5Gキャンパスネットワーク 無線ブローバンド通信用の産業アプリケーションの例。
簡単な概要
低レイテンシと、高い安定性および高いデータ伝送速度：これらは5Gがもたらす特長の一部です。いわゆる5Gキャンパスネットワークは、産業アプリケーションに大きな可能性を約束します。大規模化学企業と複合施設はこれらを検討し、とりわけ無人搬送車システムの運用や、石油貯蔵施設およびサプライチェーン管理において、5Gがどれほど有用かを発見しています。
デジタルトランスフォーメーションの推進要因としての5G
過去を振り返ると、5Gの場合ほど4つの産業連合が合意したことは、おそらくまれでした。2020年11月の共同プレスリリースで、VCI、VDA、VDMA、ZVEI連合は「産業用5Gキャンパスネットワークへの高い関心」を宣言しました。このプレスリリースで、BASFで産業用接続性と産業用モビリティを担当するMartin Schwibach氏は、化学産業を代表して、5Gキャンパスネットワークは「化学産業におけるデジタルトランスフォーメーションを推進するための重要な前提条件である」と述べました。Schwibach氏は、化学産業の新しいテクノロジを推進する人物の1人とみなされています。
他の化学企業同様、BASFがしばらく前から5Gモバイルテクノロジを扱っていることは誰もが知っています。早くも2018年には、雑誌『Wirtschaftswoche』で5Gモバイル通信が「将来BASFのロジスティクスを根底から覆す可能性がある」と解説しています。. BASFのマネージャーMatthias Frankhänel氏は当時、無人タンク輸送が、ルートヴィヒスハーフェン（Ludwigshafen）工場敷地内で、自身をどのように「感じて」いるかを示しました。常に床に埋め込まれビデオカメラと中央制御室の従業員によって厳重に監視されるトランスポンダーに沿って移動します。Frankhänel氏は既に当時、「将来20台以上の車両を使用する場合、5Gテクノロジで転送される大量データのみを受信する」と分かっていました。そこでBASFは、5Gの試験環境を、製造環境内のアプリケーションのさまざまな部分に構築しました。
孤高の威容を誇るモバイルネットワーク
会社は孤立してはいませんでした。2021年5月時点で、126の企業と組織がドイツ連邦ネットワーク庁に対し、3,700～3,800 MHzの周波数帯を地域の5Gネットワークに割り当てるよう申請を提出しました。そこにはフエニックス・コンタクトも含まれていました。このようなキャンパスネットワークは、エッジクラウドと組み合わせることが多く、インダストリー4.0の枠組み内で産業用通信の新しい可能性が開けます。これまでのモバイルテクノロジとは異なり、企業は自社敷地内のこのようなネットワークを完全に制御できるため、自社のデータの支配権を維持して、ネットワークのセキュリティと可用性を決定することができます。しかし、ネットワークを公衆オペレータやその他のプロバイダー経由で設置して運用することも可能で、これによりプロセス産業の中規模企業も使用できるようになります。
AGV（無人搬送車システム）は、BASFの巨大なプラントに原材料を供給し、プロセス産業における5Gモバイル通信向けの可能性のあるアプリケーションとして非常に優れていることを示しますが、それだけではありません。無人車両は通常非防爆エリアを移動するため、監視に必要なライブ動画の伝送は大規模化学プラント内の最初の潜在的なアプリケーションの1つです。防爆が役割を果たすアプリケーション向けには、現在の産業用通信向けの保護コンセプトを早急に見直して、点火源を回避するための新しい要件に適応させる必要があります。
非常用シャワー監視により、直ちに最寄りの対応可能な医療施設にアラートを送ることによって、プラントスタッフの安全性を向上させることができます
5G向けの潜在的アプリケーション
現在化学産業で議論されている5G向けのアプリケーションは、2025年頃から可能になると想定ができます。これにはAGVの運用に加えて、例えば監視と最適化向けのインダストリー4.0に典型的な、ビッグデータ伝送をはじめとする製造の多数のアプリケーションが含まれます。非常用シャワーが使用中であることをレスキューチームに通知するなど、セーフティクリティカルなアプリケーションも含まれます。
重点レベル監視では、重点レベル、温度、圧力などの重要なシステムパラメータの逸脱は、通信ネットワーク内で早い段階で検出
ロジスティクスとサプライチェーン管理の分野には、他にも多くのアプリケーションの可能性があります。例えば、在庫管理の観点で、タンクの充填レベルを自動的にサプライヤに送信して、必要に応じて発注すれば、サプライチェーンのギャップを避けることができます。原理としては、他の通信テクノロジを使用しても実現することができます。しかし、フエニックス・コンタクトのように5Gネットワークが利用できる場合は、このようなアプリケーションに使用するのは理にかなっています。
逆方向への伝送も可能：サプライヤは、プロセス最適化などのために、現在の製品バッチに関する品質情報を、それを使用するプロセス企業に納品する前に送信することができます。製造プロセスのトレーサビリティの目的で、データを転送するその他のオプションもあります。これは医薬品と食品産業では以前から必須でした。無線技術を使用して、中間製品から収集される追加の品質データを、わずかな作業でQM管理センターに伝送することができます。
拡張現実がメンテナンス作業中にサポートを提供
ドローンによる簡単な監視
5Gのもう一つのケースは、大規模またはアクセスが困難なシステム（スチームクラッカー、石油プラットフォーム、大規模石油貯蔵施設など）のセキュリティ監視の一部として動画信号を伝送することがあります。化学工場パーク内の一部の企業の消防隊などで既に使用されているように、熱感知赤外線カメラを備えたドローンは、将来企業や倉庫から自律的に離陸して、監視下で動画データを転送してリアルタイムで評価することができます。そのため、火災が発生する前にホットスポットを発見することができます。
5Gにより、メンテナンスチームが作業を最適化する機会も開けます。例えば、スマートグラスとタブレットによる拡張現実のフレームワーク内で、2つのインダストリー4.0アプリケーションが長期にわたり部分的に普及し実装されています。社内5Gキャンパスネットワークを使用して、いつでもサービススタッフに技術的指示を与えたり、システム内の現場で短い動画を提供したりすることができます。このビジョンによれば、モバイルワーカーのチーム全体や無人搬送車によって生じる大量のデータ転送でも、ボトルネックが発生することはなくなります。
産業用5Gのさまざまな特性は、アプリケーションに応じて使用可能
5Gは貴重なサービスを備えている
これらすべての潜在的アプリケーションを視野に、5Gテクノロジの1つの特長が特に重要です。他の携帯電話規格とは異なり、5Gは本格的な通信インフラです。さまざまな方法でリソースや優先順位を機器に割り当てる機能など、貴重なサービスが含まれます。製造オペレーションの重要な機能の監視には、データ伝送中の高度な信頼性が必要です。ここでの優先順位は、適切に高いレベルに設定する必要があります。しかし、予知保全の途中の多数のポンプの状態監視用のデータは、通常タイムクリティカルではありません。そのため優先順位は低く設定されます。
必要なデータ伝送速度も、かなり低いです。非常用シャワーの例は、低いデータ伝送速度は優先順位の低さと相関する必要はないことを示しています。医療施設が、非常用シャワーが使用されていることを認識するために必要なのは単独の信号のみです。しかし、これはできるだけ迅速に到達する必要があります。一方、AGVを運用するためには高いデータ伝送速度が必要ですが、優先順位は低いです。データハイウェイが実際に逼迫する場合、AGVは最寄りの安全な停止位置に一時的に駐車することができます。
将来の展望
5Gネットワークには、産業オペレーションの非常にさまざまなアプリケーションのニーズに対応できるように調整するオプションがあり、5Gは他のすべての伝送テクノロジとは一線を画しています。そのためいつか、少なくとも大規模産業施設では、唯一の通信規格になるかもしれません。これは確かに、未来の夢です。さまざまな無線および有線ベースの接続テクノロジの混在により、おそらくプロセス産業のほとんどの企業が、これからの長い期間に形成されるでしょう。そして将来、多くの小規模化学企業は完全に5Gなしで作業しているでしょう。しかし5Gは、AGVとドローンによるイントラロジスティクスのアプリケーション、ならびに状態監視とメンテナンスの範囲内のアプリケーションで、わずか数年後には多数の企業でそのメリットが示されるでしょう。
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