インダストリー4.0 - 次世代の産業革命

すべてが計画通りに稼動する製造設備。工程は確実に管理限度範囲内で流れ、ばらつきがなく、最終品はすべて同一。故障はゼロ、突発停止も全く発生しない。原材料の無駄がなく、日々の歩留まりは必ず所定通り、エネルギー費は最小限に抑えられている。その上、膨大な工程データを蓄積しているためつくり込みの段階で改善の機会を把握して優先的に対応可能。

製造の理想郷だと思われるかもしれませんが、インダストリー4.0により可能になれば近い将来に実現可能です。インダストリー4.0のコンセプトと製造業や加工業に従事する技術者にとっての意義を本白書の下記の項目でご紹介いたします。

蒸気機関の発展、電力化、コンピュータによるデータ処理や自動化と同じように契機となる変化が製造分野に訪れています。ドイツの有識者がこの変遷を新たな製造アプローチとしてインダストリー4.0と名付けました。

インダストリー4.0は現代のセンサーや通信の進歩を集約するものです。スマート・デバイスの開発・展開に向けた協調的なプログラムです。IoT（インターネット・オブ・シングズ）、IIoT（インダストリアル・インターネット・オブ・シングズ）、M2M（マシン・ツー・マシン）通信、IPv6、RFID、クラウド・コンピューティング、データ・マイニングなどのコンセプトを包含しています。

IIoTとM2M

イーサネット・ネットワーキングは広く普及していますが、プロセッサが縮小化され、コンピュータがデスクトップから工場現場や倉庫で利用されるようになり、現在ではセンサーやアクチュエーターに組み込まれるようになりました。こうしたデバイスに802.11 Wi-Fi、Bluetooth、ZigBeeといった通信機能を搭載することでメッセージの送受信が可能になります。アドインIPv6の採用により、使用可能なアドレス数が増え、接続した各デバイスに一意のアイデンティティーが与えられるようになります。これがIoTです。

歴史的に見ると、製造業や加工業に使用されているセンサーは温度、湿度、気圧などのデータを収集するのみで、PIDループで応答しプレゼンテーションはチャート式記録計で行われていました。アクチュエーターのデータ収集機能は主にエンコーダー出力のみで非常に限定的でした。IoTが黎明期を迎え、ネットワーク化された工業向けデバイスとしてIIoTが誕生し急速に発展しています。イーサネット系工業用プロトコルを利用してプロセス情報の送受信が行われます。

デバイス間で直接やり取りを行うことで制御室や監視コントローラが不要になり、ループ上から人の関与を排除することが次の論理ステップになります。これを「マシン・ツー・マシン」通信と呼びます。非中央管理型の自動化です。

ネットワーク化されたデバイスが消費者向けに普及し始めてから数年経ちます。ネスト・サーモスタットが初めて接続デバイスの一つとして登場した後、スマート・ベビー・モニター、アクセス・コントロール・システムやスマート機器も登場しました。例えば、心拍数や体温が変化するとアラームが作動して最寄りの救急医療施設の場所を通知したり、冷蔵庫の中の食品の消費期限を冷蔵庫に認識させることもできます。

製造業や加工業におけるIIoTへの期待が倍増:

IIoT機能の一部はまだ研究段階ですがその多くは既に市場に投入されています。インテリジェンス機能や通信機能が内蔵されているデバイスは増え続けています。高精度の測定値が要求される場合でも温度測定用スマート・プローブで補正値を把握し、ロガーに直接つなぐことができます。データ・ロガーは温度や圧力などの特性を記録するたけでなく、イーサネットや無線で他のシステムに数値を送信することもできます。

IIoTを検討する上で課題についても考慮に入れる必要があります。その一部をご紹介いたします。

IIoT（インダストリアル・インターネット・オブ・シングズ）やM2M（マシン・ツー・マシン）通信、IPv6を包含するインダストリー4.0は、現在開発中のセンサーや通信の進歩の集約化を目指しています。まだ多くの課題が残っていますが、IIoTコンセプトを採用しているデバイスは普及し始めています。ワイヤレス送受信機の他にイーサネット通信やウェブ・サーバー技術は、管理者であれば誰でもプロセス情報に遠隔操作でアクセスすることができます。これにより見える化を図り、高度なモニタリングや不具合発生時の対応の迅速化、製造・稼動時間や費用の無駄を省き、資産の稼動率が向上します。