5Gで工場はどう変わる？5Gのメリットと課題

世界的に5Gのサービス開始が相次いでいますが、産業用途に限ってみると製造業での活用が大きく注目されています。中でも限られたエリア内で使用するローカル5Gは製造業でのニーズが高く、今後も需要の伸びが予想されます。

なぜ、製造業でここまで5Gに期待が寄せられているのでしょうか。

今回は、5Gによる工場の変化やWi-Fiとの違い、メリット、導入への課題をご紹介します。

１．5Gで変わる工場のあり方

次世代の通信インフラとして期待されている5Gにより、工場はどう変化していくのでしょうか。

5Gとは

日本で2020年にサービスが開始された5Gは「5th Generation」の略で、日本語では「第5世代移動通信システム」と訳されています。

5Gには高速大容量・低遅延・多接続という3つの特徴があり、4Gと比較すると通信速度は20倍、遅延が10分の1、同時接続台数は10倍に増加すると考えられています。

中でも企業や自治体が個別で設置できるローカル5Gは、特定のエリアで5Gネットワークを利用できるもので、工場での活用が見込まれています。

進むスマート工場化

スマート工場とは、工作機械や製造ラインをインターネットに接続し、効率的な生産システムを導入している工場のことです。

スマート工場では他の生産拠点とのリアルタイム接続やビッグデータ解析などが不可欠とされていますが、5Gを活用すれば遅延のない他拠点との接続、大容量データの解析といったことが可能になり、工場のスマート化につながります。

また、多接続という特徴を活かしてAGV（無人搬送ロボット）の導入が進み、工場の無人化も一段と進むことが予測されます。

２．Wi-Fiではなく5Gであるべき理由

工場のネットワークをWi-Fiで構築している場合、5GじゃなくてもWi-Fiで対応できるのでは、と考える人もいるかもしれません。

しかし、工場の生産性をより高度化するには、5Gでなければならない理由があります。

スムーズにハンドオーバーできる

AGVなどの産業用ロボットは移動するため、スムーズにハンドオーバーができるかがカギになります。ハンドオーバーとは交信する基地局の切り替えのことで、ハンドオーバーがスムーズに行われなければ通信が途切れ、ロボットの制御に影響を与えてしまいます。

Wi-Fiは移動しながらの使用が考慮されていないため、届くエリアが狭く複数のアクセスポイントが必要です。一方、5GはWi-Fiよりも少ない基地局で広いエリアをカバーできるため、基地局を切り替える必要がなく、安定したロボットの制御が可能になります。

セキュリティに強い

外部のネットワークと独立しているローカル5Gは、Wi-Fiよりも認証工程が多いためセキュリティが高いとされています。

Wi-FiはSSIDとパスワードのみで認証が行われますが、ローカル5GはAPN（Access Point Name）とパスワードに加え、SIMカードによる認証も行われます。SIMカードの情報は書き換えが不可能なので、どの機械が5Gに接続しているかがわかり安心です。

さらに、ミリ波（28GHz帯）を利用すれば建物・敷地外に電波が漏えいするリスクが低く、セキュリティを重視する企業にとって大きな利点と言えるでしょう。

Wi-Fiと帯域を分けられる

すでにWi-Fiを工場内システムに使用している企業では、ある程度の帯域を消費しているため、新たにIoTやAIを導入するとシステムが停止する恐れがあります。

しかし、ローカル5Gであれば帯域を分けられるため、LANケーブルを追加しなくても新たなシステムの導入が実現できます。

３．5Gが製造業にもたらす4つのメリット

5Gはビジネスに革新をもたらすとされていますが、製造業に限って見てみると主に4つのメリットが考えられます。詳しく見ていきましょう。

①．配線を減らし自由な生産ラインを作れる

製造業で近年ニーズが高まっている「変種変量生産」に対応するためには、製造ラインを柔軟に変更しなければなりません。しかし、機械同士の配線が障壁となり、自由な機械配置ができない工場が多くあります。

5G標準化団体の3GPPおよびITU-Rは、5Gは有線と比較して99.999％の送信成功率を満たすよう定めており、配線がなくても安定した通信を実現できるとしています。

そのため、ケーブル配線を省略でき、マーケットの需給状況に合わせて生産ラインを常に柔軟に動かせます。さらに、今後IoT化を進めるときの配線工事もいらないため、配線コストも削減可能です。

②．大容量データも簡単に処理できる

5Gの特徴のひとつである「高速大容量」により、大規模データを簡単に処理できるようになれば、大容量データの送受信が可能になり、工場の管理能力アップを望めます。

例えば、保管してある在庫の量・内容・位置を詳細に把握でき、在庫管理が効率化できます。加えて、データの処理能力が上がるため、高精細な画像処理を通し、不良品の検出がより正確に行えるようになるのです。

③．リアルタイムに遠隔地との情報共有ができる

5Gを活用すれば、高精細な画像・動画の送受信も簡易に行えるため、遠隔地との情報共有をリアルタイムで行えます。

例えば、別工場にいる熟練技能者が材料の細かな仕上げ作業を動画で確認し、適宜指導するといったことも実現するため、距離や時間に関係なく作業支援を行うことができ、工場の省人化につながります。

また、別の現場をリアルタイム映像で確認できる、安全性を考慮して遠隔でロボットを操作できるといった点も、5Gで受けられる恩恵のひとつと言えるでしょう。

④．多くの機械を同時接続できる

5Gは1km²で100万台の同時接続を実現できます。この特性を活かせば、工場のさまざまな機械・装置を1つのネットワークで動かせるようになります。

先述の通りWi-Fiでは多数のアクセスポイントが必要になりますが、5Gは1つで多数の機械を制御できるため、AGVを複数導入しても、接続が途切れることなくスムーズな搬送ができるようになるでしょう。

４．産業用5Gの恩恵は2022年以降

ご紹介してきた通り、5Gが製造業に生み出すメリットは多岐に渡るため、多くの企業が5Gの活用を希望しています。2019年末にローカル5Gの申請受付が開始されたことを受け、申請書を提出した自治体や企業も少なくありません。

しかし、5Gの普及の足取りは重く、産業分野での5Gの普及は2022年以降に本格化するのではと推測されています。さらに、導入のための設備投資に多大なコストがかかるため、中小企業での5G導入は容易ではありません。

低コストで簡易な5Gソリューションの実現が期待されます。

５．まとめ

高速大容量・低遅延・多接続を実現した5Gは、スマート工場化を推し進めるのではと推測されています。

Wi-Fiと比べても広いエリアをカバーでき、セキュリティに強いためローカル5Gを工場に導入できれば様々なメリットを享受できる可能性があります。

その他にも、省配線化やリアルタイム通信が可能になり工場の生産性向上に寄与することが予想できますが、導入コストが高いため中小企業での5G導入は簡単ではありません。