数兆ドルのIIoT市場において求められているセンサーの種類とは？

マッケンジーの研究報告書によると、IoTの主要9つのアプリケーションの経済的価値は、2025年までに11兆1000億ドルに達するということです。それまでに、スマート工場で代表される企業間取引の価値は、IoTの合計価値の35％を占める3兆9000億ドルに達するでしょう。この数兆ドルの産業用モノのインターネット （IIoT）市場に魅力を感じる人を非難することはできません。

IoTアプリケーションの他の分野と同様、IIoT向けに開発されたインテリジェントシステムは、感知、思考、および作動という3つの主な機能を実行します。IIoTの中に多数存在するさまざまなセンサーは、「感知」機能を協同で果たします。センサーにより継続的に生み出されるデータは、IIoT全体の非常に効率的な運用の原動力となっています。このデータがなければ、IIoTは、燃料のないエンジンと同じでしょう。したがって、数兆ドルのIIoTは1個のセンサーで始まると言っても過言ではありません。

IIoTセンサーのアプリケーション・シナリオ

産業アプリケーションは非常に多様であり、IIoTセンサーの分類もさまざまです。アプリケーション・シナリオの視点から見ると、センサーは、大まかに下記の3つに分類できます。

• 機器の状態の感知。この種のセンサーには、2つの機能があります。まず何よりも、問題が生じた場合にIIoTコントロールセンターがすみやかに対応して、最適な稼働状態に復旧するために必要に応じて機器を調整できるように、機械および機器の稼働状態（モーターの回転速度など）を監視することです。同時に、機械および機器に関する温度、振動、圧力、その他の特徴に関するデータも収集します。稼働状態、摩耗、および寿命を追跡することにより予防保全を実現し、機器の故障および損傷により生じる損失を回避できます。
• 生産空間感知。これは、機械が直面して処理する「物体」および周辺空間の感知を意味します。この種のセンサーの需要は、特にロボットの導入が増加している産業現場で高まっています。機械は、取り扱う物体を感知することにより、対象を正確に把握して操作できます。また、機械および機器は、動作空間を監視することにより、特定の空間に存在する他のオペレータの位置および動作を認識できます。つまり、互いに調整して人体や物体に危険を及ぼす衝突などの状況を回避できます。これは、特に人間を扱う協調型ロボットにとって重要です。
• 作業環境監視。通常、産業アプリケーションは、温度、湿度、気圧などに関して厳密にコントロールされた環境が必要です。このような変数は、機械およびオペレータの最適な性能を確保するために一定の範囲に維持されることが不可欠です。環境が感知されず突然変化すると、破滅的な結果をもたらす可能性があります。したがって、安定した動作環境を維持するためにさまざまな環境センサーを導入することは、IIoTのもう1つの重要なタスクです。

センサーのさまざまな選択

上記3つのアプリケーション・シナリオの視点から見ると、IIoTにおいて重要な役割を果たすセンサーの種類を特定することは比較的簡単です。

• 温度および湿度センサーは、産業アプリケーションにおいて最も一般的なセンサーであり、機器の稼働状態、生産空間、および動作環境を監視するために使用されています。
• 圧力センサーは、機械および機器の内外の環境に存在する気体や液体の圧力を計測するために使用されます。圧力も産業アプリケーションにおいて高い頻度で監視が必要な変数の1つです。
• 振動センサーは、予防保全の目的で振動を監視します。衝撃や加速度を検知し、エクスポート可能な信号に変換し、この信号は、ローターやケーシングの振動、ずれ、熱膨張などの重要なデータの推定に使用されます。
• モーションセンサーは、機器の動作速度、加速度、回転角度、ずれなどの情報を計測できます。モーションセンサーには、磁気抵抗センサーが含まれています。これは精密誘導サーボモーターの制御に使用されており、機械および機器を正確かつ効率的に制御するために不可欠です。
• 力学センサーは、重量センサーとしても知られており、物体を握ったり掴む際の力を計測するために工業用ロボットアームで幅広く使用されており、製造プロセスの一貫性を保つために役立てられています。この種のセンサーは、生産空間において他の物体またはオペレータに接触した時にロボットアームの強さを検知して制御することもできるため、機械の稼働中の過度な力によるケガを防ぐことができます。
• 視覚センサーは、視覚データを捕捉します。マシンビジョン（MV）の開発により、IIoTにおける光学カメラのアプリケーションは徐々に広がるでしょう。さらに、ロボットの導入が増えれば、三次元の視覚情報の構築の需要が促されるでしょう。この需要拡大に対応するために、ToF（Time-of-Flight）光学センサーおよび深度データを取得できる他の技術も間違いなく開発されるでしょう。
• 超音波／ミリ波（mmWave）センサーは、超音波（力学的な波）を発して物体からの反射を監視することにより、薄暗い照明で物体を感知できます。mmWaveレーダー技術が開発されたことで、障害物回避のための効果的でコスト効率性の良いソリューションは、次第に普及してきました。mmWaveセンサーは、超音波センサーソリューションよりもコストが高いですが、物体の速度、角度、および位置を含め、より多くの情報を取得することができ、さらに壁、プラスチック、ガラスなどの素材を透過して物体を検知できます。mmWaveセンサーは、さらにコスト効率性が高まっており、超音波センサーに置き換わり始めることは避けられないでしょう。

新しいユニークな特徴

IIoTで使用されているセンサーは、機能および形状が多種多様ですが、IoTシステムに組み込まれると、共通の特徴を獲得します。

新世代のセンサーの共通の特徴の1つは、インテリジェンスです。従来のセンサーは、温度、湿度、気圧、振動、動作など物理的な環境の状態を検知して計測するだけでしたが、産業用センサーは、信頼性と性能を維持するために、より総合的な役割を計画します。IIoTで使用されるセンサーは、基本的なセンサー機能に加えてコンピューティング、処理、または無線通信の機能も組み込まれているため、個々のアプリケーションのニーズに合わせて、エッジコンピューティングの役割を効果的に果たしたり、センサーのデータに基づいて素早く正確に対応できるセンサー・システムを構築できます。

今後は、IIoTで使用されるセンサーの数が継続的に増加していることを考慮し、センサーの保守性を向上させなければなりません。センサー製品間の互換性、環境発電技術のアプリケーション、および遠隔OTA管理は、IIoTセンサー製品の設計において重要性が高まっている優先事項の一部でしかありません。

数兆ドルのIIoTが産業用センサー製品の新たな開発の波の原動力であることは明らかです。このIIoT分野の魅力的な流れに乗れば、当社の設計も妥当性と革新性を確実に保てるでしょう。