なぜ5Gが現代のスマート製造に不可欠なのか

現在製造業で進行中のAI、AR、VRなど多くの取り組みは、5Gによって可能になり、支援されます。

スマートセンサーとIoTデバイスの活用拡大、それらが生み出すデータへのより高度な分析の適用が製造業に革命をもたらしています。多くのケースで欠けているピースは「接続性」です。

ますます5Gが、これらを統合するワイヤレスインフラ要素と見なされています。必要な帯域幅、低遅延、過酷な製造環境での信頼性を提供します。5Gが製造業で果たす役割、課題、メリットをより深く理解するため、RTInsightsはインテルのインダストリアルソリューションシニアディレクター、Ricky Watts氏にインタビューしました。以下はその要約です。

なぜ製造業に5Gが必要か

RTInsights: 製造業に5Gが必要な理由は？

Watts: 2段階で答えます。まず「なぜ製造業にワイヤレスが必要か」、次に「なぜ5Gか」。

製造現場の典型的な制御システムは有線と有線プロトコルで運用されてきました。しかし有線は高コストです。過酷な条件下で配線するため三重絶縁が必要で、冗長性も確保しなければなりません。これらがコストを押し上げます。

工場内でコストを抑えつつ信頼性を確保して機器を接続するにはどうすればいいか。ワイヤレスが魅力的なのはそのためです。より広いエリアをカバーできる利点もあります。石油・ガス・石油化学プラントのように敷地が広大な場合、有線でのカバーは困難かつ高コストです。ワイヤレスなら可能です。

つまりワイヤレスの必要性は、コスト、柔軟性、導入容易性などに帰着します。では、5Gが他のワイヤレス技術と何が違うのか。

従来のワイヤレス技術は多くの面で「ベストエフォート」型です。エンドポイントとレシーバー間の接続はベストエフォートで確立されます。家庭用Wi-Fiのように、動き回ると途切れることもあります。これは製造業の一部用途には不向きです。5Gは製造環境におけるユースケースと要件（レイテンシ、信頼性、パフォーマンス、帯域幅）に対応し始めました。これらは工場に存在する根本的要件であり、ワイヤレス領域ではこれまで真に扱われてきませんでした。

Wi-Fiや4Gを5Gに持っていっても、依然としてベストエフォート寄りです。悪くはなく、特定環境では有用で、多くの産業企業が利用しています。しかし5Gは「製造環境に存在するユースケース全てに対応するシステムだ。有線プロトコルのメリット（信頼性の高い接続）を、ワイヤレス技術である5Gで得られる」と言います。

これが製造業に5Gが必要な理由です。4Gが人とインターネットの接続だったのに対し、5Gは「モノとモノ、モノと制御システムの接続」を設計段階から意図しています。

5Gの特徴と技術的改善

RTInsights: 5Gが製造業にもたらす機能と技術改善は？

Watts: コストと柔軟性の利点に加え、いくつか重要なポイントがあります。3GPP（第3世代パートナーシッププロジェクト）から新しい5Gリリース、Release 16が出ました。ここでは超高信頼低遅延通信（URLLC）が導入されます。これで空中インターフェース上で決定論的な接続が可能になります。モーション制御システムを無線で実行したり、カメラからリアルタイムで情報を取得して分析したりが、信頼性高く決定論的にできるようになります。

もう一つは大幅な帯域幅増大です。太いパイプでより多くのデータを伝送できます。製造業のモダナイゼーションとインダストリー4.0は、工場内のデータをエッジで処理することです。5Gならシステムからより多くのデータを取り出せます。カメラを設置してプロセスを異なる視点で見られます。溶接ロボットの溶接点での状況をリアルタイムで分析し、必要なら制御システムを調整して品質管理が可能になります。このようなリアルタイムアクションは5Gの帯域幅と低遅延があってこそ可能です。

重要な機能として、Wi-Fiと同様にメーカーがオンプレミスのプライベート5Gネットワークを構築できます。様々な方法で実現可能です。プライベート5Gネットワークはエンドユーザーとメーカーにとって非常に柔軟です。工場内の全てを接続するワイヤレスソリューションを自前で持てます。

プライベートネットワークの利点は、データをコントロールできること、ネットワークの接続先をコントロールできること、データをローカルに保持できること、ハイブリッド運用も可能なことです。キャリアと協力してネットワークの一部を確保する「ネットワークスライシング」で、工場のニーズに完全に合わせたネットワーク設計ができます。なぜそうするのか。製造環境で最も重要なものの一つがSLA（サービスレベルアグリーメント）です。プロセスで走るデータの帯域幅と遅延が保証される必要があります。

ネットワークスライシングとプライベートネットワーキングにより、接続性のコントロールを他者に委ねず、自社環境で維持できます。

こうした主要機能（高帯域幅、低遅延、プライベートネットワーキング）は従来技術に比べて極めて有利です。他にもデバイス間直接接続でメッシュネットワーク構築が可能、冗長パスで更なる信頼性確保など、スペクトラム全体で5Gはメーカーに「工場環境でこの技術を使えば、これまで以上の高い成果が得られる」という確信を与えます。

産業ネットワークへの5G統合の難易度

RTInsights: 産業ネットワークへの5G追加はどの程度難しい（或いは易しい）か？

Watts: 産業ネットワークへの新技術導入は容易ではありません。正当な理由があります。私のメンターの一人は「工場環境では、問題が起これば『ドカン』と大事故になり得る」と言っていました。安全かつ適切なレベルで導入し、人材も伴わせる必要があります。システムを運用・運営する人が必要です。ここが課題の多い領域です。エンドユーザーとサプライヤーコミュニティと協力して「どう統合するか」を進めなければなりません。これは教育の課題です。エンドユーザー、企業、システムインテグレーターを5G統合の側面からスピードアップさせる必要があります。

これは業界全体で進行中の取り組みです。また、意味があり制御可能な領域で技術導入を開始すべきです。例えば、カメラやロボットからのデータ取得。新しい機能を工場に導入する際に5G技術を導入するのが明確な答えです。そうすれば非常に制御された形で5Gを製造環境に導入できます。新システムと共に技術を導入し、稼働させ、人材育成と技術理解に活用し、そこから用途を拡大します。「ビーチヘッド（橋頭堡）を確保してから拡大する」イメージです。

技術の信頼性を確立し、知見を得て、産業環境全体に展開します。容易ではありませんが、メーカーとサプライヤーコミュニティは対処可能です。インテルとしては、技術パッケージ化でシンプルな利用を実現し、エンドツーエンドで最適化・動作検証済みの状態で提供します。メーカーが受け取るときにはほぼ「プラグイン」するだけで、デバイスとメーカーのシステム・アプリ・サービスの間に座る5G技術はほぼ不可視になります。摩擦と課題を減らし、シームレスに産業ネットワークへ5Gソリューションを導入するため、多くのメーカーと共に取り組んでいます。

5Gが製造業をどう革命するか

RTInsights: 5Gは製造業をどう革命するか？

Watts: 現在製造業で進行中の多くのことが5Gによって可能になり、支援されます。エッジコンピュート、AI、AR、VR。これら全てが今製造業に登場しています。5Gはこれらを繋ぐ「接着剤」の役割を果たします。製造環境で得られるこれら新機能全てに接続性をもたらす必要があります。AIであれ、VRであれ、COVIDのような状況でリモートワーカーが工場の稼働機械とインターフェースする場合であれ、5Gが接着剤になります。

もう一つのメリットは、ベライゾン、AT&T、T-Mobileなど主要通信キャリアが5Gサービスを展開し、ネットワーク構築を進めていることです。米国のみならずグローバルで大量のインフラが設置され、驚異的なペースで成長し、産業ドメインと重なり始めています。

これにより5Gは技術面からだけでなく、広範囲にコストを分散できるためコストダウンも進みます。真にワイヤレスな技術で、データを取得しリアルタイム制御システムと運用システムで活用し、ネットワークエッジでこれらを接続できます。

5Gが広大なエリアでユビキタスに利用可能になればコストは下がり、はるかに柔軟な製造と、稼働工場でのより迅速な導入が見込まれます。

今日の工場作業は単一のモノリシックなエリア（ウィジェットを作る工場）のようなものです。5Gがオペレーション、制御、接続を多様なエリアで移動可能にすれば、これははるかに広い範囲に拡張されます。最近素晴らしい例を聞きました。ハリケーンがメキシコ湾を通過すると、洪水で製造サイトがオフラインになります。その多くは工場外のインフラのリセットに起因します。5Gと低遅延を使えば、コンピュート環境を別の場所に移し、デバイスへの接続だけを維持できます。工場から離れた場所に「もう一つの工場」を持てるようになり、5Gがそのインフラを提供します。製造業に革命をもたらします。工場での自律的な働き方も増えるでしょう。

新たなビジネスモデルと製造方法も生まれます。かつては黒いフォード車を作るだけでした。今や顧客はオンラインでパーソナライズ注文します。「青い車に白い斑点、このオプションとあのオプション」という具合に。

こうした新たな顧客ニーズに応えるには、インフラ視点での相互接続が必要です。物流、資産、製造環境の他システム全てを接続する必要があります。5Gがそれら全てを繋ぐ接着剤になります。私にとって5Gは全てを変えます。時間はかかります。今後5〜10年で展開されます。クイックトランジションではありません。しかし一度ペースが上がれば、製造業のほぼ全てを革命すると思います。

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