インダストリー4.0やIIoT（Industrial Internet of Things）により、インテリジェントな接続機器のメリットはすでに証明されています。しかし、産業用メタバースおよびセンサーとクラウドのシームレスなイーサネット接続というビジョンを完全に実現するためには、重要なインフラの課題に対処する必要があり、シングルペアイーサネット技術（SPE）はその解決策を提供するものです。

メタバースとIIoTが存在するエコシステムについて考えてみましょう。メタバースを物理世界のデジタルツイン（双子の世界）の１つとして見てみると、それはエンジニアや製品開発者が新しい設計、製造戦略、物流戦略などの影響をテストできる有用な遊び場、テストラボとして機能します。新製品や新戦略の影響を詳細に評価することができ、ステークホルダーの戦略的な意思決定や方向性を伝えるのに役立ち、コンセプトから実装までに発生する時間とコストを劇的に削減することができます。

一方、IIoTは「現実世界」で機能し、データをリアルタイムで収集し、機械からセル、MESやERPシステム全体まで共有し、データの記録と生産性や効率性をイーサネット技術やインターネットの登場以前には不可能だったレベルまで向上させることが可能になります。  理想的には、メタバースとIIoTは互いに孤立して動作するのではなく、互いに情報を与え合っています。  クラウド上にあるAIモデルは、工場現場で行われるリアルタイムの意思決定に影響を与えると同時に、工場現場から送られてくるデータは、AIモデルの改良に貢献し、デジタルツインは、現実世界のデジタルモデルをより正確に開発することにつながります。

メタバースが構成するIIoTとデジタルおよびAIモデリングの両方に貢献する最も重要な分野の1つは、センシング技術であると言うことができます。センサーは、身体機能に例えて言えば目、耳、指であり、制御システムにはいつコマンドを作動させるべきか、MESシステムにはいつメンテナンスを行うべきか、プロセス改善が必要か、ERPシステムには生産性を、そして究極的にはメタバースには、予想結果と実際の結果を比較するレポートにデータを供給することによって、世界の機能モデルがどれだけ正確かをある程度は知らせてくれます。驚くことに、今日ファクトリーオートメーションやプロセスオートメーションで使用されているほとんどのセンサーやアクチュエーターは、イーサネットネットワーク上に直接存在するのではなく、イーサネットベースではないフィールドバス上に存在するのです。

既存の産業用ネットワークの問題点 

ロジスティクスの世界では、「ラストマイル配送問題」と呼ばれる問題への取り組みが注目されています。eコマースで翌日配送への期待が高まる中、配送のラストワンマイルは、顧客満足度とコスト競争力の維持に最も重要であると考えられています。生産工場から倉庫、配送トラック、そしてお客様のもとに届くまでの道のりを考えると、倉庫からお客様のもとに届くまでが “ラスト・ワン・マイル “であると考えられます。  ラストマイル配送は、ルート上で互いに近接している配送物、交通や工事、天候などの影響を受け、配送プロセスのこの最後のステップに関連する時間とコストはかなり大きく、総コストの50％以上と推定されます。

産業用イーサネットネットワークは、比較的、工場やプロセスの自動化に関しても、同様の課題に直面しています。TCP/IPベースのイーサネット技術は、クラウド、ERP、MES、生産セル、マシンレベルの制御を接続するために一般的に使用されています。しかし、これらのシステムのセンサーやアクチュエーターのレベルでは、エコシステムの端に存在するため、多くはまだ目立たないように配線されているか、別のフィールドバスに接続されており、ブリッジやゲートウェイを経由してイーサネットで伝送されています。その結果、これらのフィールドバスをサポートするための追加のプログラミングとハードウェアの必要性によってエンドユーザーに追加コストが発生し、場合によってはスマートテクノロジーの実装に対する実際の障壁にもなっています。このため、メタバースやIIoTには「ラストメーター」の問題があると合理的に言うことができます。

Single Pair Ethernet がもたらすメリット 

これらの問題に対処するため、2019年にSPE Industrial Partner Network SPE Industrial Partner Networkが設立されました。現在、50社以上のメンバー企業（業界で主要なポジションにいるケーブルおよびコネクタサプライヤー）が参加しており、このコンソーシアムの使命は、新しいネットワーク規格に業界を結集させることです。 

SPE stands for “.” SPEとは Single Pair Ethernetの略です。その名の通り、2本または4本のツイストペアから1本のツイストペアへと配線を減らすことが重要な技術革新となっている。これにより、ケーブルの重量と直径が大幅に削減され、ケーブルの柔軟性も向上し、配線が容易になります。しかし、SPEは産業用ネットワークが抱える他の大きな問題にも対処しています。帯域幅、電力、到達距離です。この技術は、1本のケーブルで最大40Mまでの1Gbpsの速度と最大50WのPower over Data Line（PoDL）をサポートしています。さらに、SPEは産業用イーサネットの10倍にあたる1,000mまでの10Mbpsのケーブルに対応しています。さらに、リセプタクルに関連する電子機器のサイズも最適化されているため、狭いスペースにも容易に設置することができます。PoDLをサポートする配線数の削減により、コネクタの小型化が可能になり、イーサネットネットワークにセンサーを接続する際の主な障壁の1つである、従来のケーブルおよびコネクタ技術による物理的なスペースの制限に対処することができます。

T1 SPE IP20として知られる基本のケーブルシステムは、IP20保護等級、-40℃～85℃の動作温度範囲、最大1000回の嵌合サイクルに対する耐久性などの堅牢な機能を提供します。 さらに厳しい環境用途では、M12 T1 SPE IP67 という派生仕様では保護等級IP67に対応し、モレックスはその製品の設計をしています。

未来へのロードマップ 

SPE が目指す中核は標準化です。SPEインダストリアル・パートナー・ネットワークの50以上のメンバーは、以前の産業ネットワークで発生したバルカン化 (互いに分裂、細分化されてしまう様)を避けるために、IEC 63171-6/-7の下で標準化された嵌合インターフェースをコミットしました。また、このコンソーシアムは、以下のような幅広い標準化委員会に積極的に参加しています。 

• IEEE 802.3 – Transmission method
• IEC SC46C – Symmetrical copper cables
• IEC SC 48B – Connectors
• ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3 – Wiring
• IEC SC65C – Industrial networks
• ANSI/TIA TR-42 – Cabling systems

標準化に重点を置くことで、シングルペアイーサネットはインダストリー4.0の実装に適したネットワークアーキテクチャになろうとしています。デバイス、センサー、アクチュエーターは、インターフェースを追加することなく、既存のイーサネット環境に容易に統合することができます。

また、断片化したレガシーネットワークをイーサネットベースの統合ソリューションに集約することで、より良い通信、より速い応答時間、IT保守運用の改善を可能にします。

この新しい製品は、スマートセンサー、バルブ、アクチュエーター、ドライブ、コントロールパネル、その他のプロセスオートメーション機器など、より多くの種類のIoTインフラに、よりシームレスに接続することができます。産業用途としては、ビルディング、プラント、ファクトリーオートメーション、マシンツーマシン通信、照明システム、エレベーターやエスカレーターの制御、ロボティクスなどが想定されます。

モレックスは、 SPE Industrial Partner Networkのプレミアムメンバーとして、11月にドイツで開催された展示会 SPS 2022にて最初のSPE製品ラインを発表・展示しました。モレックスのSPEは、ケーブル距離40mで最大1Gbpsのデータ伝送速度を実現し、今後のリリースではケーブル距離1kmで10Mbpsをサポートする予定です。SPEの登場により、産業用メタバースの未来はこれまで以上に明るく、現実的なものになりつつあります。