スマートIIoT対応工場のメリットを引き出す

産業用モノのインターネット（IIoT）は、第4次産業革命、いわゆるインダストリー4.0の可能性を押し広げ続けています。この産業時代は、組み込み型自動化技術と強力なワイヤレスセンサーを特徴とし、スマートな接続工場での製造と生産を推進しています。

より多くの自動化への傾向

スマート工場の自律システムにおける多くのIIoTデバイスは、人工知能（AI）、モバイルエッジコンピューティング（MEC）インフラ、カメラ、制御システム、コンピュータビジョン、拡張現実（AR）、ロボティクス、機械学習（ML）と組み合わされ、リアルタイムのインタラクティブなデータ通信を実現しています。これらの革新的な自動化技術は、「SF」から大規模な商用導入へと絶えず進化しています。

このデジタルトランスフォーメーションの時代が進むにつれ、IoT、AI、ML、さらなるイノベーションによって駆動されるロボティクスが、スマートな接続工場でますます見られるようになっています。私たちは、単純なマシンツーマシン（M2M）相互作用をはるかに超えた、接続性、相互運用性、自動化の驚異的な時代にあります。多様なワイヤレスセンシングソリューションのプラットフォームから得られるIoTデータは、接続工場の運用を変革できます。

リアルタイム意思決定の時代

今日、接続工場の機械は、IoT-AI-MLを活用したリアルタイムの意思決定を自ら行い、プロセスを制御・自動化し、生産をシームレスに維持しています。同時に、本社オフィスや工場フロアの管理者は、低消費電力・長距離ワイヤレスセンサーを用いて、設備、作業員、機械を遠隔監視し、データドリブンな意思決定を迅速に行い、以下を実現しています：

• コストと運用効率の改善

• 生産と製品の安全性の向上

• 機械・設備の予知保全

• ビジネスプロセスと価値の変革

接続機械から得られる貴重なデータインサイト

製造業において稼働率はすべてです。一台の機械が故障すれば、市場投入までの時間増大、製品納品とカスタマーサービスにまで及ぶ潜在的なダウンタイムという波及効果を生みます。

IIoTからのデータは、スマートな接続工場の「通貨」です。それは、人が制御を取り、修正し、メンテナンスを行い、生産を合理化する「方法」と「タイミング」に根本的に影響を与えることで、反応的、予測的、さらには変革的な価値を生み出します。IIoTからの実行可能なデータこそが、接続工場の主なメリットです。

データをダッシュボード、分析ツール、運用管理システムに供給することで、組織はより良いイノベーション、効率性、収益性へと導かれます。ワイヤレスセンサーデータは、より迅速な是正反応から予測的管理、変革的なビジネスイノベーションまで、工場全体でIIoTの価値を活性化します。

工場センサーデータを活かす

人と機械がシームレスに協力し情報を共有することで、理想的な生産パフォーマンスを調整できます。ほぼすべての資産に埋め込まれたり取り付けられたりしたワイヤレスセンサーは、工場を円滑に稼働させ、プロセスを洗練させるために管理者が必要とするデータを提供します。

製造業者は、接続工場から最大の価値を得るために、ワイヤレスセンサーデータを活用する多くの戦略を取れます。以下は、重要な3つのデータ管理アプローチです。

• 制御システムの自律機能を活用する。 多くの重要資産が、接続工場ではシームレスなユニットとして連携します。しかし、最も重要な2つの資産は、産業用制御システム（ICS）とプログラマブルロジックコントローラ（PLC）です。ICSは、工場全体でデータ、デバイス、システム、ネットワーク、制御を統合管理することで、産業プロセスを実行・自動化します。一方、PLCはセンサーデータ収集ハブとして単独で機能するか、ICSに統合されてシステム全体の重要な制御コンポーネントとなります。

予知保全はICSとPLCに依存します。これらが受信、処理、実行するセンサーからのリアルタイムデータは、工場の運転、保守、自動化に不可欠です。

製造業者は、センサーシステムからのデータを用いて高度な診断、分析、インサイトを活用し、生産性向上、コスト削減、安全性改善を図れます。ICSはこの取り組みの核心です。ICSから開始される自動プロセスにより、ITと運用技術（OT）の専門家は、リアクティブまたは定型のメンテナンス作業を心配せずに工場を最適化できます。工場管理者は機械の性能問題を事前に把握し、繰り返しの定期メンテナンスから予知保全へ移行できます。ICSを通じてフィルタリングされたセンサーデータにより、技術者はどの機械を制御し、いつメンテナンスが必要かを知ることができます。

• データの壁とサイロを取り除く。 データセットを個々の部門内に留めておくべきではありません。情報時代の幕開け時にデータサイロを排除することが不可欠だったように、機械同士、そして機械と人間が会話し始めて以来、それはさらに不可欠になっています。

IIoTデータのマイニングから、画期的なアイデアやビジネスを変える機会が豊富に得られます——それが主なメリットの一つです。データ分析は、個々の機械性能分析から接続工場全体まで、ミクロからマクロまでのスペクトルでシームレスに行えるべきです。生産ラインのメンテナンス管理者からビジネスアナリスト、経営幹部まで、すべての人がIIoTデータへのアクセスと分析の障壁を取り除かれたとき、イノベーションの最良のポジションに立てます。

• データ共有にリーンなアプローチを取る。 世界的な産業規模では、IIoTは膨大な量のデータを生成します。かなり小規模でも、工場管理はデータの速度と量に圧倒される可能性があります。エッジコンピューティングは、最前線の工場管理者と機械に実行可能なセンサーデータを提供し、迅速または自動化されたリアルタイム意思決定を支援します。スマートセンサーとゲートウェイがエッジコンピューティングを行う——データが生成される場所で効率的に取得、保存、処理する方法——ことで、管理者は大量の生データを分析せずに行動できます。また、データがクラウドに送られ、エクスポート、マッピング、分析されて同じ結論に達するのを待つ必要もありません。

データアクセスと分析を継続的に改善することは重要ですが、データアナリスト以外の誰もオーバーロードしないことが不可欠です。データアラート、フィード、レポートを、各人の役割に適用されるものに限定します。重要な新しいデータインサイトを得たら、主要な利害関係者が認識し、なぜ特定のデータポイントが異なる部門にとって重要かを共有します。

ワイヤレスセンサープラットフォームがメンテナンスとビジネス最適化を支える

工場自動化には慎重で体系的なアプローチが重要です。工場がどれだけ自動化されていても、機械が過度に振動していることに気づかなければ意味がありません。振動する機械は故障の兆候かもしれません。それが、機械の自動化システムの全体または一部をオフラインにし、計画外の不要なダウンタイムを引き起こす可能性があります。教訓は、たった一つの歯車が緩んでいるだけで自動化が崩壊し得るということです。

工場全体に分散した低消費電力・長距離ワイヤレスセンサーのプラットフォームがこれを解決します——自動化システムとは独立しつつ補完的な、基盤となるソリューションです。このセンサーネットワークは、加速度計、振動計、電圧・電流検出・測定、傾斜、受動赤外線（PIR）モーション、温度、空気質、湿度などで構成できます。

主に裏方で働くネットワーク化されたワイヤレスセンサープラットフォームは、接続工場の主要な性能と状態監視が予測的であるだけでなく、ビジネス最適化とイノベーションへと変革されることを保証します。

主要なセンサープラットフォームコンポーネント

インダストリー4.0の進化に対応するため、接続工場は以下の実装に取り組みます。

• リアルタイムデータ伝送、予知保全、稼働率向上に焦点を当てた産業グレードのワイヤレス低電力センサープラットフォームで運用する。ワイヤレスセンサーネットワークは以下のように設計できます：

  • センサーが通信しているときのみ電力を消費し、エネルギーを節約してバッテリー寿命を延ばす

  • プリセットパラメータを超えたときに、テキスト、メール、音声通話で即座にアラートを配信する

  • 一般的なインサイトとコンプライアンスデータのためのトレンドデータとデータログを提供する

  • 事前設定されたアルゴリズムとセンサーおよびエッジゲートウェイを用いたオンデマンド処理により、データ収集、伝送、分析を効率化し、クリップボードチェックリストによる手動監視とデータ収集を置き換える。その後、API、シリアルModbusゲートウェイ、PLCを用いて制御システムを通じてデータをフィルタリングする。この実践により、実行可能なデータとセンサーアラートのみがリアルタイムで流れ、生データは後で分析するためにログ記録またはデータベースに保存できる。

  • ビル管理システム（BMS）と、BACnet™データ通信プロトコルまたはModbus TCP/IPで統合する

• 工場全体のセンサーネットワークにエンドツーエンドのデータセキュリティプラットフォームを追加し、リスク管理を強化する。

  • ディフィー・ヘルマン鍵交換アルゴリズムと128ビットAES（Advanced Encryption Standard）CBC（Cipher Block Chaining）対称鍵暗号化を用いたデータ暗号化を含むセンサーシステムを採用し、データ漏洩から保護する。

  • センサーネットワークに接続されたWebサーバーとブラウザを、TLS（Transport Layer Security）暗号化で保護する。

  • 256ビットSHA-3（Secure Hash Algorithm 3）認証を追加し、データ生成から消費までのポイントを保護する。セキュアなデータトークンは、センサーごとの固有の秘密鍵に対して暗号学的ハッシュ関数で評価される。

• ワイヤレス周波数ホッピング拡散スペクトラム（FHSS）で長距離ワイヤレスセンサー通信の信頼性を高める。 この信頼性の高い長距離かつ堅牢なスペクトラムでは、信号が急速に変化する無線周波数間で拡散しホッピングします。この通信スペクトラムは干渉に強く、信号は極めて短い間隔でのみ送信されるため傍受が困難です。これによりFHSSは本質的にサイバーセキュアです。FHSSにより、ワイヤレスセンサーからのデータ通信は：

  • 物理的障害物、外部ワイヤレス無線周波数システム、電磁干渉（EMI）からの強力な耐障害性

  • 製造環境で1200フィート以上の接続性

• 接続工場管理者は、工場運営のあらゆる側面を最適化するために統合ワイヤレスシステムを利用できる。 例えば、自動化システムを導入しつつ、メンテナンスと生産プロセスを最適化できます。

  • 自律搬送車を導入し、ピッキング、梱包、資材搬送、配置、配送を行う。

  • 産業用ロボットを用いて、アーク溶接、スポット溶接、マシンテンディング、塗装、組立、接着、部品接続などを行う。

  • 組立ラインとロボットアームに加速度計、機械モーターに振動計、安全な機械操作検知に傾斜センサー、電力消費監視に電流計を取り付ける。

  • HVACシステム、生産エリア、モーターに温湿度センサーを、制限区域と生産管理区域にPIRモーションセンサーを設置する。

結論

製造業者は、機械のダウンタイムを予測し、運用効率を高め、収益を向上させ、最新の産業革命の恩恵を受けるために、リアルタイムの実行可能なデータを提供するIIoTセンサープラットフォームを導入すべきです。

この記事は、Monnit（ユタ州サウスソルトレイク）の創業者兼CEO、ブラッド・ウォルターズによって書かれました。詳細については、ウォルターズ氏までお問い合わせください。 .