NICTオープンラボ2021

L5G工場実証の取り込みについて
2021年 2月12日
NEC デジタルプラットフォーム事業部
中島 健智

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© NEC Corporation 2021

自己紹介▌氏名：中島 健智 (taketoshi@nec.com)▌所属：NEC デジタルプラットフォーム事業部 エキスパート▌20年以上にわたり、無線通信の関連業務に従事 セルラー(PDC/2G/3G/LTE)の通信ソフトウェア技術開発及び標準化
 ここ5年間は、工場向け無線通信の開発が主業務▌5G/ローカル5Gシステム向けシステム
 開発側ではなく利用者側の立場で工場への5G導入を推進
 5G/Local 5Gにかかわらず、ユーザに最適な無線通信手段を提供

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5Gの特性
超高速

超低遅延※ 各性能値は3GPP TS 22.261 V16.13.0のindoor hotspotのモデルより抜粋
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多数同時接続キャリア5Gとローカル5Gの違い
ローカル５G

キャリア５G
コンシューマ向け
コンシューマー向け
サービス
自前の無線NW構築不要
運用管理はキャリア提供
全国(全世界)で使える

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共通領域
高速
低遅延多数同時接続

地域・産業向けサービス

自前の閉域NWを構築
柔軟な通信リソース割当

エリア自前カスタマイズ

NECで取り組みはじめたローカル5Gユースケース
製造、建設、流通、交通、公共の市場領域を中心に、産業DXの価値創造、検証を推進具体的な実証実験も開始

建設

製造

交通

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流通公共

ローカル5Gによる産業DXの実現
建設/工事現場空港

 自律/遠隔施工

 高精細映像監視 自動搬送システム

物流倉庫

港湾

 自動倉庫/搬送システム

 クレーン
自律/遠隔運転工場
 遠隔ロボット制御
 AGV制御

スタジアム
 施設内での映像配信

病院
 遠隔診療駅
 高精細映像監視9© NEC Corporation 2021

必要な時・必要な場所に5Gネットワークを柔軟に構築し、産業のDXによる高度化を推進

ネットワーク無線化による生産設備の配置自由度向上
 無線ネットワーク化による生産設備の配置自由度向上
 効率的な多品種少量生産・生産性向上の実現
超高速大容量

多品種少量生産生産性向上

ローカル© NEC Corporation 2021

高精細映像伝送など

5G 超低遅延 遠隔制御など

5G

10効果

多数同時接続多数センサ設置など安全性

専用閉域NWによるセキュリティ確保

安定性

エリア自前カスタマイズ

柔軟性

柔軟な通信リソース割当

ロボットやAGV活用による作業リモート化・自動化
 操作や指導が遠隔で可能になることによる要員省人/省力化
 ロボットを直接操作しないことによる作業員の安全性確保
 多数ロボット・AGV同時制御による作業効率化
超高速
大容量

5G

遠隔操作

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高精細映像伝送など

5G 超低遅延 遠隔制御など

ローカル
11効果

多数同時
接続

多数センサ設置など安全性

専用閉域NWによるセキュリティ確保

安定性

エリア自前カスタマイズ

柔軟性

柔軟な通信リソース割当

多数のセンサ/カメラ活用によるリモート保守
 多数のセンサ、カメラ活用によるデータ収集に基づいた状況把握
 AIなどにより収集データを学習・分析 (必要により緊急停止)
 保守員と現場作業員が動画やARで連携して課題解決③異常振動などの情報を検出

分析
見える化 高速化④危険アラーム
現場指示

微細な画像

⑤音声・ARによる指示

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高精細映像伝送など

5G 超低遅延 遠隔制御など

対処①カメラによる高精細な動画像②センサー・機械情報のリアルタイム収集

超高速大容量効果

ローカル

多数同時接続多数センサ設置など安全性

専用閉域NWによるセキュリティ確保

安定性

エリア自前カスタマイズ

柔軟性

柔軟な通信リソース割当

地域課題解決型 L5G等の実施(工場内の無線化の実現)
工場内の無線化の実現
請負者

日本電気株式会社

実証地域

滋賀県栗東市（三菱重工工作機械栗東工場）

コンソーシアム工場
日本電気（株）、三菱重工工作機械(株)、(株) NTTドコモ、サンリツオートメイション(株)、(株)構造計画研究所

地域課題等

製造現場における省力化・自動化や製造ラインの柔軟な変更等による生産性向上等

実証概要

課題実証：①多様化する顧客ニーズに応じた製品・サービス展開のため、製造ラインの柔軟な変更による少量多品種生産の実現に資する制御系ネットワークの無線化に関する実証、②無軌道型AGV（Automatic Guided Vehicle、無人搬送車）の遠隔制御に関する実証、③工作機械に取り付けられたセンサーや現場作業員のカメラ映像等を用いた機器等の異常検知、保守員による機器等の遠隔からの保守作業支援に関する実証
技術実証：5G無線可視化による動的なエリアマップ作製及び遮蔽・反射によるエリア調整の評価を実施

ローカル５G等（周波数・特長）

周波数：4.7GHz帯、28GHz帯 構成：NSA構成
利用環境：屋内（工場）①製造ラインの柔軟な変更による少量多品種生産の実現に資する制御系ネットワークの無線化②無軌道型AGVの遠隔制御
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※本事業はキャリア5Gにより評価③効率的な機器等の遠隔からの保守作業支援

実証事業の概要▌工場の無線化における5G活用ソリューションのリファレンスモデルを構築
工場・製造現場システム・サービス

Interface (API)

ライン制御
システム

5G無線測定機器

現場機器
被制御機器

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無軌道型AGV

スマートグラス
センシング機器

AGV制御
サービス

課題解決システム

遠隔保守サービス
5G無線可視化サービス

工場では5G無線環境の管理も必要(技術実証の一部)

実証の内容
課題解決システム

現状の課題

ソリューション概要①変種変量生産に資する制御系ネットワークの無線化

 顧客ニーズの多様化による多品種少量生産が求められている
 その為には製造ラインのレイアウト自由度の向上が必要
 レイアウト変更の都度発生する配線コストの削減が必要
 特に性能要件が厳しい制御系ネットワークの無線化が課題

 制御ネットワークの5Gによる無線化を行い、性能及び実用性を検証する②無軌道型AGVの遠隔制御

 労働者不足により、工場内物流も省人化が求め 5Gを用いた広範囲の移動ができるシステムを構築するられている 5G(特に28GHz)では金属遮蔽等による電波断が懸念さ AGVによる構内物流の省人化が期待されているれる為、本調査ではWiFiと5Gの無線を組み合わせる事が、軌道型のAGVはフレキシブル性に欠ける為、により、広範囲をカバーできるシステムを構築し課題を利用用途が限られる
解決する
 無軌道型のAGVは制御に広範囲に移動しても安定的に通信ができる無線が不可欠③熟練工を対象とした効率的な機器等の遠隔保守作業支援

 熟練技術者が不足し、熟練技術者一人当たりの対応範囲の拡大が求められている
 作業中のセンシング情報を用いて熟練技術者から助言を得るためには、データの品質と通信リアルタイム性が課題 AR/VRを活用したリモート保守への期待が更に高まっているが、有効な導入方法や効果の検証が求められている

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 制御ネットワークで広く利用されているプロトコルであるEthernet/IPまたはCC link等で検証を行う事より、現在利用されている機器に対して、どの程度カバーができているかを検証し、課題を解決する

 従来のWiFiでは実現できないデータ品質と通信のリアルタイム性を５Gを利用することにより解決する 作業現場の映像をリモート保守部隊と共有し、遠隔からの作業指示の有効性について検証する。また、振動センサーから取得されるデータをAIにより解析し、異常の自動検出を行うとともに、スマートグラスを利用した結果確認の有効性について検証し、課題を解決する

実証内容 (遠隔保守、AGV制御)▌滋賀県栗東市にある三菱重工工作機械で実証
大型金属の加工工場であり、金属製設備及び部材が多くあり、電波伝搬にムラがある環境。実工場でAGV制御とリモート保守を実証。

振動センサー ZNST3520
門形五面加工機MVR・Exシリーズ

三菱重工工作機械の栗東工場(滋賀県)※ 工場内部の写真は非公開
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スマートグラス MOVERIA BT-350
AGV セキシュウ・クローラー

実証内容 (制御Networkの無線化)▌NEC社内の実験室で実証 (実網で超低遅延に対応した機器がないため)
日本及びグローバルの代表的な産業用ネットワーク機器を用い、実用的な実効性能を測定。性能及び市場からCC link IE又はEtherNet/IPを選定。
代表的な産業用ネットワーク(Ethernet)とその特徴
名称

推進国

特徴(一部意訳あり)

CC Link IE

日本

Control / Field / Motionと用途毎に使い分け(Fieldは0.5msec周期、Motionで1usの同期)

MECHATROLINK-III

日本

最小リンク周期は31.25us、同期ジッタ1us以下

EtherNet/IP

米国

RPI(Requested Packet Interval)で設定された通信周期ごとに通信 (可変)

EtherCAT

ドイツ

各デバイス間を1us以下で同期

PROFINET

ドイツ

NT(Non Real-Time)、RT(Real-Time) 10ms程
度、IRT(Isochronous Real-Time) 1us以下で同期と性能毎に混在可能

https://www.keyence.co.jp/ss/products/controls/network/fieldnetwork/の情報をもとに解釈※1 https://www.hms-networks.com/ja/news-and-insights/news-from-hms/2020/05/29/industrial-network-market-shares-2020according-to-hms-networks
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HMS Networks
調査のシェア上位3つ ※1

実証内容(動的な電波の可視化)▌工場内部に複数の無線センサを配置し動的な電波Mapを作成
無線センサの設置地点における電界の実測値をクリギングアルゴリズムを入力することにより、エリア内の電界値を補完し、工場エリア全体の電界マップを生成。
本電界マップを時系列で可視化する事により、5Gの動的電界マップの作製が可能となる。

-97dBm-80dBm

無線センサ

無線センサ

-70dBm

5G基地局-100dBm

無線センサ

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-90dBm無線センサ

各ユースケースの要求性能
Flexible Factory Projectで、文献調査、工場ヒアリングで抽出した無線用途( 約130種)を分析し公開されている。
許容遅延

1msec

(アプリ・レベル)

制御

製造機械
ロボット

1sec

10sec

100sec

搬送機(無軌道)

実証で確認
する性能

設備・生産管理検査ログ
予防保全(ツール)
設備監視
動線管理
在庫管理
人・モノ測位
生産環境管理

設備管理
保全
表示

20

搬送機(軌道)回転機

100msec

インライン検査

生産管理
品質

安全

10msec

緊急発報© NEC Corporation 2021

予防保全(設備)

作業指示
滞留表示
あんどん
危険行動・エリア監視
バイタル監視Source: Flexible Factory
Project

課題実証に関する最新の状況 (AGV)▌AGVと無線LAN/5Gルータとの接続試験
 AGVに5Gルータ、カメラ、バッテリーや測定用機器を搭載し、実稼働工場でデータを取りながら実証を実施
 通信量10Mbps以上、RTT100msec以下を目標と設定▌AGV制御通信とカメラ映像通信を同時に実施し、5Gと無線LANの通信を切り替えながら、安定的な通信を実現(シームレス切り替え)。
 ケース1: 5G→無線LAN切り替え
 ケース2: 無線LAN→5G切り替え▌現場作業者にもリモートで利用頂き、リアルタイムの画像を見ながら、自動走行の体験や各種ヒアリングを実施
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工場内AGV走行ルート
ケース１(B→C→D→E→F)
ケース２(F→E→D→C→B)

5Gルータ(対向) アンテナ
AGV制御PC
無線LAN APF

シャッター

位置補正用ポール
G

E

DH

C

5G⇔無線LAN切り替え位置シャッター

A
B
アンテナ

AGV（5Gルータ、カメラ）

ケース1: 5G→無線LAN経路切り替え時の通信量・RTT
通信量・RTTともに目標値をクリア
通信量10Mbps
5G→無線LAN

RTT

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100msecケース2: 無線LAN→5G経路切り替え時の通信量・RTT
通信量・RTTともに目標値をクリア
通信量

10Mbps
無線LAN→5G

RTT

24100msec© NEC Corporation 2021

おわりに▌高性能を特徴としているローカル5Gにとって、工場は有望な現場である。本実証をはじめ、様々なユースケースを積み上げ、実例を構築していくのは重要である。
▌ただし5Gシステムの普及にはまだ時間がかかり、価格や要求性能から、当面はWLAN等の既存システムと使いわけを行う必要あり。

▌工場での無線活用によるイノベーションを推進する為に、5G/L5Gに限らず、多種多様な無線通信を安定的に行える環境を提供していく予定である。

25© NEC Corporation 2021