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      • 発行日 2025年1月21日
      • 最終変更日 2025年2月10日
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    エンジニアリングとインダストリー4.0の融合

    インダストリー4. 0は、エンジニアリング産業において広がっています。このガイドでは、エンジニアがどのようにインダストリー4.0に適応し、活躍できるかを紹介します。

    Engineering in Industry 4.0

    ソリューション・エンジニア、アリスター・スティールによるレビュー(2024年4月)

    インダストリー4.0とIIoTが製品の設計と製造の方法に革命をもたらす中、エンジニアはこの分野に適合するよう、スキル、知識、実務を継続的に適応させる必要があります。このガイドでは、インダストリー4.0技術のメリットと、IIoTソリューションを導入する方法について紹介します。

    インダストリー4.0とは?

    インダストリー4.0とは? インダストリー4. 0は、第4次産業革命であり、その革新的な技術と概念を意味します。これまでの3つの産業革命は、機械化と蒸気動力、電気と組立ライン、エレクトロニクスとコンピュータ、オートメーションの進歩であると広く考えられています。

    第4次産業革命は、データ主導で高度に相互接続された世界における産業用アプリケーションの台頭です。インダストリー4.0は、産業用機械がインターネットや相互に接続し、品質管理、サプライチェーン管理、メンテナンス、オートメーションにおける迅速な実行と最適化を可能にすることを特長としています。インダストリー4.0はまた、クラウド・コンピューティング、AI、機械学習、ロボットを導入し、無駄を省き、エネルギー効率を高めてランニングコストを削減します。

    インダストリー4.0で事業を展開する企業は、自社の事業をよく理解し、この革命で成功することができます。

    インダストリー4.0の技術

    インダストリー4.0の技術は、多くの人にとって馴染み深いものです: AI、3Dプリント、相互接続されたデバイスなどです。これはこの「革命」の重要な要素です。スマートフォンやその他のオンラインデバイスは、生活の至るところで使用されており、エンジニアリングや製造業もその中に含まれています。

    IIoT

    産業用モノのインターネット(IIoT)とは、インターネット経由で操作情報を送信できる産業用デバイスを指します。IIoTは、インダストリー4.0の主要な技術であり、産業機器を社内や世界と接続します。IIoTによって、エンジニアや企業は以下のことを実現できます:

    • 遠隔操作
    • 設備稼働監視
    • 初期段階で問題を検出 - 故障になる前
    • 在庫とサプライチェーンの状況を確実に把握
    • 機械資産のランニングコストを把握

    IIoTデバイスを使用するには、IoTゲートウェイやエッジコンピューティングデバイスを通じたデータ管理システムも必要:IIoTデバイスの近くに設置されたデータハブは、複数のデバイスのデータを収集、処理、保護してからクラウドに送信し、待ち時間を短縮することができます。

    3Dプリント

    3Dプリントのような積層造形は、製品を生産し、無駄を最小限に抑えるとともに、従来の製造では過剰にコストがかかり、あるいは不可能でさえあった形状を作り出す能力において革命的です。これにより、これまで手が届かなかった設計や方法が可能になり、さまざまな問題を安価に解決できます。

    3Dプリントによってインダストリー4.0のメリットを獲得する産業は、以下の通りです:

    • 医療:3Dプリントによって、医療用インプラント、人工装具、さらには手術器具が、より簡単かつ迅速に、リーズナブルなコストで入手できます。現在では組織、骨、臓器のレプリカを3Dプリントする技術も開発されてきている。
    • 航空宇宙:民間企業による宇宙開発は、3Dプリンターを活用することで可能になります。金属3Dプリント技術の進歩により、複雑なアルミやチタンの設計も、従来よりも少ないコストで製造できます。
    • 自動車:自動車製造では、プロトタイピングと設計の反復、組立ライン用のカスタム工具と治具、より実行可能な少量生産の特殊車両、カスタマイズのために3Dプリントが導入されています。

    シミュレーションと予測

    コンピュータベースのシミュレーションは、昔からエンジニアリングの手段で用いられてきましたが、インダストリー4.0の技術は、こうしたシミュレーションを次のようなレベルに引き上げます:

    • VRとARにより、製品が環境にどのように適合し、どのように相互作用するかを簡単に視覚化できます。
    • 状態監視と予知保全:計測器を使用して機械に発生しつつある問題を特定し、コンピュータ化された保全管理システム(CMMS)を通じて自動的に対応します。
    • デジタルツインにより、設計と比較してどの程度機能するかを監視できます。

    マイクロプロセッサーは小型化と高性能化を続けており、産業用コンピューティングは、企業が新たなレベルで競争する方法を見出す、驚くほど広範で複雑な作業を実行できます。

    AI

    インダストリー4.0技術が膨大なデータを収集/保存していく中で、人工知能はそれを選別することができます。AIと機械学習は、次のような方法で産業界に導入できます:

    • 機械の振動や他の状態を監視し、メンテナン スのシャットダウンが必要な時期を判断することで、予知保全を実施します。
    • 製品を素早く目視検査することで、手作業による検査を減らし、コストのかかる欠陥を確実に検出します。
    • ヒューマン・マシン・インターフェース(HMI)を、より直感的で、適応性を高め、個々のユーザーに応じて利用できるようにします。
    • 製造ロボットと連動し、出力品質と効率を向上させます。
    • 需要予測と在庫管理によるサプライチェーン管理の最適化を行います。

    エンジニアリングにおけるAIの活用は、インダストリー4.0のメリットの多くを可能にしますが、AIの応用と同様に、倫理的かつ責任を持って使用する必要があります。

    エンジニアリング4.0

    インダストリー4.0は、現代の設計課題に立ち向かうエンジニアによって構築されました。この領域で革新を続けるエンジニアは、常にスキルを研ぎ澄まし、インダストリー4.0の技術がどのように実務に適用されるかを把握します。

    継続的なトレーニング

    すべての専門的業務において、継続的な学習と開発は成長と改善のために不可欠です。これは、変化の速度とイノベーションの頻度が速いことを特長とするインダストリー4.0ではさらに顕著です。インダストリー4.0技術を設計するエンジニアは、提供する製品が適切で有用なものであることを保証するために、技術動向に関する情報と知識を常に得る必要があります。

    multi-band antenna

    データのための設計

    インダストリー4.0やIIoTで動作するデバイスは、データを送信する必要があります。このような環境では、製品を柔軟に設計する必要があります:

    • データの送受信
    • 多くの場合、クラウドコンピューティングサーバー上にある膨大なデータの保存
    • 適切なインターネット接続とセキュリティプロトコル
    • データ転送速度
    • 状況に応じて操作を自動的に調整

    RSはこれらの設計を実現するために、センサ、マルチバンドアンテナ、Bluetoothモジュールと、それらを接続するためのネットワークケーブルを提供しています。

    これらは、インダストリー4.0の下準備にすぎません。インダストリー4.0の最大の課題は、この情報をどう活用するかにあります。

    データを意味づける

    センサーをあちこちに設置し、データポイントからクラウドドライブをデータでいっぱいにします。そしてそのデータを解釈し、それを基に行動してビジネスを成功に導くことは、さらに重要なことです。インダストリー4.0技術がデータを収集し、共有するにつれて、それを解釈し、以下のことを把握します:

    • 機器の潜在的な、あるいは差し迫った故障の指標
    • 効率を最適化する運転条件
    • 設計上の欠陥と、生産開始前にそれを解決する方法
    • 接続されたインダストリー4.0機器が互いの操作にどのように影響し、関連しますか

    エンジニアリングにおけるAIの活用は、このデータ分析をさらに強化し、エンジニアが他の手段では達成できないような有用な結論を導き出すことができます。

    迅速なプロトタイピング

    迅速なプロトタイピングは、CADやCNCを使ったエンジニアリングで確立された能力です。インダストリー4.0技術は、主に3Dプリントによって、新たな可能性を切り開きます。3Dプリントは、設計の概念を具体的な形で以前よりもはるかに速く実現することができます。また、3Dプリントに熟練したエンジニアがチーム内で素早くプロトタイプを作成できるため、設計が本生産に入るまで機械工の時間と設備を節約できます。プリントのスピードは、素早く設計案を提案し、比較できることを意味します。

    エンジニアリングソフトウェアのAIも、より有用な結果を伴う効率的なシミュレーションを実行し、プリントに入る前に模型の欠陥を検出し、3Dプリントの性能を最適化することで、プロトタイピングを改善します。

    迅速なプロトタイピングに対する革新は、新製品の市場投入までの時間を短縮し、ビジネスの先手を打つことができます。

    相互接続を採用

    IIoT対応機械のデータ接続は、単にプロットされたグラフやハードディスクを埋めるだけではありません。エンジニアが課題を解決するための設計工具に、より多くの可能性を与えてくれるのです。インダストリー4.0技術を自由に利用できるようになった今、それらを展開する革新的な方法に積極的に取り組みます:

    • 有効な運転データを得るための新たな監視条件
    • 機械が自動的にコミュニケーションをとり、操作を調整する方法
    • 人的投入を減らすことによって解決できる工場の制約と問題点
    • クラウドコンピューティングとIIoTと連動したERPを使用することで、遠距離でもチームがシームレスに連携可能

    インダストリー4.0のメリットは数多くありますが、最大のメリットはエンジニアの自由な想像力です!

    インダストリー4.0の可能性

    インダストリー4.0の課題を克服しつつ、インダストリー4.0のメリットも活かします:

    • 設計の計算や決断に使える膨大なデータ
    • 他のチームの作業との同期が容易
    • 設計の反復時間の短縮
    • 顧客からの要望やクレームへの迅速な対応
    • 絶え間ない専門能力の向上
    • 効率性の向上
    • 生産性の向上
    • コスト削減
    • 品質向上
    • 柔軟性と特注対応
    • 革新と製品開発
    • サプライチェーンの最適化
    • 安全性と規制準拠
    • 持続可能性

    様々なインダストリー4.0技術と共に、RSはメンテナンスソリューションを通じて、インダストリー4.0のメリットを提供します。

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