インダストリー4.0、またはモノの産業インターネット（IIoT）により、インテリジェントで接続された機器の利点はすでに証明されています。しかし、産業用メタバースの恩恵をフルに享受し、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には、対処すべき重要なインフラ課題があり、シングルペアイーサネットテクノロジー（SPE）がその解決策を提供します。

メタバースおよび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、私たちの物理的世界のデジタルツインだと考えてみましょう。その場合、エンジニアおよび製品開発者が、新規設計・製造戦略・ロジスティクス戦略などの影響をテストできる、遊び場かつテストラボとして役立ちます。これにより、新製品または新戦略の影響を詳細に評価することが可能になり、利害関係者の戦略的意思決定や方向性の決定に役立ち、コンセプトから実施までにかか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「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およびERPシステム全体で共有することで、データを記録するとともに、イーサネットテクノロジー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生産性と効率を高めることができます。理想的には、メタバースおよびIIoTは、互いに切り離されて動くのではなく、互いに情報を与え合うものです。クラウド上に存在する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の一部に影響を与えると同時に、工場現場からもたらされるデータは、AIモデルの改良にさらに貢献し、デジタルツインは、現実世界のますます正確なデジタルモデルの継続的な開発に役立ちます。

IIoT、およびメタバースが構成するデジタルとAIのモデリングの両方に貢献する最も重要な分野の1つは、センシングテクノロジーだと言えるでしょう。センサーは、婉曲的に言えば、目であり、耳であり、指であり、いつコマンドを作動させるべきかを制御システムに知らせ、いつメンテナンスを実行すべきか、あるいはプロセス改善が必要かをMESシステムに知らせ、生産性をERPシステムに知らせ、そして最終的には、予想される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の程度正確であるかをある程度メタバースに知らせます。驚くべきことに、今日のファクトリーオートメーションおよびプロセスオートメーションで使用され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します。

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。

ロジスティクスの世界では、「ラストマイルデリバリー問題」と呼ばれる問題への取り組みにますます注目が集まっています。eコマースによる商品の翌日配送に対する消費者の期待が高まる中、配送プロセスの「ラストワンマイル」は、お客様の満足度とコスト競争力の維持の両方にとって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、そしてお客様の玄関先までの製品の旅を考えるとき、倉庫からお客様の玄関先までの旅が「ラストマイル」とみなされます。ラストワンマイルの配送は、ルート上の配送の近接性、交通や工事、天候によって影響を受ける可能性があり、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非常に大きく、総コストの50％以上と見積もられています。

産業用イーサネットネットワークは、比較的、工場やプロセスのオートメーションに関して、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テクノロジーは、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、エコシステムの最先端に位置する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、多くはまだ目立たないように配線されているか、あるいは別のフィールドバスに接続されており、ブリッジまたはゲートウェイを経由してイーサネットに転送されます。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プログラミングや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導入における現実の障壁となります。このため、メタバースおよびIIoTには「最後のメーター」の問題があると言えます。

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。

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。 

こうした問題に対処するため、2019年にSPE産業パートナーネットワークが結成されました。現在、ケーブルおよびコネクターサプライヤーの正真正銘の顔ぶれが50社以上加盟しており、このコンソーシアムの使命は、新しいネットワーク標準で業界を結集することです。

SPEは「シングルペアイーサネット」の略です。その名の通り、重要なイノベーションは配線の削減であり、ツイストペアを2本または4本から1本に減らすことです。この配置の明らかな利点は、ケーブルの重量および直径の大幅な削減です。また、ケーブルの取り回しが容易になるため、ケーブルの柔軟性も向上します。しかしSPEは、産業用ネットワークにおける他の主要なペインポイントにも対応しています。帯域幅、パワー、リーチ このテクノロジーは、長さ40Mまでの最大1Gbpsのスピードと、1本のケーブルで最大50Wのパワーオーバーデータライン（PoDL）をサポートします。より少ない配線で、従来のテクノロジーよりも多くのデータと電力を提供します。さらにSPEは、産業用イーサネットの10倍の長さである1,000 mまでの10Mbps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が最適化され、

狭いスペースにSPEポートを押し込むことが容易になりました。PoDLをサポートする配線数の削減により、コネクターの小型化が可能になり、センサーをイーサネットネットワークに接続する際の主な障壁の1つであった、従来のケーブルおよびコネクターテクノロジーによる物理的スペースの制限に対処できるのです。

 T1 SPE IP20として知られるベースラインケーブリングシステムは、IP20保護等級、-40°C～+85°C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、堅牢な機能を提供します。さらに過酷な環境のために、M12 T1 SPE IP67バリアントは、モレックスが設計したIP67定格のコネクターを使用しています。

SPEの前提の中心は標準化です。以前の産業ネットワークで発生したバルカン化を避けるためにSPE産業パートナーネットワークの50を超えるメンバーは、IEC 63171-6/-7の下で標準化された嵌合面にコミットしています。コンソーシアムは、以下のような幅広い規格委員会にも積極的に関与しています。

• IEEE 802.3: 伝送方式
• IEC SC46C: 対称銅線ケーブル
• IEC SC 48B: コネクター
• ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3: 配線
• IEC SC65C: 産業用ネットワーク
• ANSI/TIA TR-42: ケーブル配線システム

このように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ーになりつつあります。多くの機能領域にわたる産業オートメーションの進歩は、実装がはるかに簡単でコスト効率も良くなります。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簡単に統合できます。

また、断片化され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統合することで、より良いコミュニケーション、より迅速なレスポンスタイム、ITメンテナンス業務の改善を可能にします。

この新たな製品は、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デバイスなど、より多くのIoTインフラにシームレスに接続することができます。産業アプリケーションとしては、ビル、プラント、工場のオートメーション、機械間通信、照明システム、エレベーター、エスカレーターの制御・ロボット工学などが考えられます。

SPE産業パートナーネットワークのプレミアムメンバーとして、モレックスは、11月のSPS 2022ショーケースで最初のSPE生産ラインを発表できることを誇りに思います。モレックスのSPEは、ケーブル距離40 mで最大1 Gbpsのデータ転送速度を達成し、将来のリリースではケーブル距離1 kmで10 Mbpsをサポートする予定です。SPEによって、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。