センサーとプロセッサーは、産業用アプリケーション向けに統合されています

インダストリー4.0は、2011年のハノーバーフェアで流行語が生み出されて以来、長い道のりを歩んできました。スマートマニュファクチャリングへの道のりは続いていますが、近年本当に違いをもたらしているのは、モノのインターネット（IoT）の離陸と出現です。人工知能（AI）ソリューションの概要。

ここで言及する価値があるのは、ゼネラルエレクトリックが2012年に、インテリジェントに接続された多数の産業用デバイスを表す産業用インターネットという用語を作り出し、貴重な洞察を監視、収集、交換、分析、提供できるシステムを作成したことです。最終的に、インダストリー4.0とインダストリアルインターネットの概念が収束し始め、インダストリーIoTまたはIIoTに至りました。

インダストリー4.0またはIIoTと呼ばれるものが何であれ、根本的な目標は、最先端の電子機器によって支援された蒸気エンジン、コンベヤーベルト、および情報技術（IT）に続く4番目の産業革命の実現です。製造とプロセスの自動化をまったく新しいレベルに引き上げ、明日の工場では、センサー、アクチュエーター、制御システムで構成される接続システムを構築します。これらはすべて、インターネットプロトコル（IP）を介してさまざまなタイプのネットワークを介してリンクされます。

図1：インダストリー4.0は、デジタルトランスフォーメーションの次のレベルを示しています。 （画像：Texas Instruments）

インダストリー4.0の動きを加速させているのは、障害の検出や分類などのAIアプリケーションの統合です。 IoTテクノロジーとAIテクノロジーの組み合わせにより、エンジニアがデータを管理し、情報を広め、本番環境でリアルタイムの意思決定を行う方法が変わりつつあります。機械学習アルゴリズムとロボットベースのプロセス処理を使用すると、コストと労働時間を大幅に節約して、最新の製造をさらに最適化できます。

インダストリー4.0の実際的な兆候は、ニューヨーク州スケネクタディにあるゼネラルエレクトリックの工場で見ることができます。ナトリウムニッケル電池の製造施設には、180,000平方フィートの製造スペースに10,000個以上のセンサーが設置されています。これらのセンサーはすべて、高速イーサネットを介して接続されています。

これにより、インダストリー4.0設計の基本的な構成要素の1つである、接続されたセンサーにたどり着きます。

センサーのインターネット

有線または無線リンクを介して接続されたセンサーは、インダストリー4.0またはIIoTシステムのバックボーンを形成します。センサーがクラウドに配信するマシンデータは、製造を最適化し、障害を予測し、メンテナンスをスケジュールし、在庫を自動的に補充することができます。

インダストリー4.0領域のセンサーの新機能は、正確な屋内測位システムを作成するためのローカリゼーションと通信の統合です。これにより、工場はツールをリアルタイムで監視し、作業者によるツールの使用を管理して、組立ラインの効率、安全性、セキュリティ、および品質管理を向上させることができます。

これらの高精度で位置認識システムは、スマートワイヤレスセンサーソリューションを使用しています。センサーサプライヤーのボッシュが CABコンセプトクラスター（CCC）と共同で開発したSmartCabを例にとってみましょう。 。カメラとドローンを農業用車両に統合し、フィールドで接続されたコントロールセンターに変えます。

図2：スマートマニュファクチャリングを超えて、インダストリー4.0イニシアチブはコネクテッドファーミングなどの他の分野にも拡大しています。 （画像：CABコンセプトクラスター）

このソリューションは、カメラドローンによって撮影され、後でクラウドで処理される作物の状態の詳細な写真を農家に提供します。カメラドローンは、鹿のような生きている障害物について農民に警告するために物体認識を実行することもできます。さらに、農家は天候や土壌の状態に応じてノズルの設定を調整するなど、特定の機能を実行できます。

ボッシュはまた、シリンダーの動き、グリッパーのサイクルタイム、製造プロセスの温度と圧力のレベルを記録することにより、ドイツのブライハッハ工場でのABS / ESPブレーキシステム製造の生産性を向上させたと主張しています。 RFIDタグから収集されたデータは、商品の内部フローをデジタルでマッピングする大規模なデータベースに配信されます。

インダストリー4.0チップ

半導体デバイスは、インダストリー4.0およびIIoT設計のもう1つの重要な要素です。これには、エッジコンピューティング用のプロセッサ、データストレージ用のメモリ、データコンバータ、リモートセンシングおよびクラウドプラットフォームリンク用の有線または無線接続チップが含まれます。

一例として、 Sitara AM6x があります。 テキサスインスツルメンツ（TI）のプロセッサフ​​ァミリで、ファクトリオートメーション、モータードライブ、グリッドインフラストラクチャ向けのギガビット産業用通信サブシステムを実現します。プロセッサは、単一のネットワーク上のイーサネットとリアルタイムのデータトラフィックのコンバージェンスを中心に構築されています。また、Time-sensitive Networking（TSN）、EtherCAT、Ethernet / IP、PROFINETなどの複数のプロトコルをサポートしています

図3：TSNなどの産業用接続規格にギガビットスループットを提供するSitaraAM6548マルチプロトコルプロセッサのブロック図。 （画像：Texas Instruments）

このTSN対応プロセッサは、オプションのロックステップモードで動作できるデュアルコアArm Cortex-R5Fベースのマイクロコントローラ（MCU）サブシステムを統合し、オンチップメモリ​​と外部ダブルデータの両方のエラー修正コード（ECC）保護をサポートします-レート（DDR）メモリ。これらの機能により、プロセッサはセキュリティを強化し、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）や多軸モータードライブなどのアプリケーションのシステムレベルの複雑さを軽減できます。

インダストリー4.0プラットフォームは、安全な接続とヒューマンマシンインターフェイス（HMI）を備えた高性能PLCをますます要求しています。また、PLCは、アナログとデジタルの両方のI / Oチャネルの数を増やしながら、フォームファクターとプロセスのバリューチェーンを縮小することが不可欠です。これらのPLCは、 IO-Link などの新しいI / Oプロトコルをサポートする必要があります。 。

さらに、強力なシステムオンチップ（SoC）ソリューションの出現により、仮想世界と物理世界を組み合わせ、工業生産のすべてのステップをマッピングおよびリンクするデータプールを作成するデジタルツインの作成が可能になりました。これらのサイバーフィジカルシステムは、物理世界の仮想コピーを作成するため、物理プロセスの監視をより安価で効率的にします。

未来の工場

インダストリー4.0は、エンドツーエンドのセンサーソリューションとサービスで製造現場のルネッサンスを約束します。これにより、より賢明な意思決定が容易になり、運用効率が向上し、歩留まりが向上し、エンジニアリングの生産性が向上し、ビジネスパフォーマンスが大幅に向上します。

インダストリー4.0の現実は、IoTセンサー、ビッグデータ、AIアプリケーションの可用性の加速とともにようやく前進し始めています。 Gartner Inc.のレポートによると、2018年にはフィールドに60億を超えるIoTデバイスがあり、その数は2022年までに200億を超えると予想されています。

将来のファクトリは、より強力な処理ノード、より自動化された生産プロセス、および大量のファクトリデータをほぼリアルタイムで処理および分析できるよりスマートなデータ分析ツールによって、ゆっくりと、しかし着実に形作られています。一度に1つのIoTセンサーソリューションが現実のものになりつつあります。

>>この記事はもともと姉妹サイトであるElectronicProducts：「IoTセンサーはインダストリー4.0を商業的に焦点にしています。」