産業用モノのインターネット（IIoT）は、大規模な組織がコアからエッジまでエンドツーエンドの接続環境を構築できるようにする一連のデバイスとアプリケーションとして定義されます。{0}{1}また、スマート デバイスを利用してデータを収集し、イベントに対応し、より多くの情報に基づいた意思決定を行うための、コンテナや物流トラックなどの従来の物理インフラストラクチャも含まれています。
産業用モノのインターネット (IIoT) は、モノのインターネット (IoT) の拡張であり、消費者分野で多くの用途があります。 IoT のユースケースには、Alexa 音声認識を使用して遠隔から照明を消す Amazon Echo などのスマート ホーム デバイスが含まれます。
産業運用においては、このテクノロジーは複雑なインフラストラクチャや大型機器を備えた環境で大規模な商業採用が見られています。{0}対照的に、産業用 IoT では、工場全体の暖房、換気、空調 (HVAC) システムをリモートで管理できます。これは、業務運営の管理を合理化し改善するための産業用 IoT のユースケースの 1 つにすぎません。
インダストリアルIoTはどのように機能するのでしょうか?
インダストリアル IoT は IoT のサブカテゴリであり、企業はコストを削減して成長を促進するために、産業データに接続、監視、分析、および操作する方法を再定義しています。
インダストリアル IoT の背後にある考え方は、産業施設内の「ダムデバイス」によって長年にわたって生成されたデータを使用することです。組立ラインのインテリジェントマシンは、データをより速く取得して分析できるだけでなく、重要な情報をより速く伝達できるため、ビジネス上の意思決定をより迅速かつ正確に行うことができます。
情報技術 (IT) と運用技術 (OT) の統合により、産業用モノのインターネットが推進されます。これは、デバイスとデバイスを接続し、センサー技術を通じてデータを収集して分析し、それをサービスとして機能するプラットフォームに直接統合するネットワーク マトリックスです。インダストリアル IoT は、経済拡大の多くの機会を伴う産業ユースケースの新時代の到来を告げます。
インダストリアル IoT は、工場現場から大量のフィールド データを収集し、接続されたノードを介して送信し、サーバー上で分析し、その情報をクラウド プラットフォーム上で実用的な洞察に変換します。これにより、企業は特定の市場や対象ユーザーに対してより適切な意思決定を行うことができます。つまり、インダストリアル IoT は、アクチュエーター、センサー、コントローラー、接続されたスイッチ、ゲートウェイ、産業用パーソナル コンピューター (IPC) などのエッジ デバイスをクラウドに接続するシステムです。
インダストリー 4.0 と産業用 IoT はどのように関連していますか?
インダストリー 4.0 は、第 4 次産業革命の産物です。第 4 次産業革命は、従来の自動化された製造と、スマート テクノロジーや自律通信デバイスを活用した産業プロセスとの統合として定義されます。
I4.0 または I4 と略される「インダストリー 4.0」という用語は、過去 20 年間にわたって産業プロセスのデジタル化を強く主張してきたドイツ政府の取り組みとして 2011 年に登場しました。
ボストン コンサルティング グループが説明しているように、積層造形または 3D プリンティング、拡張現実 (AR)、自律型ロボティクス、ビッグデータ分析、クラウド コンピューティング、サイバーセキュリティ、水平および垂直システム統合、シミュレーションに加えて、産業用モノのインターネット (IoT) がインダストリー 4.0 の主な柱です。これは、マシンと分散デジタル環境間の自律通信により、これまで人間の介入が必要だった問題を自動的に解決できるためです。
インダストリー 4.0 には、より広い文脈での産業用モノのインターネット、デジタル化、企業の持続可能性が含まれます。インダストリアル IoT はインダストリー 4.0 の原動力であり、インダストリアル IoT がなければインダストリー 4.0 は存在しません。言い換えれば、産業用 IoT は、データ検出、データ送信、データ計算、データ処理、およびドメイン固有のスマート アプリケーションに限定されています。{4}}
産業用モノのインターネットのアーキテクチャ
典型的な産業用 IoT アーキテクチャは、センサー、IoT デバイス、データ ストレージ、その他のレイヤー間のネットワークとデータ接続を提供するデジタル システムの配置を記述します。したがって、産業用 IoT アーキテクチャには次のものが必要です。
1. ネットワークのエッジにある IoT デバイス
これらは、IoT エコシステムのエッジに位置するネットワーク オブジェクトのグループです。これらは、データ ソースの場所にできるだけ近い場所に配置されます。これらは通常、産業環境におけるワイヤレスのアクチュエーターとセンサーです。処理装置または小型コンピューティング デバイスと、観察エンドポイントの集合。エッジ IoT デバイスには、ブラウンフィールド環境の従来のデバイス、カメラ、スピーカー、センサー、その他のメーターやモニターが含まれる場合があります。
ネットワークの最も遠いエッジでは何が起こっているのでしょうか?センサーは周囲の環境や監視しているアイテムからデータを取得し、その情報を IoT プラットフォームが分析して実用的な洞察に変えることができる指標や数値に変換します。アクチュエーターは、観察された環境で行われるプロセスを制御します。データが生成される物理環境が変化します。
2. エッジデータ管理と初期処理
高品質で大量のデータがなければ、高度な分析と人工知能はその可能性を最大限に発揮できません。{0}センサーレベルでもデータ処理が可能です。
この点に関しては、データがネットワークのエッジ、つまりセンサー自体で前処理されるため、エッジ コンピューティングが最も速い答えを提供します。{0}ここでは、デジタルデータと集約データを分析できます。関連する洞察が収集されたら、収集した情報をすべて送信する代わりに、次の段階に進むことができます。この追加処理により、データセンターまたはクラウドに送信されるデータの量が削減されます。
3. 高度な処理を実現するクラウド
エッジ デバイスの前処理機能には制限があります。ローカルのコンピューティング能力の消費を制限するためにエッジを可能な限り近づけていますが、ユーザーはより深く徹底的な処理のためにクラウドを利用する必要があります。
そしてその時点で、エッジデバイスの俊敏性と即時性を優先するか、クラウドコンピューティングの高度な洞察を優先するかを選択する必要があります。クラウド-ベースのソリューションは大量の処理を実行できます。ここでは、さまざまなソースからのデータを集約し、エッジでは利用できない洞察を提供できます。
産業用 IoT アーキテクチャのコンテキストでは、クラウドがその役割を果たします。
ハブ:テレメトリとデバイス制御に加えて、フィールド システムへの安全なリンクを提供します。必要に応じて、ハブは複数の場所にわたるローカル システムへのリモート接続を提供できます。接続管理、安全な通信チャネル、デバイスの認証と認可などのすべての通信要素を維持します。
ストレージ：処理の前後の情報を保存するために使用されます。
分析:データの処理と分析に貢献します。
ユーザーインターフェース:通常は Web ブラウザ インターフェイスを通じてエンド ユーザーに配信される分析結果の視覚化を提供しますが、電子メール、SMS、電話アラートを通じても提供されます。
4. インターネットゲートウェイ
ここではセンサー データが収集され、インターネット ゲートウェイでさらに処理するためにデジタル チャネルに変換されます。集約されデジタル化されたデータを取得した後、ゲートウェイはそれをインターネット経由で送信し、クラウドにアップロードする前にさらに処理できるようにします。ゲートウェイはエッジ データ収集システムの一部のままです。アクチュエーターやセンサーに隣接し、エッジで初期データ処理を実行します。
ゲートウェイはハードウェアまたはソフトウェアとして導入できます。
ハードウェア:ハードウェア ゲートウェイは自律型デバイスです。ダウンストリームセンサー接続用に有線 (アナログおよびデジタル) および無線ベースのインターフェイスを提供します。インターネット接続もローカルで、またはルーターへの標準リンク経由で提供されます。
ソフトウェア：PC では、ハードウェア ゲートウェイに接続する代わりにソフトウェア ゲートウェイをインストールできます。ソフトウェアはバックグラウンドまたはフォアグラウンドで実行され、ハードウェア エントリ ポイントとして上流および下流の通信リンクを提供し、PC が物理インターフェイスを提供します。ソフトウェアベースのゲートウェイにより、ユーザー インターフェースを介してビジョン センサーの設定とセンサー データの表示にアクセスできます。-
5. 接続プロトコル
産業用 IoT システム間でデータを送信するにはプロトコルが必要です。これらのプロトコルは、理想的には業界標準であり、明確に定義され、安全である必要があります。{{1}プロトコル仕様には、接続と配線の物理的特性、通信チャネルを確立する手順、そのチャネル上で送信されるデータの形式が含まれる場合があります。
産業用 IoT アーキテクチャで使用される一般的なプロトコルには次のものがあります。
アドバンスト メッセージ キュー プロトコル (AMQP):これは、接続-ガイド付き、双方向、多重化、コンパクト データ-エンコードされたメッセージング プロトコルです。 HTTP とは異なり、AMQP は IIoT- 指向のクラウド接続用に構築されています。
MQ テレメトリ トランスポート (MQTT):これはコンパクトなクライアント-サーバー メッセージング プロトコルです。MQTT は、メッセージ フレーム サイズが短く、コード領域が最小限であるため、IIoT デバイスに適しています。
制約付きアプリケーション プロトコル (CoAP):これは、ユーザー データグラム プロトコル (UDP) を含むトランスポート層上に展開できるデータグラム指向のプロトコルです。CoAP は、IIoT 要件向けに開発された HTTP の圧縮バージョンです。
6.産業用IoTプラットフォーム
産業用 IoT システムは、バリュー チェーン全体の運用を調整、監視、制御できるようになりました。これらのプラットフォームは、デバイス データを制御し、エッジ デバイスの分析、データ視覚化、人工知能 (AI) タスクを管理し、場合によってはセンサーをクラウドと直接やり取りします。
インダストリアル インターネット リファレンス アーキテクチャ (IIRA) は、産業用 IoT 分野で複雑なシステムを開発するためのリファレンスとして使用できます。一般に、IIRA のフレームワークは、組織がフィードバックと反復を含むシステム アプローチを使用してフレームワークを設計することを推奨しています。さらに、エネルギー、医療、運輸、政府用途などの特定のビジネス分野向けに産業用 IoT 設計をカスタマイズすることを推奨しています。
インダストリアルIoTのメリット
インダストリアルIoTには以下のようなメリットがあります。
1.効率の向上
インダストリアル IoT の最大の利点は、企業の自動化を支援して業務効率を最大化できることです。さらに、物理デバイスは、パフォーマンスを継続的に監視するセンサーを介してソフトウェア ソリューションに接続できます。これにより、組織は特定のデバイスやフリート全体の運用効率をより深く理解できるようになります。さらに、産業用 IoT により、データに基づいた意思決定--とすべての生産プロセスのリモート監視が可能になります。
2. 生産量を増やす
デバイスの使用量が増えることで、IoT 製造プロセスを持つ組織は生産性を向上できる可能性があります。前述したように、ネットワーク接続されたデバイスは、機器の動作に関する洞察を提供できるデータの継続的なストリームを提供します。これにより、機器の全体的な効率が向上し、稼働中のマシンのパフォーマンスを最大化できます。さらに、産業用 IoT デバイスの使用により、人的資本の活用が向上します。スマート デバイスを使用して、単純で反復的で危険な作業を実行できるため、従業員は他のより戦略的な生産関連タスクに専念できるようになります。-
3. エラーの削減
産業用 IoT の使用により、企業は生産業務の自動化を余儀なくされています。産業運営から人的要因を排除することで、不良品が組立ラインから流出する原因となる非効率性が排除されます。品質欠陥が減れば、顧客満足度やブランド認知度が向上し、企業の収益性が向上します。
4. 予知保全の要件
予知保全は、生産データを分析してパターンを特定し、差し迫った問題を予測することで資産の故障を回避する戦略です。
産業用 IoT センサーを産業用機器に統合すると、状態に基づいた管理通知が可能になります。{0}}これらのセンサーは、作業エリアの温度、湿度、その他の環境変数、材料の組成、輸送要因が輸送にどのような影響を与えるか、または与える可能性があるかを記録します。このデータはすべて予知保全に役立ちます。その結果、資産の障害が回避され、コストが削減され、マシンのダウンタイムが最小限に抑えられます。
5. 作業者の安全を確保する
スマート製造により、すべての産業用 IoT センサーが連携して従業員と職場の安全を監視し、安全性を向上できます。統合された安全システムは、職場、生産ライン、従業員を保護します。インシデントが発生した場合は、施設全体に通知し、活動を停止し、上級管理者が問題を解決するために仲介することができます。このインシデントは、将来の再発を回避するために使用できる有益な情報を生成する可能性もあります。
6. エネルギーコストの節約
産業運営は世界的な電力供給の主要な供給源ですが、これは持続可能性と全体的な収益に悪影響を及ぼします。センサーや小型デバイスを使用してシステムを継続的に監視すると、無駄につながる非効率性が明らかになる可能性があります。これには、機器の監視だけでなく、機器の温度、水の使用量、湿度、照明の調整などの統合的な運用も含まれます。さらに、IoT テクノロジーの進歩により、センサーの消費エネルギーが減少しており、これは確かに恩恵です。
7. フィールドサービスと顧客エクスペリエンスの向上
インダストリアル IoT は、フィールド サービスの提供を向上させるのに役立ちます。これは、時間、コンテキスト、特定のサービス操作への技術者の関与などの側面によって決まります。インダストリアル IoT により、リアルタイムのデータ可視化も可能になります。-これは、相手先ブランド製造業者 (OEM)、最終消費者、およびその他の関係者が、発生するリスクと困難を認識し、結果として前向きな経験が得られることを意味します。
インダストリアルIoTの例
小売から製造に至るまで、ほとんどの注目すべき業界や企業が何らかの形で産業用 IoT を使用しています。ビジネスにプラスの成果をもたらした産業用 IoT の注目すべき例をいくつか紹介します。
1. ペプシコは資産追跡に産業用 IoT を使用
輸送、車両、梱包に組み込まれた産業用 IoT コンポーネントは、最初から最後まで在庫を追跡するのに役立つ可能性があります。また、在庫レベルを追跡することで、需要と供給のバランスを維持する必要もあります。 pepsiCo は、この産業用 IoT ユースケースを利用する企業の一例です。市場の需要に適応し、在庫システムの可視性を管理し、補充ルールを自動的に調整するために、多数のテクノロジーを採用しています。
2. BMW は、産業用 IoT を使用して製品のデジタル ツインを作成します。
デジタル ツインは、センサーの複雑な集合体を使用して、製品や生産環境の細部や物理的特徴に至るまでの正確なシミュレーションを構築する産業用 IoT アプリケーションです。BMW は、産業用 IoT、人工知能 (AI)、没入型テクノロジーを使用して、工場の生産プロセス全体のデジタル レプリカを構築します。これにより、組織はコストやリスクを伴うことなく、現実世界の環境で製品を開発、評価、最適化できるようになります。-
3. Larsen & Toubro (L&T) は産業用 IoT を使用してリモート監視とコスト削減を実現
エネルギーおよび公益事業部門は大規模な運用インフラストラクチャを使用しており、時には手動操作には適さない危険な状況にあります。このような状況では、産業用 IoT デバイスは、人間のオペレーターの存在なしで重要な運用データを収集および送信できます。たとえば、L&T はインドのグジャラート州に遠隔監視型のグリーン水素ステーションを配備しています。産業用 IoT を使用することで、L&T は運用コストとエネルギーコストを削減し、エネルギープラントの機能に関する関連する洞察を得ることができます。
4. アイルランドの蒸留所は環境モニタリングに産業用 IoT を使用しています
食品および飲料業界は、理想的な環境条件下で製品を製造および保管できる能力に大きく依存しています。産業用 IoT システムは、環境の変化を監視し、製品の劣化が起こる前にフロア管理者に警告することができます。アルコール飲料を製造する蒸留所は、脆弱な環境条件で稼働するため、産業用 IoT の理想的な例です。蒸留所サプライヤーの Frilli は最近、アイルランドの飲料ブランドに産業用 IoT テクノロジーを導入し、プロセスの自動化、効率化、調和を実現しました。
5. エアバスはボッシュの産業用IoTプラットフォームを活用してスマートファクトリーを構築
エアバスは、産業用 IoT センサーを製造現場の機械や設備に統合し、従業員に産業用スマート グラスなどのウェアラブル デバイスを提供することで、誤動作の排除を目指しています。プロセスに間違いがあると、修正するために組織に数百万ドルの費用がかかる可能性があります。エアバスは、ボッシュと提携して「未来の工場」を立ち上げた後、デジタル インテリジェンスを活用して業務を最適化し、生産性を向上させています。
現在、産業用 IoT は大企業にとっての定番であり、Microsoft やアマゾン ウェブ サービス (AWS) などの主要なクラウド プロバイダーが提供する主要なサービスの 1 つです。インダストリアル IoT は、高度なデータ分析とクラウド機能を、機器のメンテナンス、プラントの運用、サプライ チェーン管理、従業員の安全などの産業アプリケーションに拡張します。産業用 IoT プラットフォームからのデータは、デジタル環境での製品のシミュレーションとテストにも役立ち、デジタル システムと物理システムをシームレスに統合して、産業の成果を飛躍的に向上させることができます。