与え、せいぜい巨額の経済的損失を引き起こし、最悪の場合は重傷を負ったり死に至ることさえあります。 IIoTセキュリティは、システムが構築された後の追加の保護層としてではなく、ゼロからIIoTシステムに設計する必要があるものです。セキュリティに関する優れたリソースはいくつかありますが、それでもIIoTシステムの最大の関心事です。

相互運用性は別の課題です。接続されたIIoTシステムは、システム間および地理的領域間で、迅速、即時、100％正確なデータ交換に依存しています。センサーからマシン、エンタープライズシステムに至るまで、データはシームレスに収集、分析、保存、取得、処理される必要があります。 IIoTセンサー、デバイス、およびアプリケーション間の相互運用性の欠如と標準の欠如は、IIoTシステムの通信を妨げます。進歩は、前述の産業用インターネット接続フレームワークでの共同作業、およびとりわけDDS標準を介した標準化団体の作業を通じて達成されました。業界はこれらの標準を活用して、IIoTシステムの開発と展開におけるリスクを軽減できます。

RTIとIIoT

データ中心の接続は、高性能でインテリジェントなIIoTシステムを設計

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