5Gはインダストリー4.0製造技術におけるエッジコンピューティングの大量導入を促進する

ほとんどの人は、製造業は高度に自動化された産業であると考えていますが、それは正しいです。ロボットは、クッキーからコンピューター、コンバーチブル車まで、あらゆるものを生産するプロセスを自動化するために広く使用されています。しかし、競争の激しい市場では、メーカーはコストを削減しながら生産能力とカスタマイズ能力を向上させる必要があります。オリンピックのレスリングチャンピオン、ケール・サンダーソンはこう言っています。「努力を続け、進化を続け、革新を続けなければ、失敗するだろう。」

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そのため、多くの企業は、人工知能 (AI)、ビデオ分析、拡張現実と仮想現実 (AR/VR)、ロボティックプロセスオートメーション (RPA) などの最先端技術を含む、インダストリー 4.0 技術を導入して、多数の IoT デバイスを展開し、IT 機能 (クラウド コンピューティングとエッジ コンピューティング) を向上させる必要があります。これは実際には IT (情報技術) と OT (運用技術) の組み合わせです。

IoTデバイスはインダストリー4.0の基盤です

IoT センサー、機器、高解像度カメラの使用は、インダストリー 4.0 を実現するための基盤です。これらのデバイスは、設置されている場所から情報を収集することができ、これらがなければ産業施設は適切に機能できません。接続されるエンドポイントが増えるにつれて、膨大な量のデータをリアルタイムで送信および調整することが大きな課題になります。企業は、スケーラブルかつ信頼性の高い方法で、多数の IoT デバイスにわたるワークロードを適切に処理できる堅牢なソリューションを導入する必要があります。ほとんどのメーカーは通常、最大 1Gbps (CAT5e) および 10Gbps (CAT6A) のデータ転送速度をサポートできるスマート ファクトリー向けに設計された物理的なイーサネット ケーブルと相互接続システムを使用しています。高解像度のビデオを送信する場合や、機械や制御システムがリアルタイムで動作している場合は、より高い容量が重要になります。

ハイバンド5G（mmWave 5G）がリリースされる前は、通信ケーブルを使用してデバイスと工場システムを接続するのが最も高速で信頼性の高い方法でした。 5G は、ケーブルを敷設する必要なくイーサネットに匹敵する通信機能を提供し、最終的にはダウンロード速度 20Gbps、そして同様に重要なアップロード速度 10Gbps を達成すると予想されています。 5G では、ミリ秒 (ms) 単位で測定されるネットワーク遅延の問題も事実上解消されます。超信頼性低遅延通信 (URLLC) を使用する 5G ネットワークでは、理論的には遅延を 1 ミリ秒まで短縮できます。利点は、すべてのマシンとロボットがリアルタイムで同期されることです。 5Gネットワ​​ークの仕様によれば、1平方キロメートルあたり最大100万台のデバイスをサポートでき、これはインダストリー4.0のマシンツーマシン（M2M）通信負荷に対応できる膨大な数です。したがって、5G は容量、速度、ほぼゼロの遅延を提供し、さらに、ハード通信回線によって制限されないという利点も提供します。なお、高周波数帯5Gは現在主に試験段階ですが、将来的には間違いなく優先される通信技術になるでしょう。

データはソースの近くで処理する必要がある

多数の IoT デバイスが、時間に敏感なプロセスを IT インフラストラクチャに接続するために 5G テクノロジーにますます依存するようになるでしょうが、IT システムはどこに配置されるのでしょうか? IoT は定義上、インターネットに接続されていることを意味しますが、インダストリー 4.0 の場合、数百または数千キロ離れたハイパースケール クラウド データ センターと通信することは意味があるのでしょうか?これは一部のテクノロジーでは意味があるかもしれませんが、他のテクノロジーでは意味がありません。インダストリー 4.0 は、さまざまなテクノロジーが連携して統合されたシステムを構築する、かなり複雑な分野です。システムには、オンプレミス (エッジ) とオフプレミス (中央またはコア) の展開を組み合わせる必要があるデータ センター アーキテクチャが含まれています。 5G は超高速で遅延のないワイヤレス接続を実現しますが、これはローカルの製造環境内に限られます。ユーザーから集中型クラウド データ センターまでの伝送パスには距離とネットワーク「ホップ」が伴い、深刻な遅延が発生します。本当に遅延のないプロセスを実現するには、工場の現場でエッジ コンピューティングが必要になります。これにより、データは集中型データセンターではなく、ソースの近くで処理できるようになります。

ビデオ分析、拡張現実、自律ロボットのリアルタイム制御は、コンピューティング能力をローカルエッジに押し上げる主要なテクノロジーです。ローカル エッジは、エンドポイントとコア IT インフラストラクチャ間の重要な場所になります。最良の結果を得るには、エッジ データ センターを製造環境の近くに配置するか、物理的に組み込む必要があります。たとえば、高帯域幅のビデオを使用すると、品質管理アプリケーションが増加します。高解像度カメラを使用したリアルタイム統合ビデオ分析 (IVA) では、1 時間あたり約 300 GB のデータが生成され、これをリアルタイムで処理する必要があります。多くのシステムでは複数のカメラが使用されるため、データの量は膨大になります。ユーザーにとって理想的なソリューションは、ほこり、水、熱、電力干渉からサーバーを保護する専用のマイクロデータセンターを構築することです。

機械は5Gを使って相互にやり取りし、情報を共有する

5G により、機械同士が通信して情報を共有することも可能になります。これにより、リアルタイム データに基づく、より高度な視覚化とシミュレーションが可能になります。デジタル世界からの決定と行動は、物理世界の動きに変換されます。たとえば、製造機械は、原材料の可用性、ロボットのパフォーマンスと可用性、エネルギーコストに基づいて生産効率を分析し、何をいつ製造するかを決定できます。

製造設備の摩耗やデジタル ツインのデータ分析は、集中型クラウド プラットフォームによって効率的に処理できる、時間的に重要でないテクノロジの例です。

シュナイダーエレクトリックは、通信事業者オレンジと協力し、フランスのル・ヴォードルイユ工場で産業用5Gの試験を実施する。このプロジェクトは、情報技術 (IT) と運用技術 (OT) の融合を促進し、包括的な共同イノベーションアプローチを実現します。 5G 対応の屋内試験では、メンテナンス技術者の活動のための拡張現実と、リモート アクセス用のテレプレゼンス ロボットの実装という 2 つのユース ケースがサポートされます。さらに、大きな可能性を秘めた技術（人工知能や仮想現実など）をテストするための試験がさらに開発される予定です。 5G はソフトウェア定義のアプリケーションであるため、さらなる可能性をもたらすソフトウェア アップデートがいくつかあるでしょう。

インダストリー 4.0 は、情報技術 (IT) と運用技術 (OT) を統合したデジタル変革における重要なステップです。産業プロセスの自動化は、インダストリー 4.0 テクノロジーを安全かつ確実に提供するために、大容量、高速、低遅延、信頼性の高い 5G とエッジ コンピューティングに大きく依存します。