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IoTシステムで実現できることとは?適用シーンと併せて解説

IoTシステムとは?国内の導入例を元に3つのメリットを解説

IoTシステムで実現できることとは?適用シーンと併せて解説

IoTの仕組みは?センサー・ネットワーク・クラウドの3つの構成要素

IoTシステムの構成要素は、「センサー」「ネットワーク」「クラウド」の3つです。

まず、様々な機器やデバイスからデータを収集し、製品やサービスに役立てるためには、マイコン(CPU)が搭載されたセンサーデバイスが必要です。センサーデバイスの例として、温度センサー・照度センサー・加速度センサー・GPS・流量計などがあり、目的に応じて様々なセンサーが使われています。

センサーデバイスが収集した膨大な量のデータは、Wi-FiやBluetoothを始めとした無線通信ネットワークや、3G・4G(LTE)・5Gなどの携帯電話回線(移動通信システム)を通じ、クラウド環境へ送られます。この巨大なデータを「ビッグデータ」と呼び、通常のデータベースでは取り扱えないため、AIを用いてデータ分析を行うことがほとんどです。

IoTデバイスから集めたビッグデータを分析し、わかりやすく可視化することで、既存の製品・サービスの効率化や、新たなビジネスチャンスの創出につながります。

IoTが普及した理由は?コストダウンとサイズダウンがきっかけ

総務省の「令和元年版 情報通信白書」によると、IoTデバイスは急速に増加しており、2021年には全世界で447.9億台に達すると予測されています。[注1]

IoTはなぜ普及しているのでしょうか。その鍵を握るのは、コストダウンとサイズダウンの2点です。

要素技術のコストダウンに成功

第一の理由が、IoTシステムに欠かせないセンサーデバイスや通信モジュールの低価格化が進んだ点です。

たとえば、1個数百円程度の市販の汎用センサーを使い、生産工場の稼働状況の見える化や、生産性の向上を達成した事例も存在します。[注2]

要素技術のコストダウンにより、高額な設備投資が難しい町工場や中小企業でも容易にIoTシステムを導入できるようになりました。

サイズダウンによりウェアラブル機器も増加

もう1つの理由は、センサーデバイスや通信モジュールが大幅に小型化したことで、よりコンパクトなIoTシステムを構築できるようになった点です。

とくに腕時計・リストバンドや衣服として身につけられる「ウェアラブル端末」の普及が見られます。IDC Japanの調査によると、2020年第1四半期のウェアラブルデバイスの出荷台数は165.9万台で、前年同期比60.3%の増加でした。[注3]

従来の携帯電話・スマートフォンに加えて、いつでもどこでも身につけて使えるウェアラブル機器を活用したシステム設計が実現可能になり、日常生活の至るところでIoTシステムの普及が進んでいます。

IoTシステムの6つの活用事例

ここでは、IoTが積極的に取り入れられている6つの分野を紹介します。

スマートハウスで快適な暮らしを実現

スマートハウスとは、家電や住宅設備機器にIoTを取り入れた次世代型住宅です。たとえば、スマートフォンアプリで外出先から家電を操作したり、AIで室内の温度や照度を自動調節したり、より便利で豊かな暮らしが実現します。

都市全体がネットワークにつながるスマートシティ

1軒1軒の家だけでなく、都市全体がネットワークにつながり、公共サービスの効率化や、省エネルギー・CO2削減などを実現するのがスマートシティ(コネクテッド・シティ)です。

国内でもトヨタ自動車がスマートシティの実現に向けて取り組んでおり、2021年初頭に次世代型都市「ウーブン・シティ(Woven City)」の着工を目指しています。[注4]

バス利用が便利になるバスロケーションシステム

すでにIoTの活用が進んでいるのが、バスの運行状況を見える化する「バスロケーションシステム」です。1台1台のバスにGPSを設置し、位置情報を収集して分析することで、バスの到着時刻や道路の混雑状況を可視化します。

ヘルスケア分野でもIoTの活用が進む

ヘルスケアサービス分野でもIoTへの注目が高まっています。スマートウォッチを始めとしたウェアラブルデバイスを活用し、センサーを通じてユーザーの生体情報をモニタリングすることで、生活習慣のアドバイスや、医療サービスの改善に役立ちます。

自動運転技術にもIoTは欠かせない

自動運転技術では、自動車を安全に走行させるため、センサーデバイスで車の位置情報や走行状態、周辺の道路状況などのデータを集めています。ビッグデータをリアルタイムで収集し、クラウド環境に集約・分析する過程で、IoT技術は大きな役割を果たしています。

スマート工場で生産工程の効率化・自律化を実現

スマート工場とは、生産ラインや工作機械にIoT技術を応用することで、生産工程の効率化・省人化を目指す取り組みです。

たとえば、各機械にセンサーデバイスを搭載することで、リアルタイムに稼働状況を把握でき、予防保全やメンテナンス費用の削減に役立ちます。経済産業省も平成28年度(2016年)にスマート工場実証事業を立ち上げ、「スマートものづくり」の推進に向け取り組んでいます。[注5]

IoTシステムとは?「モノのインターネット」を活用した情報システム

IoTシステムとは、モノのインターネットとも呼ばれる「IoT(Internet of Things)」を活用した情報システムのことです。IoTとは、3G回線、無線LAN、Bluetoothなどのネットワークとモノを結びつける技術のことです。

スマートフォンやタブレットだけではなく、新たにデジタル情報家電、自動車、工場設備、発電システムなどがインターネットにつながることで、従来よりも便利な情報システムを構築できるようになりました。

インターネットを通じて機械をリモコン制御できるIoTシステムを作れば、現場にいなくても遠くから遠隔操作することができます。

製品にセンサーを取り付け、通信機器を通じて外部にデータ送信できるシステムがあれば、自動でモニタリングを行ったり、大量のビッグデータを収集したりすることができます。

生産現場の人手不足にあえぐ製造業や、建築物・構造物の遠隔監視システムの需要が高い土木業、センサーデータを活用して農作業の効率化に取り組む農業分野などを中心に、IoTシステムを積極的に導入する国内企業が増加しています。

IoTシステムの導入で実現できる3つのこと

IoTシステムを導入すれば、大きく分けて3つのことが実現可能です。ここでは具体例を挙げつつ、IoTシステムの導入メリットを解説します。

1. IoTシステムを活用してモノを遠隔操作・自動制御する

IoTシステムで実現できるものの1つが、「モノの遠隔操作」です。製品や機械にセンサーを取り付ければ、モノの状態をリアルタイムに知ることができます。これにリモコン制御システムを組み合わせれば、遠く離れた場所でも遠隔操作が可能です。

たとえば、製品や機械の稼働状況をリモートで監視し、トラブルが起きた際は遠隔操作での対応を行うことで、よりきめ細やかな顧客サービスを提供できます。日常的な暮らしのなかでも、エアコンや炊飯器などの状態を外出先からチェックしたり、スイッチを入れたりと、生活をより便利で豊かにすることができます。

2. IoTシステムを活用してモノの状態を遠隔監視・自動監視する

製品や機械にセンサーを取り付ければ、さまざまなデータをリアルタイムに収集することが可能です。

携帯電話回線(3G回線)や無線LANなどの通信モジュールを搭載すれば、遠く離れた場所であっても、収集したデータを安価に送受信することができます。

IoTシステムの機能として、とくに期待されているのが、「モノの状態の遠隔監視・自動監視」です。屋内外を問わず24時間リアルタイムで情報を収集したいケースや、人手不足で生産機器の保守や死活監視に支障をきたしているケースでは、IoTシステムの導入が解決策になります。

たとえば、温度計、湿度計、気圧計、照度計といったセンサーがあれば、その場所の気候や環境条件を自動でモニタリングできます。とくに農業分野では、ビニールハウスにセンサーモジュールを取り付け、農作物にとって適切な環境条件が維持できているかを自動監視するIoTシステムが登場しています。

また、近年ではモーションセンサー(人感センサー)を活用した遠隔監視サービスも人気です。モーションセンサーとは、モノの動きや移動、振動や傾斜などを測定することができるセンサーのことです。

たとえば、モーションセンサーやカメラを設置し、3G回線などの通信モジュールを搭載すれば、不審な動きを検知した段階で自動アラートを送信するIoTシステムを作ることができます。また、生産設備にモーションセンサーを取り付ければ、機械の稼働状況だけでなく、細かな振動や衝撃から事前に異常検知を行うことも可能です。

3. IoTシステムを活用してモノ同士でデータのやりとりをする

機械と機械が直接ネットワークにつながれ、相互に情報交換を行うことを「M2M(Machine to Machine)」と呼びます。人間が介入しなくても機械と機械が相互に制御しあえるため、機械の自動制御やオートメーションに活用されてきた技術です。

M2MはIoT技術が登場する前に提唱された概念で、あくまでも対象は「機械」に限定されていました。しかし、IoT技術が登場した現代では、機械だけでなくあらゆるモノとモノが相互にコミュニケーションを行うことが可能になったため、さまざまな分野での応用が期待されています。

モノを自動制御するシステムのなかでも、とくに近年注目を集めているのが、車の「自動運転」です。リアルタイムな交通情報を取得してルート設定を行い、車載機器が相互に自動制御を行うことで、IoTシステムがほぼすべての運転タスクを担うことが可能です。

車載システムがハッキングされ、不正アクセスや遠隔操作をされるといったセキュリティ上のリスクはあるものの、すでに車の自動運転は実用化段階に入っています。

自動運転のほかにも、工場の生産ラインのオートメーション化、住宅機能のオートメーション化など、さまざまなモノを自動制御するIoTシステムが考案されています。

IoTシステムの活用シーンは?国内の3つの導入事例を紹介

農場でスマートフォンを操作する男性

IoTシステムはどのようなシーンで導入されているのでしょうか。ここでは国内の3つの導入事例を取り上げ、IoTシステムの活用シーンを解説します。

1. ビニールハウスの温度管理にIoTを活用した事例

農業分野ではIoTシステムの導入が進んでいます。ビニールハウスの温度管理にIoTを活用した事例では、現場にいなくてもトラブルを検知できるようになりました。

サーモスタットによってハウス内の温度を計測し、異常を検知したら携帯電話ネットワークを通じてアラートメールを送信することで、遠隔でのリアルタイム監視が可能です。

また、ビニールハウスを温める農業用ボイラーの稼働監視や、落雷や事故などによる停電の検知システムも組み合わせています。

トラブルが起きるたびに現地に行って確認する必要がなくなったため、作物の栽培過程での負担が大きく軽減されました。台風など悪天候の日も24時間365日自動監視を続けてくれるため、品質管理が容易になりました。

2. 太陽光パネルの稼働状況のモニタリングにIoTを活用した事例

太陽光パネルの稼働状況を遠隔監視できるIoTシステムを作った事例です。太陽光パネルに計測装置を取り付け、3G回線を通じてデータセンターに稼働状況を送信することで、現地にいなくても24時間遠隔監視できるようになりました。

アラート情報はスマートフォンやタブレットに自動送信されるシステム設計のため、高価な情報システムを購入する必要がなく、既存の端末をそのまま使う形でのスモールスタートでした。

また、太陽光パネルのデータは1つのIoTシステムに集約されるため、複数拠点の情報を一元管理できるようになりました。既存の太陽光パネルに「リモートでの遠隔監視サービス」という付加価値をつけ、競合他社と比べて商品ブランドを向上させることに成功しています。

3. コインパーキングの管理業務をIoTシステムでリモート化した事例

空いた土地を活用するコインパーキング事業は、精算機や警報装置、パーキングシステムの導入で、管理業務の自動化を目指すのが一般的です。しかし、この事例では車上荒らしや精算機の不正利用などが相次いだため、巡回監視などを強いられ、管理業務の手間が増大していました。

また、既存のシステムでは駐車場の空満情報がわからず、定期的に現地に足を運んで確認する必要がありました。パーキングシステムに専用モジュールを取り付け、取引データを自動で送信するシステムを構築したことで、現地に足を運ばなくても駐車場の空きや売上を確認し、事業戦略を立てやすくなりました。

また、パーキング設備の故障や、精算機の不正利用があった場合はアラートを送信する機能を設けることで、パソコンやモバイル端末からリモートで状況を確認できるようになりました。

[注1]総務省:令和元年版 情報通信白書
[注2]JETRO:中小企業こそIoTを!
[注3]IDC JAPAN:2020年第1四半期 世界/日本ウェアラブルデバイス市場規模を発表
[注4]トヨタ自動車:トヨタ、「コネクティッド・シティ」プロジェクトをCESで発表
[注5]経済産業省:スマートものづくり

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