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ネットワーク技術のTSN(Time-sensitive Networking)がスマートマニュファクチャリングに革命を起こすのでしょうか

  • 2020.01.17
標準のイーサネットを拡張する産業用ネットワークとITのためにネットワークを相互運用するネットワーク技術のTSN(Time-sensitive Networking)が如何にスマートマニュファクチャリングに革命を起こすのでしょうか

デジタル変革が叫ばれる新しい時代においてマニュファクチャは、既存のビジネスモデルと対応するインフラストラクチャを再考する必要が生じています。Industry 4.0の時代において適切で競争力を維持するためには、マニュファクチャが単にデジタルテクノロジーを採用し、過去のように孤立したオートメーションされたアイランドに事前定義されたプロセスを展開するだけでは機能しません。 産業の未来は、このデジタル化の新しい波の原動力を理解し、現在の産業オートメーションのモデルがどのように変化するかを理解し、将来の可能性を受け入れることにかかっています。

スマートマニュファクチャリングのビジョン:サービス指向とデマンド指向

マニュファクチャリング戦略は、常に進化しています。ますます多様化するカストの需要の変化に伴い、企業は顧客のニーズに応えると同時に運用効率を高める方法を常に模索しています。過去には、企業は販売予測に基づいて生産を計画し、生産した後、できるだけ早く製品を倉庫の棚に搬入していました。増加する生産量に対応するために企業は、増加する需要に効率的かつ迅速に対応する手段として同じ生産ラインを複数化しました。この方法は、同一仕様の製品を大量生産する場合に有効です。しかし、顧客が同じ製品の異なるバリエーションを望む場合はどうでしょうか?これらのダイナミックで変化の速い顧客のニーズに企業はどのように対処できますか?これらの条件は、既存のマニュファクチャリング戦略を再考する必要に迫られました。企業は、顧客の様々なニーズを同時に満たしながら、より高い生産性を達成することを目指す必要が生じます。これに対応してマニュファクチャリング方法は、仕様が設定された単一の製品の大量生産から、顧客の要求に基づいたon-demandマニュファクチャリングアプローチへと徐々に進化しています。

今日:プッシュ型の供給モデルのエコノミー

将来:プル型の成果モデルのエコノミー

明日へのスマートマニュファクチャリングのビジョンは、時間に敏感で自律的なエンド・ツー・エンドの通信、リアクション、適応、最適化を可能にするために人、物、ビジネスをインテリジェントに結び付けることの1つです。

未来の構想:明日のパデュー(Purdue)モデル

"オートメーションピラミッド"で表される従来のPurdueモデルは、断片化されたままであり、システムのライフサイクル全体にわたって維持することが高価で困難なネットワーク通信の異なるレイヤーの概要を示します。

業界内では、現在のモデルを市場やビジネスの状況をリアルタイムで対応できる"自律的なピラミッド"に転換するよう求められています。この新しく構想されたアーキテクチャでは、自動化とネットワークデータフローの孤立したアイランドは、共通のセマンティックでシームレスに接続されたインフラストラクチャを介して相互に通信できます。

未来のスマートマニュファクチュアリングのためのパデューモデルの自律化ピラミッド

パデューモデルの自律ピラミッドを実装することにより、マニュファクチュアラは、1つのユニファイドネットワークインフラストラクチャを通じてスマートマニュファクチュアリングのビジョンを実現できます。しかしながら、いくつかの基本的な課題が発生します。例えば、すべてのデータが単一のチャンネルをフローするユニファイドネットワークインフラストラクチャでは、ネットワーク管理者はこの透過的な向上が確定的なデータ処理に影響を与えないことを確認する必要があります。更に、適切な意思決定とアクションを時間内に実行できるように管理者は、情報の正しいフローをどのように保証できるでしょうか?

これが、Time-sensitive Networking(TSN)の出番です。

Time-sensitive Networkingの決定

単一の産業環境で重要なアプリケーションデータと重要でないアプリケーションデータを同時に処理できる真に統合され相互運用可能なネットワークを実現するために、IEEE 802.1 Working GroupのTime-sensitive Networking(TSN)Task Groupは、標準的なイーサネットネットワークを介して決定論的なデータ伝送を可能にするための一連の規格を定義しています。この追加された機能層は、長年にわたるイーサネットテクノロジーを将来にわたって保証し、膨大な数の新しいアプリケーションでの使用を拡張します。

標準のイーサネットを拡張する産業用ネットワークとITのためにネットワークを相互運用するネットワーク技術(TSN)の概念は、all-in-oneソリューションよりtoolboxに似ています。どのtoolがアプリケーションに適しているかを決定するには、利用可能な"tool"と各ツールの仕組みを理解する必要があります。

アプリケーション要件に応じて、これらのtoolを様々に組み合わせて、特定のニーズや目的に合わせてインフラストラクチャを構築できます。例えば、IEC/IEEE 60802 Joint Projectで定義されている TSN プロファイルの1つは、toolboxから選択される規格と、それらが産業オートメーションアプリケーションでどのように使用できるかに関するガイドラインを提供することを目的としています。

包括的な観点から、toolbox内のすべての規格は、TSNの次のアスペクトのいずれかに分類できます:

  • 1.時刻同期
    名前が示すように、"Time-sensitive Networking"は、統合され相互運用可能なインフラストラクチャ内のすべてのデバイス間で共通の時間基準を確立することに焦点を当てています。即ち、イーサネットをベースにしながら時間の同期性が保証され、リアルタイム性を担保できるネットワーク。
  • 2.制限された低遅延(レイテンシー)
    これらのコンポーネントは、エンド・ツー・エンドの伝送にノンネゴシアブルの時間割り当て(non-negotiable time period allocation)の概念を採用することによりネットワークを介した確定的なデータ伝送を保証します。
  • 3.超信頼性
    確定的なネットワーク環境のすべてのアスペクトを実装および維持するために最適な信頼性とセキュリティを保証する一連のコンポーネントが定義されています。
  • 4.リソースマネージメント
    ネットワークとアプリケーションがより統合され、規模が大きくなると優れたマネージャビリティと可視性を提供するために追加のツールが必要になります。

TSN規格に準拠するユニファイドインフラストラクチャを作成するための標準イーサネットハードウェアを提供するほかMoxaは、Edge Computing Consortium (ECC), Labs Network Industrie 4.0, Industrial Internet Consortium (IIC), およびAlliance of Industrial Internet (AII)などをホストする世界中のクロスベンダTSNプラグテストおよびテストベッドに積極的に参加しています。また、Moxaは、TSN技術の開発を促進するためのOPC Foundation Field Level Communications (FLC)の最初のサポータの一員です。TSNは、Industry 4.0の可能性とデジタル化の約束を実現するという共通の目標の下で多くの異なる業界団体や市場リーダを結集しています。

ホワイトペーパー:Time-Sensitive Networking(TSN)が産業オートメーションに革命をもたらす

スマートマニュファクチャリングの将来のために真のユニファイドネットワークインフラストラクチャを定義するために国際標準化団体およびMoxaなどのハードウェアベンダがコラボして、標準イーサネットを拡張する産業用ネットワークとITネットワークシステムとの情報通信が混在する中で相互運用の実現を可能とするネットワーク技術であるTime-Sensitive Networking(TSN)を基盤とするソリューションを開発しています。TSNが真のIIoTネットワークを実装するための強固な基盤を形成することで世界のマニュファクチュアラは最終的にIndustry 4.0が約束するすべてのベネフィットを享受できます。