工場における無線通信安定化に向けた新たな評価方法の実証実験に成功

無線システム導入前に課題を把握して、本格導入までの検証ステップを短縮

2022年3月16日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント
■　工場における無線通信安定化に向けて策定した新たな評価方法の実証実験を行い、有効性を確認
■　この評価方法に基づいて、情報収集・処理・制御することで、無線通信の安定化に成功
■　工場の様々な現場での「無線システムの本格導入までの検証ステップ」の短縮に期待

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT(エヌアイシーティー)、理事長: 徳田 英幸）とトヨタ自動車株式会社は、工場の無線通信安定化を目的としてNICTが策定した評価方法「製造現場をガッカリさせない無線評価虎の巻」（以下「本評価方法」）の有効性を確認するために、トヨタ自動車高岡工場の部品搬送工程において実証実験を行い、「本評価方法」の有効性を確認しました。
　今回、同工場の部品搬送工程で、搬送機器を自動運転化する無線システムの導入実験を行いました。具体的には、「本評価方法」に基づき、搬送機器と工場内のアクセスポイント間の通信状態を把握し（情報収集）、搬送機器から遠いアクセスポイントの除外（処理）と、電波が強まったり弱まったりする状況下で通信の自動切替え（制御）を行い、無線通信の安定化を実現することができました。
　このように、「本評価方法」を活用することで、無線システム導入を検討している様々な現場での「無線システムの本格導入までの検証ステップ」の短縮が期待できます。

背景
　 工場の部品搬送工程では、搬送機器の導入が進んでいますが、同じエリア内に複数の独立した無線システムが混在するため、無線干渉により、通信が不安定化します。また、金属体などの遮蔽物が多い場所では、人やモノが移動することで無線環境のダイナミックな変化によるトラブル事例が報告されています。現場に必要とされるスペックを満たす無線システムを導入しても、実際は無線環境次第で機能を発揮できないことがあり、その原因を特定するために手間がかかることが課題となっていました。
　これを受け、NICTのフレキシブル・ファクトリー・プロジェクトは、2021年6月に、製造現場に無線システムを導入する際に無線環境の課題を把握するための評価方法「製造現場をガッカリさせない無線評価虎の巻」を策定しました。

今回の成果
　NICTとトヨタ自動車は、トヨタ自動車高岡工場の部品搬送工程で、搬送機器を自動運転化するために導入予定の無線システムに関して、「本評価方法」を用いて、「情報収集・処理・制御」から成る評価実験を行いました。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202203118546-O1-7QHlP4m8】

　まず、搬送機器に計測システム（図1参照）を設置して無線の状態を計測し、「①搬送機器と工場内のアクセスポイント間の電波到達距離や受信信号強度、②通信遅延と通信のパケットロス数」を把握しました。その結果、「無線システムが現場で必要なスペックを下回っていること」と、その原因が「適切なアクセスポイントにつながらないことによるパケットロスや通信遅延にあること」が明らかになりました（情報収集）。そこで、導入予定の搬送機器と工場内のアクセスポイントとの間の通信に関して、搬送機器から遠いアクセスポイントの除外（処理）と電波が強まったり弱まったりする状況下で通信の自動切替え（制御）を行い、NICTが策定した「本評価方法」に沿って、無線システムが不安定化する要素を一つずつ排除し、無線通信を安定化することに成功しました（図2参照）。
　このように、「本評価方法」を用いることで、無線通信の安定化を実現し、その有効性を確認することができました。
【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202203118546-O5-cIpU9qyV】
図2 新たに導入する無線システムの導入評価
（縦左軸: 往復遅延時間[ミリ秒]、縦右軸: パケットロス数、横軸: 時間）
本実証実験では通信安定性として遅延時間を指標として採用し、通信遅延が期待する1秒以内に収まるかどうかを確認するために、遅延やパケットロス数を評価した。
左図は、搬送機器から遠いアクセスポイントの除外（処理）と電波が強まったり弱まったりする状況下で通信の自動切替え（制御）を実施する前の性能、右図は実施後の性能を表している。
左図では、無線環境のダイナミックな変化により、往復遅延時間が大きく変動し時折1秒を超えているが、右図では、往復遅延時間の変動が小さくなり期待する1秒以内の条件を満足していることが分かる。

今後の展望
　今後、「本評価方法」を活用することで、無線システム導入を検討している様々な現場での「無線システムの本格導入までの検証ステップ」の短縮が期待できます。
　NICTは、デジタルトランスフォーメーション実現のため多種多様な無線システムの導入を検討する現場で、専門家がいなくても、無線環境の把握やシステムの安定運用ができるような可視化技術や評価・実証などの研究開発を進めていきます。また、NICTとトヨタ自動車は今後も引き続き協力し、搬送自動化のための無線通信の安定化に共同で取り組んでいく予定です。

各機関の役割分担
・国立研究開発法人情報通信研究機構: 実験システム構築・実験実施及びデータ分析
・トヨタ自動車株式会社: 実験環境整備及び実験実施支援

本研究開発の一部は、総務省の「電波資源拡大のための研究開発（JPJ000254）」における委託研究「高ノイズ環境における周波数共用のための適応メディアアクセス制御に関する研究開発」及び「電波資源拡大のための研究開発（JPJ000254）」における委託研究「リアルタイムアプリケーションを支える動的制御型周波数共用技術に関する研究開発」により実施しています。