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IoT、インダストリ4.0、産業用イーサネットの必要性

産業用イーサネット: 戦略、ソリューション、サポート

製造及び加工業界における新技術の開発と導入の競争を考えると、興味深い事実が浮かび上がっています。最先端システムを含む、多くのネットワーキングシステムの中核的な機能が、登場から45年近くになるイーサネット技術を基盤にしていることです。

Xerox PARCのRobert Metcalfe氏と同僚は1972年に、さまざまなコンピュータデバイスをつなぐことを目的として最初のイーサネットシステムを開発しました。Robert Bachrach氏の有名な『Xerox Ethernet Memo』(オンラインで閲覧可能)にも記述されているように、イーサネットは最初は懐疑的に見られていましたが、最終的に1976年には特許を取得しました。その後、Xeroxは複数の産業パートナーと開発を進めましたが、1989年にIEEE規格の通信ソリューションになるまで、さらに17年の歳月を要しました。

当時は、トークンリングとトークンパスが一般的(独占的)でしたが、低価格のツイストペア配線への移行が進み、イーサネットが市場の需要に適応するようになったため、トークンリングとトークンパスのプロトコルは、イーサネット製品であふれる市場で競争にさらされるようになりました。1980年代の末までに、イーサネットは市場を席巻していました。

イーサネットは、1970年代の登場以降、大きく進化を遂げており、卓越した機能と、堅牢性に優れたプロトコルとインフラストラクチャにより、オフィスベースの優れたネットワークとして最も多く導入されており、製造、加工、石油ガス、飲食品などの多くの業界で産業用ネットワークに利用されています。

ここで、産業用イーサネットに、動作制御と安全性用途に最適なタイムクリティカル同期、高信頼性ネットワーク、効率がもたらされました。産業用ネットワークでは、オフィス内での設置と比べ、コネクタやケーブルの形状に関して高い耐久性が求められますが、さらに重要なのは、高いレベルの決定論が必要になることです。これは、PROFINET、EtherNet/IP、EtherCATなどの業界固有のプロトコルから得られます。

インダストリ4.0、つまりIoT (モノのインターネット)の登場とともに、小型センサーからエンタープライズシステム、さらにその先まで、シームレスな相互接続性が求められるため、産業用イーサネットが事実上の選択肢となった理由は明らかです。決定論、リアルタイムの制御、安全性への対応に加え、数10km以上もの堅牢な電気絶縁データ送信を可能にするさまざまな光ファイバーを介した最大1GBit/sもの高速通信により、イーサネットの未来は保証されていると言えます。幅広い市場浸透を考えると、その未来はもはや疑いようがありません。

インターネットの基盤プロトコルであるTCP/IPを使用して、組織内で共通のネットワークを構築する利点としては、あらゆるものが互いに通信できるようになることです。これは、これまでもさまざまな変換ソリューションや通信スイッチのおかげである程度は可能でしたが、複数のプロトコルが必要であるため複雑になり、遅延や伝送エラーが発生することもありました。これらはいずれも、動きが早く俊敏な今日の技術部門では許容されません。

産業用イーサネットはIoTとインダストリ4.0に完璧にフィットするため、これからも工場現場に最適な基盤であり続けるでしょう。理想的な応用例には動作制御と機械制御があり、速度とシステム性能の両方が重要です。

産業用イーサネットを後押しする主な要因は、IIoT (産業用IoT)においては特に、データの必要性です。リアルタイムの制御、自動化、動作、安全性に留まらず、傾向分析と性能計画にもデータが必要です。過去にもこのようなことは可能でしたが、シームレスなネットワーク基盤上では実現していませんでした。つまり、組織内のあらゆるレベルで誰もが情報にアクセスして業務に利用できるという考え方はありませんでした。

イーサネットは、IIoTのあらゆるものの中心となり、産業やインフラ、公益事業の管理に役立っていくでしょう。多くのサプライヤがモータ、インバータ、センサー、エンコーダなどのイーサネット対応デバイスを提供するようになり、スマートにコネクトされた工場が出現しています。イーサネット対応デバイスは性能が向上しており、高い投資収益率をもたらします。

しかし、工場や施設の既存のインフラストラクチャを急いで交換する必要はありません。イーサネットを活用すれば、既存のインフラを改良して最新の状態にすることもできます。詳しくはこちらをご覧ください。

工場の枠を超えて通信

産業用イーサネットの通信機能では、工場の壁面や油田掘削装置の上部構造の境界を超えた通信も可能です。伝送される情報は、バリューチェーンのあらゆるレベルで双方向的に共有できるため、海外にある本社から掘削情報にリアルタイムにアクセスしたり、会社が供給/設置した機械をメンテナンスエンジニアが遠く離れたタイムゾーンから微調整したりできます。また、産業プロセス、エネルギーインフラストラクチャ、ビル管理システムなど、従来の分散型システムの相互通信も可能になります。

これらの利点を最大限に活用したい企業にとって、何らかの形でイーサネット戦略を策定することは重要です。イーサネットの成功は短期的なものではなく、40年以上もの開発によって実証されています。IoTは生活のあらゆる面で活用されており、今後もイーサネットが基盤となるのはほぼ確実です。では、企業には何ができるのでしょうか?

業界をリードするオートメーションのサプライヤの多くは、すでに多大な資産を投じて、スマートファクトリやコネクティッドオペレーションの導入を検討している企業を支援するプログラムを提供しています。既存のネットワークの多くは有機的に発展しているため、移行パスは必ずしも明確ではありませんが、企業が思うほど困難ではありません。企業やネットワークを主要なノードとアプリケーション領域とに分けることで、トラフィックのボリューム、距離、速度の定義が簡素化され、ワイヤレスや銅線、光ファイバーといった物理ネットワークの要件(又は制限)も自ずと明らかになるため、作業がより簡単になります。

Schneider ElectricのDave Sutton氏が、イーサネット導入戦略で検討すべきことを概説しています。

ネットワーク又はアーキテクチャ全体の設計が完了したら、ユーザーは伝送される情報を観察して、優先順位、機密性、社内に留めるべき情報か否かなどを確認する必要があります。これは、ソフトウェアとハードウェアのどちらのソリューションでも管理できますが、データの誤用に対応する専用の産業用セキュリティスイートもあります。ネットワークの能力を最適化して機能させるためには、継続的な管理が不可欠です。また、大量の新データを適切に収集、照合、判読できるソフトウェアも必要になります。これらはすべて、業界をリードする多くのプロバイダから提供され、トレーニングや追加のサポートも用意されています。

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