はじめに
5Gは、リアルタイム通信とより高速なデータダウンロードをサポートする次世代のセルラー技術と考えられています。しかし、それはほんの一部に過ぎません。5Gは前世代よりもはるかに野心的な範囲で、コンシューマ・モバイルをはるかに超える仕様になっています。
5Gが産業のデジタル化、つまりデジタル技術による事業運営の継続的な変革において重要な役割を果たすことは間違いありません。5Gによる産業用モノのインターネット（IIoT）を活用して、業務のあらゆる部分をワイヤレスで接続し、スマートファクトリーを推進し、リアルタイムで性能を予測し最適化できるデジタル・ツインを可能にします。4Gは、本来最適化された音声通信のために設計されていましたが、5Gは当初からデータ通信のために設計されており、製造業にとって重要な関心事である分野でのパフォーマンス・マトリックスが大幅に改善されています。また、5Gは、生産性の向上、市場投入までの時間の短縮、グローバルなオペレーションとサプライチェーンにおける開発・展開リスクの低減などの付加価値をもたらすことになります。
5G展開の課題
従来の有線の産業用ネットワークを5Gで拡張・置き換えるためには、ネットワーク機器、大量のIIoTデバイス、エッジコンピューティングインフラストラクチャに時間と費用をかけて大規模な投資を行う必要があります。
さらに、産業用製造環境は、金属製の機械や部品が多く、その中には常に稼働し続けるものもあります。このため、産業用アプリケーション向けに信頼性の高い5G通信システムを展開する必要がある中で、カバレッジの悪さ、信号のブロッキング、機器の早期故障、導入の遅れで発見された問題など、すべてが大きな遅延と費用の原因となります。
また、レガシー通信規格に対応や、複数の周波数帯で運用、公共ネットワークに近接するプライベートネットワークを構築したりするなど、他にも色々な課題があります。無線周波数を使用する他の産業プロセスやセンサーも、干渉のリスクをもたらす可能性があります。
屋内での 5G の良好なカバレッジを確保するために、エンジニアは人やIoT デバイスが存在する場所において、電界強度を測定する必要があります。この電界強度測定は、動く機械や化学物質がある危険な環境の場合、さらにドローンを使用しなければならないような高さのある工場や配送センターを測定する場合を考えると、困難な測定となります。その為、製造・製品チームとネットワーク・プロバイダーは、あらゆる動作条件の下で最大のカバレッジを達成する為、送受信ポイントとIIoTデバイスを試行錯誤しながら配置する検討を行う等、両者間で協力することが必要となります。また、5G ネットワーク全体においてその信号強度が弱い回線リンクを低減させる為、熱や機械的衝撃に対するデバイスの堅牢性と信頼性も確保しなければなりません。更には、EMF（電界）を考慮して、総被ばく量が規制されている個人の被ばく量の最大値を超えないよう、検討を行う必要があります。
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ソリューション
モデリングとシミュレーションは、複雑な産業環境での測定を補完するだけでなく、開発サイクルの初期段階からさまざまな構成を解析して最適化できるようにすることで、リスクとコストを削減することができます。エンジニアは、物理的な配備前に堅牢な設計を保証するために、以下のようなさまざまなマルチフィジックスシミュレーションを実行することができます。
- 電磁波：アンテナ効率とパターン、同一サイト干渉、シグナルインテグリティ、人体曝露量（比吸収率、SAR）
- 構造：デバイスの強度と耐久性、疲労、落下、衝撃試験
- 熱：熱問題、冷却
電磁波およびマルチフィジックスシミュレーションは、ロバストな無線通信インフラストラクチャの設計に不可欠なツールです。これらのツールは、工場の再構成や機器や人の移動に強い信頼性の高い接続を実現するのに役立ちます。
ダッソー・システムズの3DEXPERIENCEプラットフォームは、CAD、要件定義、シミュレーションを含む複雑な5G展開プロセスの管理や、作成される膨大なデータの長期的な管理、分析、コミュニケーションに最適です。
ダッソー・システムズでは、9月4日から3回にわたり「5Gと製造業におけるモノのインターネット」と題したウェビナーシリーズを開催します。是非、ご参加ください。
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投稿 5Gと製造業におけるモノのインターネット【ウェビナー開催】 は ダッソー・システムズ株式会社 公式ブログ に最初に表示されました。