困難な状況にも対応できる産業用IoTゲートウェイソリューションを構築する必要があります。ゲートウェイは堅牢で安全、そして拡張性を備えていなければなりません。多くの業界で、IoTゲートウェイは機械の接続に利用されています。また、データの処理やクラウドへの接続にも利用されています。産業用IoTゲートウェイの世界市場は、2024年には2.9億ドルでした。この数字は2030年まで毎年約12%ずつ増加すると予想されています。製造業では、これらのゲートウェイの42%以上が使用されています。ゲートウェイを構築または選定する前に、必ず自社のニーズを第一に検討する必要があります。
主要なポイント（要点）
何が必要かを知る IoTゲートウェイを設計する前に、業界のニーズに合ったソリューションを検討しましょう。
IoTゲートウェイを使用してデバイスとクラウドを接続します。これにより、データの処理が改善され、ネットワークトラフィックが削減されます。
強力なパスワードを使用してセキュリティを確保しましょう。頻繁に更新し、ネットワークを分割することで、ゲートウェイの安全を確保できます。
動作するハードウェアを選択する スペースにぴったり収まるかどうか、そして耐久性や現在のシステムとの適合性も考慮してください。
ゲートウェイを独自に構築するか、購入するかを選択してください。プロジェクトの所要時間と必要なものを考慮してください。
産業におけるIoTゲートウェイの役割
デバイスとクラウドを接続する
IoTゲートウェイは、機械、センサー、コントローラーがクラウドと通信するのを支援します。これらのゲートウェイはIoTデバイスからデータを即座に取得し、クラウドに送信する前に情報を処理・整理するのに役立ちます。これにより、システムの効率が向上し、ネットワークトラフィックが削減されます。ゲートウェイの機能については、以下の表をご覧ください。
演算 | 詳細説明 |
|---|---|
データ収集 | センサー、I/Oデバイス、 PLCs. |
プロトコル変換 | データをクラウドで使用できる形式に変換します。 |
リアルタイム監視 | 生産と設備に関する最新情報を迅速に提供します。 |
EdgeComputing | データを近くで処理して、処理速度と効率を高めます。 |
セキュリティ | データを移動する際に安全を維持し、外部からの攻撃を阻止します。 |
あなたが使う Modbus、MQTTなどのプロトコルOPC UA、HTTP/HTTPS、TCP/IPといったプロトコルを使用して、デバイスとクラウド間でデータを送信します。これらのプロトコルは、メッセージの安全性と安定性を確保するのに役立ちます。産業用IoTゲートウェイを活用すれば、エッジコンピューティングを活用して迅速な意思決定が可能になり、工場内の変化に迅速に対応できます。
ITシステムとOTシステムの橋渡し
次のことを行う必要があり 情報技術をリンクする ITシステムとOTシステム。ゲートウェイは、この2つのシステムを繋ぐ役割を果たします。ゲートウェイはデータを変換することで、双方が理解し、通信できるようにします。この接続により、どこからでも機械を監視・制御できるようになります。
IIoT ゲートウェイを使用して IT と OT を接続することで得られる主なメリットは次のとおりです。
ダウンタイムの短縮
より良い製品品質
無駄が少ない
問題が大きくなる前に解決する
ゲートウェイを使えば、すべてのデバイスを一元管理できます。ソフトウェアのアップデート、デバイスの確認、設定の変更も簡単に行えます。データをリアルタイムで確認することで、生産性の向上や問題の早期発見につながります。IIoTゲートウェイのセキュリティツールは、OTシステムをハッカーから守ります。社内でデータを共有しながら、業務の安全性を確保できます。
産業用IoTゲートウェイの設計手順
要件とユースケース
まず、産業用IoTゲートウェイに何をさせたいのかを明確にする必要があります。IoTゲートウェイは、さまざまな用途で使用されます。工場では、ゲートウェイは機械同士を接続し、作業の効率化を支援します。また、ゲートウェイは機械同士、そしてクラウドとの通信を可能にします。これにより、データを収集し、よりスマートな意思決定が可能になります。
IIoT ゲートウェイの使用方法をいくつか紹介します。
マシンとクラウドがすぐに通信できるようになります。
製品とリソースをより適切に追跡できます。
データ ソースをリンクするには、古いプラントにゲートウェイを追加します。
エッジ処理を使用して問題を停止し、ERP システムに接続してダウンタイムを回避します。
ゲートウェイは、車両、ロボット、農場のセンサーの構築に使用されます。
鉱業や重労働の現場ではメーターやコンベアを監視します。
工場は過酷な環境になることがあるため、丈夫なセンサーとデバイスが必要です。
業界のルールが、お客様のニーズを形作ります。安全性、連携、価格に関するルールに従う必要があります。以下の表は、ルールがゲートウェイの設計にどのような影響を与えるかを示しています。
IIoTゲートウェイ設計における標準規格の影響 | 詳細説明 |
|---|---|
サイバーセキュリティコンプライアンス | IIoT ゲートウェイが脅威から安全であることを確認します。 |
相互運用性の向上 | ルールは、さまざまなメーカーの製品を連携させるのに役立ちます。 |
コストの削減 | ルールを使用すると、物事を実行するための最善の方法が提供されるため、構築にかかるコストを節約できます。 |
固有のIIoT課題への適応 | ルールは、IIoT 特有のリスクと問題に適合する必要があります。 |
IoTゲートウェイのハードウェアオプション
産業用IoTゲートウェイには、様々なハードウェアの選択肢があります。シングルボードコンピュータ、システムオンモジュール、マイクロコントローラなどです。それぞれに長所と短所があります。以下の表は、一般的なゲートウェイモデルの比較を示しています。
ゲートウェイモデル | 携帯電話の接続性 | 強み | 弱み |
|---|---|---|---|
ラズベリーパイ4モデルB | 内蔵ではないので、追加のドングルが必要 | 非常に安価で柔軟性があり、大きなコミュニティがあります。 | 工場向けに作られておらず、携帯電話が内蔵されておらず、セキュリティ作業がさらに必要です。 |
シーメンス シマティック IoT2050 | 携帯電話用のMini PCIeカードが必要 | 非常に信頼性が高く、シーメンスと連携して動作します PLCs. | 学習がより困難になります。セルラーは追加部分です。 |
ロックウェル・オートメーション Optix Edge | 携帯電話は主な機能ではない | Logix コントローラーおよび FactoryTalk と連携して動作します。 | 携帯電話は内蔵されておらず、特定のシステム向けに作られています。 |
Dell EdgeGateway5000シリーズ | 携帯電話用の追加スロットが必要 | 強力な Intel チップ、優れた構造、そして世界規模のサポート。 | IT 向けに作られているため、他のソフトウェアが必要になる場合があります。 |
ロバステル EG5120 | デュアルSIM搭載のグローバル4G LTE Cat 4を内蔵 | 高速 ARM チップ、セルラーが内蔵されています。 | 無し |
ハードウェアの耐用年数も考慮する必要があります。RCO-1000シリーズのように、重要な用途向けに作られたハードウェアもあります。非常に頑丈で長持ちし、耐熱性にも優れています。一方、Raspberry Piのように実験室での使用には適していますが、過酷な環境では耐久性が劣る可能性があります。ハードウェアが適切な認証を取得しており、過酷な作業にも耐えられるかどうかを必ず確認してください。
PCBの設計と製造
IoTゲートウェイ用のプリント基板を作るときは、その動作の良し悪しと寿命について考える必要があります。 PCB設計 ゲートウェイの動作を改善し、寿命を延ばすのに役立ちます。以下にヒントをいくつかご紹介します。
ニーズに合った PCB 材料を選択してください。
複雑な配線や信号をブロックする場合は、より多くのレイヤーを使用します。
部品を明確なマークと機械用のスペース付きで配置します。
穴が部品にぴったり合うことを確認します。
曲げたり振ったりしても壊れない部品を選びましょう。
はんだ付けには適切な熱（通常は 245 ～ 260°C）を使用してください。
レーザーステンシルを使用してはんだペーストを塗布します。
はんだ付けを良くするためにフラックスを均等に塗ります。
問題を素早く見つけるために、はんだ付け後にボードをチェックします。
PCBは何度も組み立ててテストする必要があります。そうすることで、多くの問題が発生する前に間違いを見つけて修正することができます。ゲートウェイが無線LAN対応の場合は、アンテナとPCBの配線を一致させて最適な信号を確保しましょう。ハードウェア暗号化とセキュアブートを追加して、データの安全性を確保しましょう。
ヒント: モジュール設計とリファレンス設計を使用すると、 回路設計 より速く。すでに機能しているデザインを使用し、ニーズに合わせて変更することができます。
コネクティビティとエッジコンピューティング
産業用IoTゲートウェイは、多くのデバイスやネットワークに接続する必要があります。有線接続と無線接続のどちらでも利用可能です。有線接続は安定しており、4Gや5Gなどの無線接続では、より多くの場所にゲートウェイを設置できます。
接続オプション | エッジコンピューティングのパフォーマンスへの影響 |
|---|---|
有線およびワイヤレス | 切り替えやバックアップが可能なので、ネットワークがダウンしてもデータの移動が継続されます。 |
ローカルブレイクアウト | データが近くの携帯電話ネットワークから出られるようにすることで、処理速度が向上します。 |
同じ領域に保存することでデータを安全に保ち、管理を容易にします。 | |
統合管理 | 接続がどこでも同じように機能することを保証します。これはエッジジョブにとって重要です。 |
原価管理 | ローミング料金がなくなるので、大量のデータを使用してもコストが削減されます。 |
エッジコンピューティングは、データが生成される場所の近くで処理することを可能にします。これにより、待機時間が短縮され、データスペースを節約できます。クラウドに送信する前に、エッジでデータを分類・分析できます。5Gとエッジコンピューティングにより、速度が向上し、待機時間が短縮されます。これは、工場におけるリアルタイムデータと迅速な意思決定にとって重要です。
エッジ コンピューティングは、データを近くで処理することで処理速度を向上させます。
クラウドに送られるデータが少なくなるため、データ スペースを節約できます。
5G により、リアルタイム作業の速度が向上し、待ち時間が短縮されます。
セキュリティに関する考慮事項
産業用IoTゲートウェイを攻撃から守る必要があります。セキュリティはオペレーティングシステムとネットワークから始まります。強力なパスワードを使用し、ソフトウェアを頻繁にアップデートし、ネットワークを複数の部分に分割しましょう。クラウドを使用する場合でも、自社サーバーを使用する場合でも、常にセキュリティプランを変更して、ご自身の環境に合ったセキュリティ対策を講じてください。
産業用IoTゲートウェイの設計において重要なセキュリティ対策は、オペレーティングシステムの強化、ネットワークの分割、クラウドの安全性確保、そしてセキュリティの常時チェックです。専門家は、強力なパスワードの設定、定期的なアップデート、そしてシステムに合わせたセキュリティプランの作成が必要だと述べています。
よくある問題としては、古いプロトコル、ソフトウェアのバグ、脆弱なロック、不適切な設定などが挙げられます。悪意のある人物がマルウェアを使ってゲートウェイを攻撃したり、コンバーターの不具合を悪用したりする可能性もあります。安全対策とセキュリティ対策のモジュールを常に最新の状態に保ち、デバイスに問題がないか監視する必要があります。
脆弱性の種類 | 詳細説明 |
|---|---|
時代遅れのプロトコル | 多くのコントローラーは古いプロトコルを使用しているため、攻撃を受ける可能性があります。 |
ソフトウェアの脆弱性 | IoT ゲートウェイのバグにより、悪意のある人物が侵入してデバイスを制御できる可能性があります。 |
物理的なセキュリティの弱点 | 誰かがあなたのデバイスにアクセスした場合、システムを混乱させる可能性があります。 |
設定の問題 | IoT ゲートウェイの設定が間違っていると、攻撃者が侵入する可能性があります。 |
産業用プロトコルを標的とするマルウェア | FrostyGoop や Fuxnet などのマルウェアは、産業用メッセージの弱点を狙います。 |
ダークウェブ上のエクスプロイト | IoT ゲートウェイの新たな問題は高額で売れる可能性があります。 |
コンバーターの重大な脆弱性 | コンバーターに問題がある場合、攻撃者は接続されているすべての機器を制御できる可能性があります。 |
ゲートウェイには必ず安全・セキュリティモジュールを追加してください。これにより、データ、メッセージ、監視ツールを保護できます。これらの対策を講じることで、強力で安全かつ信頼性の高い産業用IoTゲートウェイを構築できます。
リファレンスデザインと主要コンポーネント
IoTゲートウェイの共通アーキテクチャ
リファレンスデザインを活用することで、ゲートウェイプロジェクトをより迅速に完了させることができます。これらのデザインは、センサーの接続方法、データの処理方法、そしてクラウドへの送信方法を示しています。例えば、TIDEP0084デザインは、TI SitaraプロセッサとSimpleLinkデバイスを使用しています。このデザインは、センサーを長距離無線ネットワークに接続し、クラウドアプリと連携します。以下の表は、このデザインの機能を示しています。
リファレンスデザイン | 詳細説明 |
|---|---|
タイドプ0084 | この設計は、長距離Sub-1GHz無線ネットワークを用いてセンサーをクラウドに接続します。ビル管理や資産追跡などの用途に適しています。LinuxゲートウェイとTI Sitara AM335xプロセッサ、そしてSimpleLinkデバイスを使用しています。この設計には、クラウドアプリへの接続と使用に必要なソフトウェアが既にインストールされています。 |
選ぶべきは モジュラー設計モジュール化により、すべてのシステムを変更することなく、新しい機能を追加したり、部品を交換したりすることができます。これにより、ゲートウェイの変更と更新が容易になります。マイクロサービスアーキテクチャにより、他のシステムを停止することなく、ある部分の修正や更新を行うことができます。必要に応じてIoTシステムを拡張できます。
ヒント: モジュラー設計により、新しいテクノロジーを活用し、問題をより早く解決できるようになります。
必須電子部品
堅牢な産業用ゲートウェイを構築するには、特殊な部品が必要です。これらの部品は、デバイスが過酷な環境でも動作し、データを安全に保つのに役立ちます。必要な主な部品は次のとおりです。
CPU: コマンドを実行し、データを処理します。
RAM: 高速データ作業のためのスペースを提供します。
通信モジュール: センサーやクラウドに接続します。
プロトコル変換モジュール: 形式間でデータを変更します。
フィールドバス インターフェース: 古い工場システムへのリンク。
エッジ コンピューティング モジュール: データが作成された場所の近くでデータを処理します。
安全性とセキュリティ モジュール: サイバー脅威から保護します。
電源モジュール: 厳しい環境でもゲートウェイの動作を維持します。
筐体と熱管理: 部品を熱やほこりから保護します。
セキュアブート、暗号化ストレージ、ファイアウォール、VPNサポートなども必要です。これらはIoTゲートウェイを攻撃から守ります。ウォッチドッグタイマーとリモート管理は、システム停止前に問題を解決するのに役立ちます。これらの重要な機能により、ゲートウェイはあらゆる工場でデータの収集、処理、送信をスムーズに行うことができます。
IoT ゲートウェイを構築するか、購入するか?
選ぶべきかどうか IoTゲートウェイを構築または購入する 大きな選択です。必要なもの、予算、IoTプロジェクトをどれだけ早く完成させたいのかを考える必要があります。どちらの方法にも長所と短所があります。
建物の長所と短所
ゲートウェイを独自に構築すれば、特別な機能を追加できます。様々なIoTデバイスを接続でき、セキュリティをより細かく制御でき、工場に合わせてカスタマイズできます。しかし、構築には時間と費用がかかります。ゲートウェイの構築と修理には専門家の協力が必要です。アップデートや修理も自分で行う必要があります。
比較に役立つ表を以下に示します。
カスタムIoTゲートウェイの利点 | 既製ソリューションの欠点 |
|---|---|
カスタマイズされた機能と統合機能 | 限られたカスタマイズオプション |
レガシーシステムとの高度な統合 | 複雑さが増すにつれてメンテナンスコストが上昇 |
競争優位性を実現する独自の機能 | カスタムソリューションに比べて実装に時間がかかる |
長期的なコスト効率 | 特定のコンプライアンス要件を満たさない可能性があります |
強化されたセキュリティとプライバシー管理 | スケーリングと適応の柔軟性が低い |
強力なセキュリティ、多数のプロトコルのサポート、リモート管理などの機能が備わっています。ただし、初期費用は高額で、すべてを自分で設定する必要があります。
既製品を購入するタイミング
既製のゲートウェイを購入することで、時間を節約し、リスクを軽減できます。IoTプロジェクトを6～12か月早く完了できます。これは、製品を迅速にリリースしたい場合に最適です。既製のゲートウェイには、多くの場合、サポート、アップデート、証明書が付属しています。つまり、システムの故障や停止を心配する必要がなくなります。
購入するときは、次の点を確認してください。
データを安全に保つセキュリティツール
遠く離れた仕事にとって重要な電力使用量
硬い場所でも耐えられるほど丈夫であれば
エッジ分析のためのデータ処理能力
会社が適切なサポートとサービスを提供すれば
ソフトウェアを簡単にアップデートできる場合
価格が適正であれば
既製のゲートウェイは、デバイスのセットアップや遠隔地からのアップデートといった基本的な機能が必要な場合に最適です。特別な機能が必要な場合や、製品に独自の機能を求める場合には、既製のゲートウェイは適さない可能性があります。
ビジネス上の意思決定要因
価格、品質、そして製品の特長について考える必要があります。自作すればクールな機能を追加できますが、購入すればコストを節約でき、作業効率も向上します。大規模なプロジェクトでは、トータルコストが重要です。最初は自作の方が安く見えるかもしれませんが、製作、テスト、修正に後々多くの費用がかかります。ゲートウェイを大量に必要とする場合や、厳格なルールを遵守する必要がある場合は、既製のゲートウェイの方がお得になる場合があります。
機能タイプ | 詳細説明 |
|---|---|
共通の機能 | デバイスのセットアップやアップデートなど、ほとんどの製品に必要です。通常は購入した方がよいでしょう。 |
ユニークな特徴 | 優位性が得られますが、カスタム ゲートウェイの開発が必要になる場合があります。 |
ヒント：急速な成長やリスク軽減が必要な場合は、既製のゲートウェイを購入しましょう。特別な機能が必要な場合や、完全な制御が必要な場合は、ゲートウェイを自分で構築するのが最適かもしれません。
常にビジネス目標、データ、デバイスのニーズに合ったものを選択してください。
簡単な手順で、強力な産業用IoTゲートウェイを構築できます。ゲートウェイが工場のニーズに合致していることを常に確認してください。ゲートウェイは将来的に拡張できるように計画し、常にセキュリティを念頭に置いてください。次に、以下の点に注意してください。
仕事に適した安定したハードウェアを選択してください。
サイトのネットワークとデバイスの数を計画します。
安全を保つためにソフトウェアとセキュリティを設定します。
リアルタイムジョブに適したデータ プロトコルを選択します。
ファイアウォールと定期的なチェックを含むセキュリティ プランを作成します。
リモート監視と問題を迅速に解決する方法を設定します。
予測メンテナンスを使用してシステムを最新の状態に保ちます。
新たなセキュリティ リスクに注意し、必要に応じてゲートウェイを変更できることを確認してください。
FAQ
産業用 IoT ゲートウェイの主な役割は何ですか?
産業用IoTゲートウェイは、機械やセンサーとクラウドの通信を支援します。データの収集、データの送信方法の変更、そしてネットワークの保護を行います。
IoT ゲートウェイを安全に保つにはどうすればよいでしょうか?
強力なパスワードを作成し、ソフトウェアを頻繁にアップデートする必要があります。ファイアウォールを設定して不正なトラフィックをブロックしましょう。デバイスに問題がないか常に確認し、セキュアブートを使用してセキュリティを確保しましょう。 それらを安全に保つ.
Raspberry Pi を産業用ゲートウェイとして使用できますか?
Raspberry Piは学習やアイデアのテストに最適です。実際の工場では、 より頑丈なハードウェア熱や埃、長時間の作業に耐えなければなりません。
産業用 IoT ゲートウェイはどのようなプロトコルをサポートしていますか?
MQTT
Modbus
OPC UA
HTTP / HTTPS
TCP / IP
これらのプロトコルにより、デバイスは相互に、またクラウドとデータを共有できるようになります。
