産業用IoTが製品設計と製造に革命をもたらす

Industry 4.0は2011年にドイツの研究者たちによって導入され、当初は製造業近代化のための政府戦略として位置づけられました。焦点は、フレキシブルな大量生産、アジャイルな製品カスタマイズ、人間・機械・デバイス・センサーのシームレスな連携、透明な情報フロー、プラントレベルでの分散型意思決定にありました。

このビジョン実現には、新しい製造プロセス、最先端技術、専門トレーニング、統合システムが必要でした。Industrial Internet of Things（IIoT）は、これらのコンポーネントを連携させ、分散型製造を実用的な現実にする結合組織です。

過去10年間、企業は自動化を加速し、生産ラインに知能を注入し、エンドツーエンドのワークフロー全体でイノベーションを推進してきました。成果は現代製造のあらゆる段階に見られます。

どのように実現されているか、探ってみましょう。

IIoT向けエンジニアリングと製品設計—そしてデジタルツイン

新製品をコンセプトから市場へ送り出すには、設計と物理テストという2つの異なるフェーズがあります。多くの組織では、エンジニアが設計をリリースし、別チームが後で実世界のパフォーマンスに基づいて改訂します。反復設計は品質を向上させますが、各改訂は時間とコストを増やします。

IIoTデータで駆動されるデジタルツイン（仮想レプリカ）により、設計者は単一コンポーネントを製造する前に「what-if」シナリオを実行できます。リアルタイムセンサーデータをシミュレーションソフトウェアに供給することで、デジタルツインは多様な条件下での製品振る舞いを予測し、潜在的問題を早期に発見します。

これらのシミュレーションは開発サイクルを短縮し、製造フロアでのコストのかかる調整を削減します。Stephenson Strategiesのプリンシパル、W. デビッド・スティーブンソン氏は説明します。「デジタルツインからのリアルタイムデータにより、設計者は機能が実生活でどう使用、あるいは誤用されているかを見ることができ、多くの場合不十分なドキュメントに起因するパターンが明らかになります。」

ソフトウェア中心のアップデートが製品寿命をさらに延ばします。テスラは例えば、定期的にオーバーザエアアップデートをプッシュし、物理的なサービス訪問なしで機能強化、バグ修正、顧客満足度向上を実現しています。

製造フロアでの自動化とリアルタイム可視性

Industry 4.0は分散型製造を提唱し、より多くの計算が中央データセンターではなくエッジで行われることを意味します。センサー、ロボティクス、自動化、ビデオストリーミング—すべてIIoT技術—がこのシフトを可能にします。

プラントフロアでは、反復プロセスを自動化しつつ、効率とコスト管理のために粒度細かな可視性を維持することが目標です。IIoT対応ロボティクスが、シリアル箱やペーパータオルロールのような大量生産品で、人間のエラーを排除しながら一貫した精度で組立ラインタスクを実行します。

自動化はスループットを加速しコストを削減しますが、人的監視は依然として不可欠です。リアルタイム可視性がこれを実現し、差し迫った装置故障をオペレーターに警告します。コンポーネント故障前に実施される予知保全は、反復製造現場で時間当たり平均6,000ドルのコストがかかるダウンタイムを防止できます。

戦略的に配置されたカメラからのビデオストリームにより、スーパーバイザーはリモートロケーションを含めどこからでも運用を監視し、即座に対応できます。継続的な監視は、高価値資産と重要機械のセキュリティも強化します。

「ダウンストリームへの連鎖前に問題を捕捉する必要があるとき、オフライン分析は不十分です」と、SASソリューションアーキテクト、エヴァン・グアルナッチャ氏。「小型モーターであれ高価値部品であれ、重要コンポーネントのリアルタイム監視がタイムリーな介入を保証します。」

ビデオストリーミングによるプロアクティブなIIoT

初期のIIoTはセンサー、ロボティクス、自動化に焦点を当てていました。製造がますます分散化する中、ビデオストリーミングがさらに大きな役割を果たし、スーパーバイザーが物理的に訪問できないプラントを監視し、観察内容にプロアクティブに対応できるようにします。

この機能は、製造と設計チーム間の協働も強化します。エンジニアは今や、製品課題のライブデモを世界中の同僚にビデオストリーミングでき、より速く効果的な改訂を促進します。デジタルツインと組み合わせることで、双方に物理コンポーネント組立前の製品バーチャルウォークスルーを提供します。