コネクテッド センサーとスマート プロセッサがインダストリー 4.0を駆動

2011年ハノーファー見本市でのデビュー以来、インダストリー 4.0は単なるバズワードから具体的な製造革命へと進化しました。真の原動力は、IoT（モノのインターネット）の爆発的普及と、人工知能（AI）の産業ワークフローへの統合です。

2012年、General Electricが「インダストリアル インターネット」という用語を導入し、監視、収集、交換、分析、実用的洞察の提供を行うインテリジェント デバイスのネットワークを記述しました。この概念はインダストリー 4.0と融合し、最終的に産業用IoT（IIoT）へと結実しました。

ラベルに関わらず、目標は同じです：蒸気機関、コンベア ベルト、IT基盤の上に、第4次産業革命をもたらすこと。スマート工場は今、センサー、アクチュエータ、制御システムをIPベース ネットワークで相互接続し、自動化と意思決定を強化するコネクテッド エコシステムを構築しています。

図1：インダストリー 4.0はデジタル変革の次のレベルを示す。（画像：Texas Instruments）

故障検知、予知保全、ロボティック プロセス オートメーションなどのAIアプリケーションがこの変化をさらに加速します。機械学習アルゴリズムがセンサー データをリアルタイムで処理し、エンジニアがより迅速にデータ駆動型意思決定を行い、大幅なコストと労力の削減を実現します。

General Electricのニューヨーク州スケネクタディ工場（ナトリウム-ニッケル電池を生産）では、18万平方フィートの生産フロアに1万個以上のセンサーが設置されています。すべてのセンサーが高速Ethernetで接続され、製造のあらゆる段階を知らせる濃密なデータ ファブリックを形成しています。

あらゆるインダストリー 4.0システムの核心には、コネクテッド センサーがあります。

センサーのインターネット

有線か無線かを問わず、センサーはIIoTアーキテクチャの背骨を形成します。それらがクラウドにストリーミングするデータは、生産最適化、設備故障予測、メンテナンス スケジューリング、さらには自動在庫補充をトリガーできます。

最新センサーは精密な位置特定と堅牢な通信を融合し、ツールと資産のリアルタイム屋内追跡を可能にします。この能力は、組立ラインの効率、安全、セキュリティ、品質管理を向上させます。

例えば、Boschの「スマート キャブ」（CAB Concept Cluster（CCC）と共同開発）は、カメラとドローンを組み合わせ、農業車両のコネクテッド コントロール センターを構築。高解像度作物画像を取得し、クラウドで処理、物体認識で野生動物や障害物を農家に警告します。

図2：インダストリー 4.0は製造を超え、コネクテッド農業へ拡張。（画像：CAB Concept Cluster）

ドイツのブラッハハ工場では、BoschがABS/ESPブレーキ生産でシリンダー動作、グリッパー サイクルタイム、プロセス温度をRFIDタグで追跡し、生産性を向上。データは大規模データベースに供給され、社内物流フローをリアルタイムでマッピングします。

インダストリー 4.0チップ

半導体（エッジ プロセッサ、メモリ、データ コンバータ、接続チップ）はIIoT展開に不可欠です。オンプレミス データ処理、レイテンシ削減、通信セキュリティを実現します。

Texas InstrumentsのSitara AM6xプロセッサ ファミリがこのトレンドを例証します。工場自動化、モーター ドライブ、グリッド インフラ向けにギガビット インダストリアル接続を提供し、Ethernetとリアルタイム トラフィックを単一ネットワークで統合。TSN、EtherCAT、Ethernet/IP、PROFINETなど複数の産業プロトコルをサポートします。

図3：Sitara AM6548 ― TSNなど産業標準向けギガビット スループットを提供するマルチプロトコル プロセッサ。（画像：Texas Instruments）

TSN対応プロセッサは、ロックステップ モードで動作可能なデュアルコアArm Cortex-R5Fマイクロコントローラを内蔵し、オンチップとDDRメモリのECC保護を含みます。これらの機能は信頼性を高め、PLCと多軸モータードライブのセキュリティを簡素化します。

最新PLCには高性能、セキュア接続、柔軟なI/Oが求められます。IO-Linkなど新興プロトコルをサポートし、フォームファクタを縮小しながらI/Oチャネル（アナログとデジタル両方）を拡張し、増大する自動化ニーズに対応しなければなりません。

SoC（システムオンチップ）技術の進歩により、デジタル ツイン（物理プロセスの仮想レプリカ）も実現可能に。実世界のデータとデジタル モデルをリンクするこれらのサイバーフィジカル システムは、監視と最適化をよりコスト効率よく、効率的にします。

未来の工場

インダストリー 4.0は工場フロアのルネサンスを告げ、エンドツーエンドのセンサー エコシステムとデータ サービスがより賢明な意思決定を支援します。結果は、運用効率の向上、歩留まり改善、エンジニアリング生産性の加速、ビジネス パフォーマンスの強化です。

Gartnerの2018年レポートでは、産業分野に60億超のIoTデバイスが存在し、2022年までに200億を超えると予測。この急成長が、完全コネクテッド工場への具体的なシフトを裏付けています。

未来の工場は着実に出現しつつあります。より高性能な処理ノード、増大する自動化、ニアリアルタイムで大量データ ストリームを取り込み解釈できる高度な分析によって駆動されます。もはやビジョンではなく、1つ1つのセンサー ソリューションで現実になりつつあります。

>> この記事は元々姉妹サイトElectronic Productsで「IoT sensors bring Industry 4.0 into commercial focus.」として公開されました。