サイバー・フィジカル・システム：インダストリー4.0の原動力

インダストリー4.0ソリューション実装の根幹にある考えは、製造企業が様々な部門間のコラボレーションを強化し、適切な情報を適切な人々にリアルタイムで提供できるようにすることです。目標は、適切なタイミングで適切な意思決定を促進し、効率と生産性を高めることです。

サイバー・フィジカル・システム

インダストリー4.0の概念実装における鍵となる要素は、サイバー・フィジカル・システム（CPS）の考え方です。「サイバー・フィジカル・システム」という用語は、米国国立科学財団のヘレン・ギルによって命名されました。

NIST特別出版物1500-201『サイバー・フィジカル・システムのためのフレームワーク：第1巻 概要』によれば、サイバー・フィジカル・システムとは、物理的および計算コンポーネントの、設計された相互作用ネットワークを含むスマートシステムです。この出版物は、これらの高度に相互接続・統合されたシステムが、パーソナライズドヘルスケア、緊急対応、交通流管理、スマート製造、防衛・国土安全保障、エネルギー供給・利用などの重要分野で、生活の質向上と技術進歩を可能にする新機能を提供することを強調しています。したがって、CPSは革新的なアプリケーションを可能にし、世界経済の複数セクターに影響を与える大きな潜在力を持っています。

アカテック（ドイツ国立科学アカデミー）は『サイバー・フィジカル・システム』報告書で、CPSを以下のように説明しています：サイバー・フィジカル・システムとは、デバイス、建物、輸送手段、輸送ルート、生産システム、医療プロセス、物流プロセス、調整プロセス、管理プロセスの一部として組み込まれたソフトウェアを持つシステムです。サイバー・フィジカル・システムは：

• センサーを用いて物理データを直接記録し、アクチュエータを用いて物理プロセスに影響を与える

• 記録データを評価・保存し、物理的およびデジタルな世界の両方と、能動的または受動的に相互作用する

• デジタル通信機能を介して互いに、およびグローバルネットワークと接続されている

• グローバルに利用可能なデータとサービスを利用する

• 専用のマルチモーダルヒューマンマシンインターフェースを一連持つ

その結果、私たちの日常生活のあらゆる分野に広範なソリューションとアプリケーションがもたらされます。

製造業とサイバー・フィジカル・システム

製造業の観点からは、サイバー・フィジカル・システムは、ポンプやコンプレッサーなどのインターネット接続された物理エンティティであり、センサーとアクチュエータで構成されるコンピューターと制御コンポーネントが組み込まれています。IPアドレスが割り当てられたこうしたエンティティは、自己監視し、自らの機能について情報を生成し、他の関連エンティティや外部と通信できます。これは自己調整型の自律運営です。

今後数年、第4次産業革命が進化するにつれ、産業企業はCPSの原則をますます活用し、生産性向上、全リソース（材料と人的資源を含む）の効率的展開、顧客満足、株主価値向上を通じて運営卓越性を達成するでしょう。この発展を予見し、クラウス・シュワブ（世界経済フォーラム創設者兼会長）は「第4次産業革命」という用語でこのトレンドを説明しました。

インダストリー4.0の基盤は、エレクトロニクスとコンピューターが産業生産プロセスの自動化に広範に適用された第3次産業革命の時代に築かれました。エレクトロニクスとコンピューターの用途拡大は、価格低下、コンピューターの小型化と堅牢化、計算・処理能力の飛躍的増大に寄与しました。デジタル技術と通信技術が融合し始めました。エッジ/クラウドコンピューティング、産業用IoT（IIoT）、人工知能（AI）、自律ロボットなどの開発初期段階を目撃しました。デジタル技術と産業技術の統合は、製造業を変革し、インダストリー4.0のビジョン実現を助けると期待されています。

インダストリー4.0の原則は、製造企業が、機械/プラント設備、物流システム、仕掛品コンポーネント、その他の要素（人を含む）が直接相互に通信しコラボレーションを達成できるようにすることで、より高い効率、生産性、生産プロセスの自律運営を達成できるというものです。インダストリー4.0のビジョンに自社のビジョンを合わせたい製造企業は、既存の物理エンティティをサイバー・フィジカル・システムに変換する措置を講じなければなりません。

自社の評価に基づき、各社は自社工場の機械、設備、その他の物理システムのうち、最大の価値を提供する潜在力を持つものを特定する必要があります。さらにそれらをサイバーシステムと統合し、サイバー・フィジカル・システムのネットワークへと進化させる必要があります。例えば、精製所複合施設には、パイプライン、制御弁、ポンプステーションで本プラントと接続されたオンサイト・オフサイトのタンクファームがあるかもしれません。タンクファーム維持管理について、現在の慣行は通常、手動検査と定期メンテナンスであり、コストが高く非効率的です。これらの資産をCPSに変換し、適切な分析ソフトウェアで支援すれば、精製所は遠隔監視へ移行でき、予知保全の恩恵を受けられます。