機械同士が極めて正確に通信し、わずか1ミリ秒の遅延が、コストのかかるダウンタイムに繋がる可能性のある工場の現場を想像してみてください。このような事態をどのように防ぎ、タイムリーかつ正確なデータ伝送を保証できるのでしょうか？もし、あらゆるミリ秒を優先する高度なイーサネット技術が、産業オートメーションに完全な変革をもたらすとしたらどうでしょうか？

それこそが、時間制約型ネットワーク（TSN）が約束する未来であり、産業オートメーションに革命を起こす最先端技術なのです。数字が示す通り、アナリストは世界のTSN市場が年率58.3％という目覚ましい成長を遂げ、MarketsandMarkets社のレポートによれば、2028年までに17億米ドル規模に達すると予測しています。

本記事では、TSNの普及を牽引する要因、TSNが産業効率をどのように変革しているのか、そしてこの技術を導入する際の課題と、その克服方法について解説します。

TSN導入における主な利点

TSNの変革力は、例えば大手家電メーカーにおいて、いくつかの重要な分野で著しい改善をもたらしたことからも明らかです。

• 時間確定性のある通信：TSNの低遅延かつ時間確定性のあるトラフィックスケジューリングにより、生産ライン上のデバイスを正確に制御し、同期させることが可能になりました。これにより、リアルタイム制御とシステム全体の応答性が向上し、データ集約型の環境において高いパフォーマンスを維持するために不可欠な要素となっています。
• 相互運用性：TSNは、異なるベンダーの多様な生産設備をシームレスに統合し、ネットワーク管理と最適化を簡素化します。この合理化されたネットワーク管理と最適化により、生産ライン全体で一貫した互換性とパフォーマンスが保証されます。
• ITとOTの融合：TSNは、ITシステムとOTシステムを単一のネットワークに統合することで、運用を合理化し、オーバーヘッドを削減、迅速な意思決定を可能にします。
• ネットワークの複雑性の軽減：TSNは、ネットワーク通信を標準のイーサネットに基づいた単一の簡素化されたアーキテクチャに統合し、複雑さとコストを削減するとともに、容易な拡張性を実現します。 
• 生産性向上：TSNは、制御データの優先順位付けと、確実な時間内伝送を実現することで、製造業における生産性を向上させます。その結果、ダウンタイムの削減、応答時間の短縮、設備稼働率の向上が期待できます。

これらの機能強化が複合的に作用し、運用効率の改善、生産性の向上、そして製造業者が掲げる効率と精度に関する目標達成に大きく貢献します。

TSNテクノロジー導入における潜在的な課題

TSNは、企業が自社のシステムや資産を統合し、TSNを基盤とした産業用ネットワークを構築する上で、非常に魅力的なメリットを提供します。ミッションクリティカルなネットワークと、そうでないネットワークを統合することには利点がありますが、TSNのような新しいテクノロジーを導入する際には、新たな課題も生じます。新しいテクノロジーの導入を検討している組織は、これらの要件に関して懸念を抱く場合があるでしょう。次のセクションでは、これらの具体的な要件に焦点を当て、実装を成功させるための戦略をご紹介します。主な課題は以下の通りです。

• データ量の増大：ネットワークに接続されるデバイスやアプリケーションが増えるにつれて、データトラフィック量は急増します。この増大する需要に効果的に対応するためには、広帯域幅の機能が不可欠となります。ギガビットや10Gの接続は高速化に不可欠ですが、ネットワークリソース管理におけるコストと複雑性の増大も伴います。AIや機械学習といった高度なアプリケーションがシステムに負荷をかけ続けるため、帯域幅の効率的な管理がますます重要になります。
• ネットワーク管理の複雑性： 統合されたTSNネットワークにおいて接続デバイスが増加するにつれて、ネットワーク管理はより複雑になります。中央ネットワークコントローラ（CNC）のような高度な管理・構成ツールは、これらのプロセスを簡素化するために不可欠です。しかしながら、企業は、技術投資、トレーニング、継続的なメンテナンスの必要性を考慮すると、これらのソリューションの実装に苦慮する可能性があります。
• システム互換性： 関連するテスト仕様に準拠した製品や、確立されたテストベッドに統合された製品を使用することで、スムーズなTSN実装が容易になります。これらの標準は互換性と信頼性を保証し、統合における課題を軽減し、効率向上を加速するために重要です。しかし、これらの標準化された製品の選定、検証、統合には時間とリソースがかかる可能性があり、多くの場合、各種標準や認証に対応するための専門知識が求められます。

TSN統合を成功に導く道筋

TSNの統合には、複雑な側面があることを認識しておくことが重要です。前述しましたように、リアルタイム制御の向上、シームレスな相互運用性、統合ネットワークアーキテクチャといった利点は非常に大きい一方で、解決すべき課題も存在します。TSNの導入を成功させるためには、以下の重要な側面を考慮する必要があります。

• ギガビット性能： 産業環境におけるデータ需要の増大に伴い、より大容量のデータを効率的に処理するためには、広帯域幅性能が不可欠です。したがって、堅牢なネットワーク性能を確保するため、各ポートで完全ギガビット速度をサポートするTSNソリューションを選択することが重要となります。広帯域幅かつ低遅延の通信は、リアルタイムなデータ交換を維持するために不可欠であり、複雑な産業プロセスにおいて重要な、正確な制御と応答性を実現します。
• 容易な設定： デバイスの設定や管理を簡素化する、Webベースのグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）のような、直感的な管理ツールに着目してください。特に、複雑化が進む大規模な環境への導入においては、この点が重要になります。
• コンパクトかつ柔軟な設計： 狭いスペースにも容易に設置できる、コンパクトで柔軟な設計の機器を選定してください。省スペース設計により、高度なネットワーク機能を既存のインフラストラクチャへシームレスに統合することが可能です。
• 互換性：製品が要求される試験仕様に準拠しているか、既存のテストベッドに含まれているかをご確認ください。これらの標準に準拠することで、シームレスな互換性と信頼性の高いパフォーマンスが保証され、TSN統合を成功に導く上で不可欠となります。

Moxaの貢献

産業用ネットワークソリューションのリーディングカンパニーであるMoxaは、IEC/IEEE 60802 TSNプロファイルやIEEE 802.1 TSNタスクグループといったグローバルなTSNイニシアチブに積極的に参画しています。弊社の TSN-G5004 および TSN-G5008 シリーズ イーサネットスイッチは、2024年夏にAvnu Allianceより世界初のTSNコンポーネント認証を取得するという画期的な成果を達成いたしました。最大8つのフルギガビットポートを搭載したこれらのスイッチは、自動化エンジニアの皆様が完全に統合されたネットワークを容易に構築することを可能にします。

弊社のTSN技術、およびお客様のオペレーションをどのように変革できるかにつきましては、弊社のウェブサイトをご覧ください：TSNポータル