インダストリアル4.0のディスラプターWireless mesh

インダストリアル4.0のディスラプターWireless Mesh

工場などの過酷な環境において、ワイヤレスメッシュ技術は、データ通信のディスラプターとなる

もう何年もの間、インダストリアル4.0又はファクトリー4.0のキーワードが叫ばれ続ける中、そのトレンド分析の中でIoTと次の産業革命が予測され続けてきましたが、ようやく今、近未来の工場のアイデアが現実のものとなりつつあります。そして、その中で、ワイヤレス接続技術についても、数多くの企業が、通信回線で連結された工場の優位性について模索する中で広く議論していますが、デバイス間の接続性は、まさに次の産業革命の発展において重要な前提条件になります。

信頼性の高いワイヤレス接続は次世代のゲームチェンジャーとなる

デバイス間通信において、そのシステムをデザインする上では、データ遅延、装置の寿命、信頼性とまた、施工する場所が過酷な通信環境である事を、無線と物理環境の両面で、設計基準として考慮しなければなりません。このような場面において、無線技術は設置の作業を簡略化するだけでなく、新規事業の基盤技術として大きな資産になりえます。

ワイヤレスセンサーの設置は、今後数年間で、指数関数的な速度で成長すると予測されており、その中で信頼性の高い無線接続が製造業におけるモノのインターネットを可能にするゲームチェンジャーになる可能性が示唆されています。しかしながら、多くの産業用アプリケーションでは、混雑する無線環境や物理的な通信の阻害要因によって、その制約が指摘されています。高電圧機器、例えばエンジン、溶接機、ロボット、インバーターなど、高出力の電気機器が、工場には多数存在し、それらが発する電磁汚染は無線接続に大きな影響を与えます。

こうした厳しい環境にあるインダストリアル4.0において、ワイヤレスメッシュ技術の大きな利点は何か?又どのようなことが可能で、厳しい環境におけるワイヤレス通信では、何を気にして設計しなければならないのか?LumenRadio社のホワイトペーパーから紐解き、ワイヤレス化の利点と導入の際に検討すべき項目をご紹介いたします。

なぜ、ワイヤレスメッシュが厳しい環境に有効なのか?

ワイヤレスへ移行すべき理由と有線ネットワークを捨てるべき理由

ワイヤレスコネクティビティーとインダストリアル4.0は、現在もインダストリアルマーケットのトレンドであり、共通のテーマです。しかしいまだにワイヤレスソリューションに関して、その実用性に懐疑的な見方があるのも事実です。その主な理由は、ブラウンフィールドに設置されるワイヤレスデバイスが、元々厳しい環境向けに設計されていないプロトコルに基づいており、結果、それらは信頼性の高い方法では動作していないことです。ではどのように最適な技術を選択し、信頼性を保証するプロトコルを選ぶのか?そして、未来をよくするワイヤレスソリューションを選択する方法にはどんな方法があるのでしょう?

*ブラウンフィールド 補修やアップグレードのプロジェクトの意味

ケーブリング VS ワイヤレス

5年前ほど前を振り返ると、ケーブル接続によるセンサーネットワークは、インダストリアル産業向けの又は製造現場における唯一の信頼ある選択でした。それゆえ、いまだ多くの人が信頼性はケーブルのほうが高く、それはフレキシブルで簡単だと考えているかと思います。しかし、ケーブル敷設工事を直視した時、実のところ高価なケーブルの選択や、長い工期、高い作業人件費などの問題に直面しませんか?そしてそれはスケーラビリティーに制限があり、果たしてメンテナンスは容易でしょうか?

今日のワイヤレステクノロジーは非常にインテリジェントで、完全にワイヤレスメッシュが適用されたセンサーネットワークは、ワイヤード接続よりも、さらに信頼性が高くメンテナンスが容易です。製造業などの現場で、ワイヤレス技術の使用は多くの利点を提供しますLumenRadioの省電力ワイヤレスメッシュにより、以前は簡単に展開できなかった場所、例えばモーターが回転するような場所にもセンサーを設置できます。

以下にワイヤレス化の利点についてご説明します。

施工の簡単さとコミッショニングの容易さ

ワイヤードシステムは施工に関して非常に大きな工事コストが伴います。又これらは決してフレキシブルとは言えません。新たなデバイスを追加する時、または設備に新たなアレンジを加える際、さらなる追加工事が伴い、それらは大きなコストドライバーとなります。そしてその時に発生するトラブルシューティングにかかる費用も又、サプライヤー、施工者、顧客との間で大きな不満でした。こうしたコストの削減には、もちろんワイヤレス化によるケーブル削減が大きな効果をもたらしますが、もっともコスト削減に貢献するのは、追加デバイスのコミッショニング時間です。ワイヤレステクノロジーを使えば、モバイルアプリなどを使い、デバイスと通信することが可能で、インダストリアルネットワークへの追加作業が、数週間ではなく数日で可能になります。過去にあった高価で時間のかかる設置、追加作業とさよならです。LumenRadioのワイヤレスモジュールはワイヤレスメッシュと同時に、Bluetoothなどの異なるプロトコルを使用することが可能です。

省電力

正しいワイヤレスメッシュ技術を使うと、リピーターなどを必要とせず、最短かつ最もエネルギー効率の高い方法でデータを宛先にルーティングするインテリジェントな自己修復ネットワークを実現できます。この意味はルーティングのために、余分なトランスミッターを維持する追加パワーサプライなどは必要なく、バッテリー駆動のデバイスが製品のライフサイクル全体で同じバッテリーで動作し続けることが可能ということです。

一度デバイスが危険な場所に設置されてしまい、稼働中となったら、デバイスを開いたりして、デバイスに影響を与えてはいけないため、数年間、運転中にバッテリーを交換することはできません。又、爆発の危険性がある環境下でリスクを抱えたくない場合、製品設計は、ライフサイクル中、非常に過酷な条件に耐えるように設計する必要があります。

これがローパワーワイヤレスメッシュを厳しい環境に設置する事の、主要なベネフィットの1つで、省電力のワイヤレスメッシュを利用することで、こうしたインダストリーで、は、製品のライフサイクル全体を通して、バッテリー交換を避けることができるのです。

迅速かつフレキシブル

(グリーンフィールドとブラウンフィールドプロジェクト)

ワイヤレスシステムは非常に高い柔軟性を提供します。

有線システムでは、インストールプロセスの非常に早い段階で機能を決定する必要がありますが、ワイヤレスシステムは、高いフレキシビリティーを提供するため、決定プロセスの後半で、新たにセンサーを追加することも可能となります。したがって、将来、高価な再アレンジだと考えられていたようなアップデート計画のことは忘れていいのです。ワイヤレスシステムでは、変更を有効にするのは、単にボタンを押すだけです。

グリーンフィールド:以前の作業を前提としないことを意味しており、インフラの工事では、既存の構造物の解体や改造をする必要のないプロジェクトの意味を指します。

ブラウンフィールド:既存設備の改造、アップグレードプロジェクトを意味します。

付加価値サービスの実現

ワイヤレスシステムでは、付加価値を追加するためのドアは常に開いています。

新しいサービスの追加テストも、主要な調査なしで簡単にテストすることができます。


貴重なデータを収集することで、パフォーマンスの最適化や、サービスレベルアグリーメント契約、資産管理の適用など、新しい機会が開かれます。接続されたセンサーは、マシンの状態を制御するだけでなく、それ以外にも数多くの利用価値が見出せます。

ワイヤレス化のために考慮すべきこと

産業用ワイヤレスメッシュを含むワイヤレスによる完璧なIoTソリューションを構築する際に考慮すべきことは何でしょうか? 残念ながら、「1つの接続ソリューションがすべてに適合する」ということはありませんが、以下の6つの要素を考慮することは、ワイヤレス導入を検討する際に大いに役立つでしょう。

スマート製品に無線技術を選択する際、考慮が必要な重要な設計要素があります。分類(Classification), 無線障害、法律、認証、セキュリティは、対処する必要がある重要な要素の一部に過ぎません。最短のレイテンシ、最高のスループット、最大のデータレートを低コストで得るためには、物理的な制限があり、アプリケーションに適したソリューションを選択することが非常に重要です。

低消費電力

バッテリー駆動のメッシュネットワークは競争上の優位性になり得るか?

ワイヤレス接続ソリューションの中には、バッテリー駆動のセンサーで何年も動作させることができるものがあります。これは、チップ上の無線機を可能な限りスリープモードにすることで、無線接続が最小限の電力を消費する場合にのみ可能です。

電池駆動のセンサーで動作する無線接続ソリューションは、ブラウンフィールド機器の改造には大きなメリットがあります。電源は通常、マシン本体の電源をカバーし、電源にセンサーデバイスの相乗りを許容していないケースが多いからです。

グリーンフィールド機器の場合、センサーがバッテリーで稼働すると、設置コストを大きく削減することができます。センサーのための配線はコストが高くつき、さらには、これらシステムは変更に対しても柔軟性がなくなります。

信頼性と堅牢性

電波干渉の悩みで夜、眠れないことがないですか?

無線接続の信頼性は、それが適切に機能するためにも、また電力効率の良い無線センサーネットワークのためにも非常に重要です。ネットワークの途中でデータパケットが失われた場合、パケットを再送信する必要が発生します。これにより、ネットワーク内のデータ冗長性の数が増加し、ネットワークを混雑させます。無線機は、すべてのデータパケットに対処するために、より頻繁にオンになる必要があり、したがって消費電力の増加をもたらします。

*ファームウェアの無線アップデート”FOTA”

ランニングモードの状態でソフトウェアを更新する

接続テクノロジーまたはアプリケーションファームウェアを、現場で更新する予定がある場合は、選択したコネクティブテクノロジーが「FOTA」を提供しているかどうかを考慮するのは価値があります。メッシュネットワークがバッテリ電源で動作している時、バッテリを消耗しないFOTA機能を備えることも重要です。これにより、FOTA機能がうまく機能しないという理由だけで、バッテリーを交換する必要がなくなります。

データレート

ネットワークで送信するデータ量はどれくらいですか?

顧客の具体的なニーズに応じて、選択すべきワイヤレス接続ソリューションは異なります。例えば、定期的に温度データと小さなデータパケットを送信したい場合は、低電力ワイヤレスメッシュは完璧な選択です。しかし、ビデオストリーミングを送信したい場合は、低電力ワイヤレスメッシュよりも優れた技術があるでしょう。

コミッショニングおよびマルチプラットフォームのサポート。

製品との対話に最適な方法とは?

スマートフォンを介してワイヤレス機器と対話することは、例えばネットワークへのコミッションの際に非常に便利です。コミッショニングのために特別に開発されたツールを必要とせず、代わりにスマホを使用すれば、ワイヤレス接続の知識がない人にシステムの設置を引き継ぐことができます。

スケーラビリティ

どのくらいの規模のネットワークを構築するつもりですか?

メッシュネットワークの複雑さは、ノードの数に応じて増加します。ノードは全く同じタイムスロットで送信するために同期する必要があり、そうしないとネットワークが同期しなくなります。ネットワーク内のデータフローは、データを収集するノードが増えれば増えるほど増加します。したがって、データパケットの再送を避けるために、大規模なメッシュネットワークで超信頼性を持つことが重要です。