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テクノロジーをさらに進化させる

Moxaは、テクノロジーが機能することを証明するだけでなく、企業が具体的なビジネス上の恩恵を享受できるように、いくつかの実際のアプリケーションにTSNを実装しました。

半導体ウェーハー製造におけるTCO （総所有コスト）の削減

Moxaは、ELS System Technology (台湾の大手リソグラフィソリューションプロバイダー)と協力して、ウェーハープロセスにTSNを統合することに成功しました。このシステムには、ウェーハーのミスアライメント補正システムにマシンビジョンを組み込むことが含まれます。TSNテクノロジーは、高帯域幅ビデオアプリケーションと高信頼性のオンデマンドモーションコントロールCC-Link IE TSNを統合することに成功しました。このソリューションによりミスアライメント補正システムのためのマシンビジョンを完備した安定したモーション コントロール システムを実現しました。 また、MoxaのTSNソリューションは、異なる要件を有する様々なタイプのトラフィックをサポートし、同じオープンで標準的なネットワークを使用してリアルタイムでネットワークトラフィックに関する正確なモーションコントロールデータを提供します。さらに、TSN ソリューションは、ネットワークの経済的な実現性を高め、インフラストラクチャのメンテナンスと拡張を容易にするためTCO（総所有コスト）を削減することにも貢献できます。

ビデオコンポーネントのロギングによりダウンタイムを最小限に抑える

リアルタイムのビデオ監視は、データと帯域幅を大量に消費することが知られています。 TSN の超信頼性と限定的な低遅延により、ネットワークを介してライブビデオを録画およびストリーミングするための統合アプリケーションの構築が実行可能なタスクになります。 三菱電機での目視検査中にすべてのシステムコンポーネントのロギングの改善を支援するためにMoxa は、ビデオストリーム、波形、および関連情報を記録する機能を備えたモジュールを製作し、ユーザが必要に応じてトラブルシューティングを迅速化できるようにしました。エンジニアは、もはや異なるデバイスまたはネットワークを精査する必要がないため重要で同期したビジュアルデータが安全にアクセス、保存、保護されているTSNベースの統合システム上でフォレンジック調査を実施できるようになりました。

TSNがどのように役立つか

TSNは、スマートファクトリーオートメーションの鍵となります。すなわち、決定論的なリアルタイム通信により異なる機器をシームレスに連携させることができるからです。ネットワークの規模と複雑さが増すにつれてTSNは、トラフィックマネージメントを実装し、システムリソースに優先順位を付けて、重要なデータが時間どおりに配信できるようにすることでネットワークの信頼性と安全性が非常に高くなります。 ここでは、TSNの機能を紹介する2つのユースケースと、Moxaがシステム事業者、マシンビルダー、エンドユーザと協力してTSNでより優れたリターンを実現することを検討します。

使用例1：機械メーカ

機械メーカは、市場の高度化、統合化、自動化の要求に応え、ビルトインの拡張性、センシングの高速化、レーザーやマシン制御の複雑なアプリケーションを提供することを目指しています。しかしながら、最適なパフォーマンスを発揮するためには、各コンポーネントに属する異なるプロプリエタリーのネットワークをシームレスに通信および統合することが必要です。さらに、これらのネットワークのメンテナンスは、特にマシンが海外に出荷され、オペレータへのトレーニングがフォローされていない場合があるため、オペレータにとって大きな課題となります。

Moxa は、カメラ、センサー、およびマシン制御間の決定論的通信を可能にする統合TSNネットワークを開発しました。MoxaのTSN-G5008シリーズフルギガビットマネージドスイッチは、複数の I/Oをサーボドライバおよびマシンビジョンカメラに接続します。 イーサネットでの first-come, first-served (FCFS)の性質は、重要なデータを同じケーブルで送信することはできませんでした。 しかしながら、標準イーサネットTSNインフラストラクチャを使用するとトラフィックマネージメントにより重要なデータがネットワークリソースを共有し、データパケットの配信が保証されるようになりました。 このスイッチは、機械メーカなどの製造ネットワークを TSN に対応させ、Industry 4.0の恩恵を享受できるように設計されています。

使用例2：マスカスタマイゼーション製造システム

製造サイクルの短縮は、効率性がコストの削減と柔軟性の向上に繋がるため企業にとって有益なことです。 また、企業は変化する市場に対応し、市販されている既製品を意味するCOTS（Commercial-Off-the-Shelf）製品などのマスカスタマイズされた、より利益率の高い製品を提供することも可能になります。製造業者にとって、このような効率性と柔軟性は、製造、組立ライン、物流などの様々なシステムが統合されたネットワーク上にある場合にのみ実現できるため生産および流通プロセスの変更と調整を短期間でより効果的に迅速に実施できます。

マスカスタマイゼーションを可能にするためにマシンマニファクチュアラーは、MoxaのTSN-G5004シリーズおよびTSN-G5008シリーズイーサネットスイッチを導入して、既存のプロプリエタリーネットワークを単一のTSN対応ネットワークに結合し、効率を高めることができます。 最も重要なことは、マシンマニファクチュアラーが情報技術 (IT) と運用技術 (OT) の融合を実現して、製品の製造に必要なプロセス数を削減できることです。 このように資産は、TSN対応ネットワークを介して管理されるため、適応製造、マスカスタマイゼーション、および製造の最適化が可能になり、決定論的通信によって製造プロセス全体を効果的に制御できます。
簡素化されたネットワークトポグラフィによりメンテナンスが容易になり、費用対効果が高くなるため、オペレータにとってメリットをもたらします。オペレータは、プロトコルや要件が異なる多くのネットワークではなく、統合されたネットワークを維持できるため、トレーニングを合理化できます。ケーブル配線もより簡単になり、メンテナンスコストの削減に貢献します。

技術情報（TSN (Time-Sensitive Networking) とは？ - Industry 4.0の基盤となる統合ネットワークインフラストラクチャ）

無限の可能性

TSN は、産業オートメーションの世界に効率性、容易なマネージメント、および費用対効果を提供します。 その決定論的な通信は、有線またはワイヤレス無線を問わず、高い信頼性が要求される産業用システムに必要な超信頼性に貢献します。TSN には異なるデバイスに対して標準的なユニファイドネットワークを必要とするため、ITとOTの融合によりノード数が少なくなり、ケーブル配線の合理化、メンテナンスの簡素化を実現することができます。 これらの利点は、マシンビルダーからシステム事業者、エンドユーザに至るまで幅広い関係者によって実現されています。

マシンビルダ

TSNテクノロジーによりマシンビルダーは、モーションbusとネットワークで送信される情報を同じケーブルに収束させることができる競争力のあるネットワークインフラストラクチャを利用することができます。このシンプルなアーキテクチャは、ノード数を減らすことができるため全体的なコストとメンテナンス労力を削減することができます。また、また、パフォーマンスの観点から制御ループのサイクルタイムを短縮でき、より多くの機器を制御できるようになります。 さらに、TSNは、ギガビットネットワーク上で動作するため帯域幅が広く、将来的にアプリケーションを追加するために適しています。

システム事業者

ユニファイドTSNネットワークは、ケーブル配線とエンジニアリングの労力を削減することでネットワークと自動化アーキテクチャを簡素化します。すべてのプロプリエタリーネットワークテクノロジーをシングルケーブルに収束するTSNの機能は、ネットワーク計画と規模を制御および予測できることを意味し、それによってTCO（総所有コスト）の削減およびメンテナンス労力を低減します。

エンドユーザ

さらにTSNは、既存のネットワークと互換性があるため、異なるプロプリエタリーシステムに接続する追加のネットワークゲートウェイは、もはや不要となります。 実際、TSNは、既存の標準ネットワークと互換性があるためデータアクセスが容易になりシステムはエンドユーザのリソースと労力をより簡単に最適化することができます。また、既存のネットワークテクノロジーと比較して、TSNは、重要でなく帯域幅を多く消費するアプリケーションよりも重要なパケットを優先的に処理する機能を備えているためシステム全体のダウンタイムを低減することができます。最後になりますが標準的なイーサネットテクノロジーを活用することで、イーサネットのために開発された最新のサイバーセキュリティソリューションをTSNネットワークでも利用できるようになり、絶え間なく変化する脅威環境において、より優れた保護と適応性を提供します。

TSN導入の準備

TSN対応のアプリケーションを実装する場合、既存のアプリケーション要件とネットワークトポロジを十分に理解することが最適なプロトコルとスイッチおよびエンドデバイスの最適なコンフィギュレーションを選択するための前提条件となります。

図：MoxaのTSNスイッチによりPLCとエンドデバイス間でデータ伝送を実現

PLC通信と画像キャプチャの両方を必要とする例を考えてみましょう。このアプリケーションでは、2 種類のデータを同じホストコンピュータに送信する必要があります。組み合わされたネットワークトポロジを使用すると、ビデオストリームがPort4からPort1 に送信されます。一方、コントローラがマスターサーバに同期メッセージをPort2 からPort1 に送信していることがわかります。

高帯域幅ビデオストリームから制御パケットを保護するには、関連するコンポーネントとポート上に時刻同期(802.1 AS)と1つの回線を時刻によって分けて共用できる時間認識シェーパー(802.1 Qbv)を含むネットワーク上で必要なプロトコルを設定する必要があります。制御パケットは、1msのサイクルタイムで送信され、サイクルデートが300μs、時刻同期データが200μs、残りの500μsは非周期データを実行します。デバイスは、各スロットに対応するVLAN IDを割り当てることで、サイクルデータに影響を与えないようにすることができます。

アプリケーションの動作を明確にした後、最後のステップは、イーサネットスイッチとエンドデバイス上に必要なコンフィギュレーションを設定することです。

要約

Moxaは、長い間にわたりTSNテクノロジーが真の可能性を実現し、業界のリーダーとして産業オートメーションのデジタル変革を加速する支援を行うために取り組んできました。この記事で言及したユースケースを通じて、Moxaが信頼できるパートナーや評判の良いステークホルダーと協力して、デジタルトランスフォーメーションの様々な段階にあるクライアントに将来性のあるTSNソリューションを提供していることを理解していただければ幸いです。Moxaの専門チームは、TSNテクノロジーが大きな変化をもたらす能力を持つアプリケーションに対して全面的に協力する準備が整っています。

SNの導入事例につては、こちらをご覧ください。

ケーススタディ：TSN (Time-Sensitive Networking) によるデジタルトランスフォーメーションの加速