IIoT：産業用バズワードを実ビジネス成果へ転換する

インダストリアルIoTが先進製造を可能にする

製造業にはキャッチフレーズが溢れている：Industrial Internet of Things（IIoT）、Industry 4.0、Digital Factory。「時には単なるバズワードの羅列。時にはその裏に多くの現実がある」と、ジーメンス（ベルリン/ミュンヘン）のR&Dマネージャー、ロジャー・ハート氏。「デジタル化は多くのことを変えています。多くのケースで新しいビジネスモデルを真に牽引しています」とハート氏。「人々は、製造をより多くデジタル化すればするほど、収集できるデータと情報のより多くの側面を収益化できることを発見しています。」

IIoTとは、機器からデータを生成・収集・送信できる「コネクテッド」な産業用機器を指す。メンテナンスはタブレットやスマートフォンなどのデバイスで実行可能。より多くのデータが生成され、製造オペレーション内でより広く共有される。

「単に『嘿、これをどう自動化すべきか』という話ではない」と、ジーメンスのリージョナルバイスプレジデント、ティム・ウォームス氏。IIoTは、メーカーが「これらすべての異なるデバイスに接続し、それらを凝集力のある全体としてまとめ上げる」ことを可能にする、と同氏。

IIoTのビッグネーム

ジーメンスやGeneral Electric（GE、ボストン）といった製造業の大手が、キャッチフレーズを現実に変えるために取り組んでいる。

「GEのIIoT分野での取り組みの核心は、デジタルツイン——我々の産業システムのデジタルモデル——を創出する作業の収束にあります」と、GEサプライチェーンテクノロジー担当シニアリサーチサイエンティスト、ピーター・クーダル氏。

「過去数十年のコンピューティングパワーの進歩により、最も重要なデータを収集・分析できるだけでなく、より強力なデジタルツインを作成し、それらを最大限に活用する制御システムを機械に組み込むことが可能になりました。これがIIoTの出現を可能にしているのです。」

ジーメンスはデジタルツインを3領域で捉える。「製品のデジタルツイン、生産のデジタルツイン——生産プロセスの計画を可能にする——、性能のデジタルツイン」と、ジーメンスクラウドアプリケーションソリューショングループのマーケティングバイスプレジデント、ビル・ボズウェル氏。「IoT対応製品を持つなら、それを製品に組み込むエンジニアリングが必要です。我々にはそれを可能にするツールがあります。」

別の言い方をすれば、デジタルツインとは「プロセスやシステムのバーチャルモデルであり、物理世界とデジタル世界の橋渡し役を果たす」と、DMG Mori Software Technology Solutions USAのジェネラルマネージャー、J.J.チュアン氏（DMG Mori USA、イリノイ州ホフマンエステーツ）。「バーチャル世界は、IIoTベースのシステムを通じて物理世界からのデータ集約を必要とし、データ分析とシステム監視により、問題が発生する前に解決し、シミュレーションを用いてダウンタイムを防止します。」

DMG Moriはプロモーション資料で、「2013年からCELOSアプリとユーザーインターフェースで機械をデジタル化対応させてきた」とし、「インテリジェントソフトウェアとコネクティブハードウェアでCELOSサービスの範囲を拡大している」と述べている。10,000台以上のCELOS搭載機械が設置済みだという。

役員陣によれば、IIoTはこれまで以上の自動化を可能にしている。

「IIoTは、より堅牢な送信、制御、IT（インフォメーションテクノロジー）を統合します」と、Litmus Automation（トロント/サンホゼ）の共同創業者兼COO、ジョン・ユネス氏。「ITは今、複数プラントにわたる工場現場のすべてのデバイスへ、より多くの監視目を持てます。」

さらにユネス氏は、「ITはOT（オペレーショナルテクノロジー）とも協働し、より堅牢な自動化戦略を提供しなければなりません。」

メーカーがIIoTの活躍を期待する領域の一つは、協働ロボットの導入と従来型ロボットの性能向上だ。

IIoTがコボットを促進

協働ロボット（コボット）は、人間と近接して作業可能だ。これまでロボットは、人間オペレータと生産従業員から分離されてタスクを実行してきた。

DMG Moriのチュアン氏によれば、IIoTによる「高度なセンサとスマートデバイスのネットワーク……が工場現場でのコボットを促進し、人間とロボットがケージなしの環境で安全かつ効率的に協働できるようにする」。コボットが増えれば、「作業員とロボットが、損傷と怪我のリスクなしに、ケージなしのセルで効率的に協働できるようになります。」

GEも同様の見解だ。

「この段階では、ロボットと人間がより協働的に働く時代に入りつつあります」とクーダル氏。「この協働をより強固にする鍵は、ロボットが二人の人間が関係し合うように、より本能的に人間と関係できるようにすることです。人工知能と機械学習の統合が、この道を押し進める鍵となります。」

ロボットメーカーのファナック（山梨県忍野村/イリノイ州ホフマンエステーツ）は、ペイロード35kgのCR-35iAなどコボットモデルを積極的に開発している。このロボットは、センサがオペレータやワークセル内の物体との接触を検知すると停止する。

同社によれば、IIoTはロボット全般を後押しする。

「IIoTは、協働ロボットだけでなく、すべてのロボットのより多くの活用を可能にします」と、ファナックの協働ロボット担当エンジニア、アマンダ・ニクソン氏とグレッグ・ビュエル氏（協働ロボット担当シニアエンジニア）はManufacturing Engineeringの質問への回答で述べている。「IIoTは、いかなるロボットシステムの様々な安全設定の変更を検知し、プラントへ通知することで、システムが設計通り安全な状態を維持できるよう支援します。」

さらに彼らは、「長期的には、IIoTによる従来型ロボットへの効果は、非効率と問題をより早期に検知し、時間とコストを節約しながら品質も向上させることです。これはIIoTを活用するプラントに導入される協働ロボットシステムでも同様です。」と書いている。

サイバーセキュリティの必要性

ニュートンの第三法則は「作用には等しい反作用がある」だ。IIoTにおいて同等なのは、「テクノロジーの進歩一つにつき、サイバーセキュリティの必要性がより高まる」ことだ。

「ほとんどの産業用デバイスは、オープンなネットワークリンクを通じてインターネットに晒されることを想定していませんでした」と、Litmus Automationのユネス氏。「結果として、データが盗まれたりハッキングされたりするのを防ぐ適切なセキュリティが備わっていません。」

「多くのシステムはクラウドと通信できず、双方向通信もサポートしていません」と同氏は続ける。「データは標準化されたエンタープライズクラスのセキュリティプロトコルとメカニズムで保護されるべきです。OEMとメーカーはデバイスを認証し、エンドツーエンドでデータ転送を暗号化すべきです。」

「IIoTソリューション構築時にあらゆるレベルでセキュリティに対処することが極めて重要です」と、ファナックのZero Down Timeクラウドシステムおよびアプリケーション開発ディレクター、ジョー・ガザラート氏。「ソリューションプロバイダーとIT企業の間で、より多くのパートナーシップが必要です。」

ファナックの場合、シスコとサイバーセキュリティで提携し、IIoTアプリケーションであるZero Down Time（ZDT）に適用した。「シスコのようなパートナーは、プラント内ネットワークアーキテクチャのベストプラクティス、ファイアウォール設定、転送中と保存時のIIoTデータ保護などで、ソリューションプロバイダーを支援できます」とガザラート氏。

GEのクーダル氏も同様の見解だ。

「簡単に言えば、サイバーセキュリティはさらに警戒を強める必要があります」と同氏。「『より良いファイアウォールを構築する』という一次元的な戦略ではいけません。例えば、デジタルツインと制御を用いれば、盾として機能するだけでなく、与えられたサイバー脅威を撃退・無力化するアクションを取るシステムを持てます——まさに人間の免疫システムのように。」

GEは「Digital Ghost」と呼ばれるサイバーセキュリティ技術を開発中で、クーダル氏によれば「世界初の産業用免疫システムになる」という。

ジーメンスでは、「プラントでのサイバーセキュリティに取り組む1000人以上のグループがあります」とボズウェル氏。「データは顧客のものです。あなたを出し抜こうとする人々に対抗し続けなければなりません。」

中小企業の居場所はあるか？

残る疑問の一つは、IIoTがGEやジーメンスのような大手製造アドボケートを超えて拡張できるかだ。多くの製造は中堅・中小ジョブショップで続けられており、部品とアセンブリを生産している。

GEによれば、IIoTは中小メーカーにとって自然なフィットだ。

「場合によっては、中小ショップが最初に新ソリューションを開発するかもしれません」とGEのクーダル氏。「物理とデジタル技術が収束し、IIoT空間が出現するにつれ、製造の『民主化』が増大しているのを目撃しています。これにより、大小問わずより多くの企業とアントレプレナーが製造エコシステムの一員になれます。」

ファナックもIIoTで中小顧客を念頭に置いている。

「『導入が容易』かつ『セキュアにしやすい』は、特にジョブショップで小規模オペレーションへスケールダウンして利用するあらゆるIIoTアプリケーションに不可欠な2特性です」とガザラート氏。「今年初めに中小顧客へZDTを導入する準備を進める中、このニーズに焦点を当てました。シスコと提携し、彼らのIR809産業用ルーター（計算能力付き）を、導入とセキュリティが容易なZDT Data Collectorのプラットフォームとして活用しました。」

ジーメンスも中小ユーザーと協働する。テクノロジーは「担当者が現地へ行かずとも、中小企業が簡単に始められるレベル」だとボズウェル氏。「産業用PCがあります……これはあなたのネットワークに挿すだけの簡単なデバイスです。15分から数時間で稼働開始できます。」

IIoT支持者たちは、このテクノロジーが工場現場で勢いを持っていると語る。

「得られるのは、特定製品やサブコンポーネント、またはサプライチェーンシステム、製造システム、サブシステム全体を制御・最適化するために走っていようが、自らの力で洞察を見て、考え、行動する『より大きな脳』を持つ制御・最適化システムです」とGEのクーダル氏。「デジタルツインが継続的に学習し適応するため、自動化戦略の背後にある制御・最適化テクノロジーは、時間とともにますます価値を増していきます。」

それでも、支持者たちでさえ一部メーカーが躊躇していることを認める。

「IoTをどう始めればよいかわからない人がたくさんいます」とジーメンスのボズウェル氏。「中小企業から超大手まで、それは真実だと思います。」彼のアドバイスは？「一口サイズのプロジェクトで始めろ。飛び込んで試せ。やらなければ、競合がやっているかもしれない。」