PowerPoint プレゼンテーション

MECHATROLINK協会

事務局代表

三輪 卓也

JIIA殿主催 Industry 4.0 セミナー

「Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向と

ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について」

目次

１．Industry 4.0及び各種ネットワークに関する市場動向

２．フィールドネットワークの市場動向について

３．ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応に対する将来性

について

「Industry 4.0 に対するフィールドネットワーク市場の動向と

ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応による将来性について」

１-1．Industry 4.0とは

Industry 4.0とは：

ドイツ政府が中心となって第4次産業革命の位置づけとして、提唱。

ＩＴ技術「サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System）」を活用した新たな

モノづくりであり、それを具体化するスマートファクトリ-の実現と捉えられている。

第１次産業革命：

蒸気機関による機械化

第2次産業革命：

電力の活用による大量生産

第3次産業革命：

PLCなど電気とITを組み合わせた

エレクトロニクスによる

オートメーション化

第4次産業革命：

「サイバーフィジカルシステ

ム（Cyber Physical

System）」に基づく、新た

なモノづくり

生産性

19世紀

1970年代

2010年代

18世紀

１-2．Industry 4.0の背景

新興国

先進国

大規模・他品種大量生産

多品種変量生産

市場縮小

アプリケーション

多機能化

内需拡大

先進国企業の

製造工場増加

低コスト化

高付加価値

ニーズ多様化

市場トレンド

市場拡大

各市場でのニーズは異なる！！

ドイツをはじめ先進国が市場環境の変化に危機感。

ものづくりの革新（製造業の生き残り）への取り組みを強化。

１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み

Industry 4.0に対する各国の取り組み：

新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化

を含めた主導権争いを実施中。

Indstrie4.0

(ドイツ）

Industrie4.0プラットフォーム運営委員会

・ABB AG

・Hewlett Packard GmbH

・Robert Bosch Industrietreuhand KG

・Bosch Rexroth AG

・IBM Deutschland GmbH

・SAP Deutschland AG & Co. KG

・Deutsche Telekom AG

・Infineon Technologies AG

・Siemens AG

・FESTO AG & Co. KG

・PHOENIX CONTACT Electronics GmbH

・ThyssenKrupp AG

・TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH

・WITTENSTEIN AG

１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み

Industry 4.0に対する各国の取り組み：

新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化

を含めた主導権争いを実施中。

Industrie4.0

(ドイツ）

・ロボット革命イニシアティブ協議会

(RRI:日本)

RRI運営幹事(企業）

・㈱小松製作所

・日本電気㈱

・パナソニック㈱

・ファナック㈱

・富士通㈱

・三菱電機㈱

１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み

Industry 4.0に対する各国の取り組み：

新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業を巻き込んみ標準化

を含めた主導権争いを実施中。

Industrie4.0

(ドイツ）

・ロボット革命イニシアティブ協議会

(RRI:日本)

IVI幹事会員

・㈱IHI

・オムロン㈱

・川崎重工業㈱

・㈱神戸製鋼所

・小島プレス工業㈱

・㈱今野製作所

・㈱ダイフク

・㈱東芝

・トヨタ自動車㈱

・㈱豊田中央研究所

・㈱ニコン

・日本電気㈱

・パナソニック㈱

・㈱日立製作所（代表幹事）

・ブラザー工業㈱

・富士通㈱

・マツダ㈱

・三菱電機㈱（副代表幹事）

・㈱安川電機

・Industrial Value Chain Initiative

(IVI:日本)

１-3．Industry 4.0に対する各国の取り組み

Industry 4.0に対する各国の取り組み：

新たなものづくりの実現に向け、各国が中心になり主要企業が標準化を含めた主

導権争いを実施中。

Industrie4.0

(ドイツ）

・ロボット革命イニシアティブ協議会

(RRI:日本)

Industrial Internet Consortium

（IIC：米国）

中国製造2015

(中国）

・Industrial Value Chain Initiative

(IVI:日本)

１-4．Industry 4.0の目指す世界

Industry 4.0の目指す世界とは：

IT技術「サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System：CPS）」を活用した新

たなモノづくりであり、それを具体化するスマートファクトリ-の実現と捉えられている。

生産準備

生産管理・在庫管理

販売管理

保守・保全

アフターサービス

製品設計

企画

PLM

IT系

FA系

ERP

MES

SCADA

PLC,NC,RC,MC

サーボ、インバータ、I/O、センサ

情報系ネットワーク

コントローラ間ネットワーク

フィールドネットワーク

データ収集

データ蓄積

データ解析

対策適用

CPS

IT技術：

M2M

Cloud

AI

OPC-UA

・・・等

IT-FAの

_情報連携

１-5．Industry 4.0の課題

Industry 4.0実現に向けた課題：

IT技術の活用は新たなものづくりを実現するため手段。

今までのものづくりの何を改善するのかをとらえることが重要。

生産準備

生産管理・在庫管理

販売管理

保守・保全

アフターサービス

製品設計

企画

PLM

IT系

FA系

ERP

MES

SCADA

PLC,NC,RC,MC

サーボ、インバータ、I/O、センサ

情報系ネットワーク

コントローラ間ネットワーク

フィールドネットワーク

データ収集

データ蓄積

データ解析

対策適用

CPS

IT-FAの

情報連携

工場の見える化：

生産モニタリング、生産性改善、

稼働率改善・・・等

生産設備の予防保全：

メンテナンス計画、稼働率

（ダウンタイム）改善、・・・等

IT技術：

M2M

Cloud

AI

OPC-UA

・・・等

１-６．Industry 4.0に対する各社取り組み

Industry 4.0に対する各社取り組み：

各社が、自社製品を活用した自社工場による実証を積極的に展開。

その活動の中で、FA企業とIT企業の連携が活発化。

・シーメンス×松下(2016/4)

電子機器産業におけるオートメーション規格の

共同開発を合意

製造プロセスのライン統合及びオートメーション

構想に関するパートナーシップを構築

•安川電機×IBM（2016/6）

安川電機のロボットとIBMのAI技術を利用したロ

ボットの稼働率向上（予知・予防保全）の実現

・ファナック×ロックウェル(2016/1)

ファナックのロボット/CNCとロックウェルの

MESとの接続し、稼働状況の見える化（つなが

る工場）を実現

・ファナック×シスコ(2016/1)

ファナックのロボット及びその解析技術とシスコ

のIoTソリューションとの接続し、ロボットの稼働

率向上（予知・予防保全）の実現

・ファナック×NAVDIA（2016/10)

ファナックのロボット及びその解析技術と

NAVDIAのAI技術を利用したロボットの操作の簡

単化と高知能化を実現

・日立製作所×ServiceNow Inc（2016/7）

日立の統合システム運用管理ソフトウェアと、 ServiceNow

Inc のSaaS型ITサービスマネジメントを連携させ、企業のIT

サービスマネジメントのさらなる最適化を実現するソリューショ

ンの提供

•三菱電機×インテル（2014/9)

インテルの IoT 技術と三菱電機の e-F@ctory ソリューションが

組み合わさることで、障害予測などの革新的な機能を提供し、工

場の生産性向上を実現

•三菱電機×e-Factoryパートナー

三菱電機のPLCを軸にした e-F@ctory ソリューションとの連携

のため、IT企業やコンポーネント企業など連携を実施

２-1．フィールドネットワークの位置づけ



フィールドネットワークの位置づけ

コントローラ間ネットワーク

フィールドネットワーク

上位情報系ネットワーク

フィールドネットワークは、ネットワークの階層の中で、一番下位に位置づけされます。

フィールドネットワークの中でも、特にアクチュエータ制御や、IO制御など、システムを駆動

したり制御情報を入力するための機器がつながるネットワークを、一般的に「モーション・

ネットワーク」と呼びます。（これに対し、I/O用途のネットワークは「I/Oネットワーク」）

モーション・ネットワークに必要な要件には、高速性、定周期性、同期性、低ジッター、多

ノード接続、サイクリックと非サイクリック通信などが挙げられます。

PLC

Servo Servo I/O Servo I/O Servo INV I/O I/O

NC

MC

motion network

I/O network

ネットワーク 国 開発元 推進団体 URL

MECHATROLINK 日本 安川電機 MECHATROLINK協会（MMA） www.mechatrolink.org

EtherCAT ドイツ Beckhoff EtherCAT Technology Group (ETG) www.ethercat.org PROFIBUS / PROFINET ドイツ Siemens PROFIBUS & PROFINET International (PI) www.profibus.com ETHERNET POWERLINK ｵｰｽﾄﾘｱ B&R ETHERNET POWERLINK Standardization

Group (EPSG) www.ethernet-powerlink.org Ethernet/IP, DeviceNet,

CompoNet 米国 Rockwell Automation Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) www.odva.org SERCOS ドイツ ABB, Bosch, Indramat Sercos International e.V. www.sercos.org CC-LINK / CC-LINK IE 日本 三菱電機 CC-LINK Partner Association (CLPA) www.cc-link.org

SynqNet 米国 MEI SynqNet Interest Group www.synqnet.org

VARAN bus ｵｰｽﾄﾘｱ Sigmatek “VARAN-BUS-NUTZERORGANISATION"

(VNO) www.varan-bus.net

ネットワーク 国 企業 URL

SSCNET-III/H 日本 三菱電機 （SSCNETパートナー会） www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/cnt/ssc/affiliates/partner/ Realtime Express 日本 パナソニック （パートナー会） industrial.panasonic.com/jp/i/25000/n_minas_a4n/n_minas_a4n/rtex.html

CUnet, HLS 日本 ステップテクニカ www.steptechnica.com

Motionnet 日本 日本パルスモーター www.pulsemotor.com/products/motionnet.html motionCAT 日本 ハイバーテック www.hivertec.co.jp/products/haisen/

A-Link, A-net 日本 アルゴシステム www.algosystem.co.jp

Open network

Private network

FL-net (OPCN-2)

ドイツ

オーストリア

アメリカ

日本

２-2．主なオープンネットワーク:国別

ODVA

CLPA

(CC-LINK)

ETG

(EtherCAT)

EPSG

(Powerlink)

MMA

PI

(Profibus & Profinet)

SI

(Sercos)

VNO

(VARAN)

CiA

CANopen

CANopen

Sercos

profile

CIP Safety

DeviceNetは

CAN(物理層)を使用

CANopen

各団体の持つネットワーク技術による協力関係

日本

ドイツ

ドイツ

ｱﾒﾘｶ

ドイツ

ドイツ

ｵｰｽﾄﾘｱ

相互接続の協業

PI もPRしている。

2-3.主なオープンネットワーク団体の関係

2-4.主なオープンネットワーク団体の取り組み

IT系との情報連携に向けて、コントローラネットワークをサポートする団体は、OPC

Foundationと連携強化。

⇒OPC-UAでセキュリティを確保しながらIT系システムへの情報連携と標準化が加速

2016/4

2015/4

IT系

FA系

■モーションネットワーク（MECHATROLINK、EtherCAT、SSCNETなど）

通信サイクル Slave1 Slave2 Slave3

Master→Slave Slave→Master

■I/Oネットワーク（DeviceNet、CC-LINKなど）

•

定周期性の保証

→たとえば、1msサイクルの通信であれば、1msサイクルを保証。

•

同期の仕組みがある

→複数のスレーブが同期して動作する仕組みを持っている。

•

ジッタ(Jitter; 時間の揺らぎ)が1usec以下

→各ノード間におけるジッタが1usecである。

このジッタが小さいほど、同期性が高い。

（通信データの送受信タイミングの揺らぎではなく、各スレーブのコマンドデータの

処理タイミングの揺らぎのこと。）

I/Oネットワークではコマンド受信したタイ

•

定周期性は保証されない

→通信データサイズにより、通信時間は変化する。

サイクリックな通信は可能だが、Best Effort方式となる。

•

同期の仕組みはない

→複数のスレーブは通信データを受信したタイミングで処理を開始する。（下図参照）

要件

２-5．フィールドネットワークの種類：モーションネットワークとI/Oネットワーク

■モーションネットワーク（MECHATROLINK、EtherCAT、SSCNETなど）

■I/Oネットワーク（DeviceNet、CC-LINKなど）

•

複数スレーブでの補間運転も可能。（同期性、ｻｲｸﾘｯｸ通信、時間確定性）

•

サーボ側に速度プロファイル等を持った位置決め動作も可能。（コマンド）

•

速度指令、トルク指令も可能。（コマンド）

•

I/Oネットワークでもサーボ等のアクチュエータを接続可能だが、この場合、

アクチュエータ側に速度プロファイル等を持ち、その運転の起動、停止を通信

経由で行うことになる。

•

複数スレーブ間の同期性がないため、補間運転は出来ない。

•

速度指令、トルク指令も可能とは思われるが、一般に上位で位置ループ、速度

ループを組むことは無い。

Position

Control

Velocity

Control

Torque

Control

Motion

Profile

Motor

補間指令

位置決め

速度指令

トルク指令

モーション用途で使用すると・・・

２-5．フィールドネットワークの種類：モーションネットワークとI/Oネットワーク

Network 物理層 伝送速度 伝送周期 同期性 リトライ

機能 IEC61158 / IEC61784 IEC61800-7(PDS) 備考

MECHATROLINK-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us～ Yes Yes Yes No

EtherCAT Ethernet 100 Mbps 10us～ Yes No Yes Yes

(IEC61800-7-301, IEC61800-7-304)

Sercos-Ⅲ Ethernet 100 Mbps 31.25us～ Yes No Yes Yes

(IEC61800-7-304) PROFINET IRT Ethernet 100 Mbps 250us～ Yes No Yes Yes

(IEC61800-7-303) Ethernet/IP with CIP

Motion Ethernet 100 Mbps 200us～ Yes(CIP Sync) No Yes Yes(IEC61800-7-302) CC-LINK IE Field

Motion Ethernet 1 Gbps 111us～ Yes No Yes Yes(IEC61800-7-301) CC-LINK IE Field

Basic Ethernet 100 Mbps Yes No No No

SynqNet Ethernet 100 Mbps ZMP : 20.8us

XMP : 62.5us Yes No No No

VARAN Ethernet 100 Mbps <100us～ Yes Yes No No

SSCNET-Ⅲ/H ？ 150 Mbps 222us～ Yes No No No 111usがあるとの噂あり

Realtime Express Ethernet 100 Mbps 83us～ Yes No No No motionnet

motionCAT RS-485 2.5, 5, 10, 20 Mbps 120 us / 8 slave240 us / 16 slave 480 us / 32 slave 970 us / 64 slave No No No No 同期性は無い通信だが、 半導体業界に入り込んで いる。

２-6．フィールドネットワーク：Motion 用途向けネットワーク概要

IEC 61158

(Communication Layers)

IEC 61784-1

(Communication Profiles)

IEC 61784-2

(Realtime Ethernet RTE)

IEC 61784-3

(Safety Communication)

IEC 61784-4

(Security)

IEC 61784-5

(Installation)

-1

Overview

-2

Physical

Layer

-3 Data link Service, Type 1,2,3,4...,

24

-4 Data link Protocol, Type 1,2,3,4...,

24

-5 Application Layer Service, Type 1,2,3,4...,

24

-6 Application Layer Protocol, Type 1,2,3,4...,

24

IEC61784-4 は各ネットワーク用個別の仕様、IEC61918が共通の要求仕様。 IEC61784-5 は各ネットワーク用個別の仕様、IEC62443が共通の要求仕様。 MECHATROLINK-II/III (Type24) -3-1 FF SIF -3-2 CIP Safety -3-3 PROFIsafe -3-6 INTERBUS Safety -3-8 CC-LINK Safety -3-12 EtherCAT Safety -3-13 Powerlink Safety CIP CIP FF PROFIBUS PROFINET MECHATROLINK-II/III EtherCAT Powerlink CIP FF PROFIBUS PROFINET

フィールドネットワークに対するIEC規格は、主なオープンフィールドネットワークが対応済み

MECHATROLINKは、type24として追2014年の改版追加され、現在は、FL-netやADSnetの追加が審議中。

２-7．フィールドネットワーク：主なオープンネットワークのIEC規格対応について

（IEC61158 / 61784）

図 ビジョンセンサの適用例

・ビジョンセンサはイーサネット、

制御機器(デバイス)はフィールド

バスで別々のネットワークで接続

・ビジョンセンサのトリガや照明制

御は専用のI/Oで接続

課題：

・コントローラ内のイーサネットデー

タ処理の遅延で

フィールドバスの

通信と同期がとれない

・コントローラに

センサトリガ用の

I/O I/Fが必要

・モーション制御と撮影データとのト

レーサビリティ

3-1. FA装置におけるビジョンシステムの適用例と課題

FAシステム機器としてビジョンセンサ等のイーサネットI/F機器が普及。

モーションとビジョンを含むシステムのさらなる付加価値向上に向け

ては、モーションに連携するセンサとの連携が課題

3-2. JIIA殿とMECHATROLINK協会（MMA)との協業について

×

日本インダストリアルイメージング協会

MECHATROLINK協会

マシンビジョンのMECHATROLINK対応に向けた検討開始で合意！

IIDC2をベースにMECHATROLINK

対応における技術課題と仕様の

標準化（実証デモ）を進める

他フィールドネットワークを含め

た標準化活動の実施

Y軸

X軸

Z軸

基板、ケースなど

θ軸

ノズル

トレー

電子部品

など

MC

ｻｰﾎﾞ

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

搬送軸

カメラ

カメラ

照明

照明

検査部

IIDC2/IOコントロール（照明）

PLC

ビジョンコントローラ

電子部品の実装機（マウンタ）のイメージ

設定ツール

・ビジョンセンサはイーサネット、

制御機器(デバイス)はフィールド

バスで別々のネットワークで接続

・ビジョンセンサのトリガや照明制

御は専用のI/Oで接続

⇒システムとしては、非同期

Y軸

X軸

Z軸

基板、ケースなど

θ軸

ノズル

トレー

電子部品

など

MC

ｻｰﾎﾞ

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

搬送軸

カメラ

カメラ

照明

照明

検査部

IIDC2/IOコントロール（照明）

PLC

ビジョンコントローラ

設定ツール

・ ビジョンセンサの画像処理結果および

I/O入力データ（撮影トリガ、証照明制

御）をM-Ⅲ通信周期に同期してM-Ⅲマ

スタ機器に送信

・ ビジョンセンサの検出結果をコントロー

ラを経由せずにサーボが直接参照可能

（他局モニタ機能）

・ M-Ⅲマスタ機器の指令に同期してI/O

出力可能

スレーブが、他のスレーブとマスタとの通信データをモニタ可能。

これにより、ビジョンコントローラの払いだしたアライメントデータをサーボドライブが読み取

り直接動作させることが可能*1

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

MECHATROLINK-Ⅲの特徴 ： 他局モニタ



他局モニタ機能

このデータを1軸目のスレーブ内で利用

することで、高速応答化が可能

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

ビジョンシステムをMECHATROLINK対応することで、データの一元管理が可能。

MECHATROLINKのメッセージ通信機能とメッセージ中継機能を使用することで、コント

ローラに負荷を与えることなく、データをMESやクラウドへの転送が可能。

メッセージ通信対応システム

・・・

MECHATROLINK-Ⅲ

Ethernet

無線LAN

AP

HUB

Wi-Fi経由による

見える化

HMI、PC

Message

communication

タブレットから各種操作が可能！

表示灯制御

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

現状（メッセージ通信未対応システム）

WiFi/LAN

トラブルが発生した場合には・・・

！

プログラム、写真、

レポートなど

オフラインでの解析、調査、

対策検討など。。。

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

3G回線

M2Mデータセンタ

クラウドシステム

M2Mシステム

インターネット

！

クラウドサービス

Wi-Fi/LAN

M2Mモジュール

MMLink3G

（安川情報システム殿）

クラウドサービス画面 MMCLoud

（安川情報システム殿）

オンラインで各種ツールの使用が可能

ポイント!

クラウドでのデータ蓄積、管理が可能

メッセージ通信対応システム

作業性、工数など削減や

データの一元管理が可能！

3-3. ビジョンシステムのフィールドネットワーク対応例

まとめ

Indstry4.0やIoT活用の流れの中で、IT系システムとFA系システムの

接続に関しては、各社、各団体が標準化に向けた取り組みを強化。

コントローラ間ネットワークは、Ethernet/Ethernet IP、Profinet、

OPC-UAなど標準化が加速

フィールドネットワークに関しては、装置性能の差別化と、各社コン

ポーネントサプライや等の思惑などもあり、IEC規格の対応からしても

当面標準化は進まない。

（装置内コントローラが、IT系システムへのゲートウェイとして対応）

ビジュアルフィードバックなど、生産装置や工場のさらなる付加価値

向上のためには、ビジョンシステムの高機能・高性能化に合わせて

フィールドネットワーク対応が重要