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Raspberry Pi(ラズベリーパイ)という言葉を聞いたことがあるでしょうか？
ラズパイなどと略称で呼ばれることも多いですが、基板一枚でパソコンの機能を網羅することができる小型高性能コンピュータのことを言います。
今回は、このラズベリーパイがなぜ工場IoTで求められているか？ということについて述べ、ラズパイを使った製造業のIoT活用事例を紹介します。

Raspberry Pi(ラズベリーパイ)ってそもそも何？？

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）とは、イギリスのラズベリーパイ財団が、子供の教育向けに開発した小型コンピュータです。小型ながらパソコン並みの性能や、インターフェースの多様さなどで多くの人に受けれられ、世界中で大ヒットしました。
今までは主に子供向けのプログラミング学習や、大学での授業で用いられるような用途で購入されることが多かったのですが、教育向けに作られていることから、価格が安いにもかかわらず、高性能な仕様ということが注目を集めます。
USBやイーサネット接続、microSDカードも搭載でき、カメラとの接続やHDMI端子など、今のパソコンとの接続に足りうるインターフェースを持っています。
さらに、CPUのクロック周波数は1.4GHzとインテルのCore2 Duoと同等の性能をもっており、メモリも１GBを搭載しています。
基板一枚のコンピュータにしては恐ろしいほどの高性能です。

工場IoTで再び注目されたのはなぜ？？

工場IoT導入に用いられる様になった、ラズベリーパイ、なぜ注目を集めるようになったのか？理由を挙げていきます。

工場IoTで注目される理由1：インターフェースの多さ

基板一枚のコンピュータでも、USBポートは二つ搭載されており、一時保存用のSDカードスロットも搭載されています。IoT用のカメラを接続する場合もカメラ用の接続端子を備えています。また、外部へのデータ転送を行うような場合もイーサネット接続を行うことにより、簡単に転送することが可能となります。

工場IoTで注目される理由2：性能面と小型なサイズ

CPUやメモリといった性能面でも、センサ等の機器からデータを一時的に吸い上げて、外部へ転送する必要最低限のことを行うためには丁度いい性能と言えます。しかも小型なため、設備に実装する際にも場所を取りません。

工場IoTで注目される理由3：カスタマイズの幅

ラズベリーパイは、ラズベリーパイOSがベース(Windows 10 IoT Coreもインストール可能)となり、様々なプログラミング言語によるコード入力を行うことができるため、カスタマイズの幅は無限大といってもいいでしょう JavaやRubyはもちろん、機械学習などでよく用いられているPhythonでのコード入力も可能なため、AIへの機械学習データをそのままクラウドの送る際などにも変換を行うことがなくアクセスすることができるようになります。

工場IoTで注目される理由4：本体のコスパフォーマンスの高さ

ラズベリーパイ本体の相場は、数千円ぐらいでコストパフォーマンスが高い点も、IoT導入においても大きな利点で、工場IoT導入を進めるキーポイントになっているとも言えます。

工場IoTでラズベリーパイを使うメリット

工場IoT化を実現するにあたって、ラズベリーパイを採用する事には、どのようなメリットがあるのでしょうか？

工場IoTでラズベリーパイを使うメリット1：昔の機器にもIoT端末を追加し、業務効率化

工場にある古い工作機械は、IoTによるネット接続を行いたいという場合、莫大な費用を払って改造や更新を行わなければならないと考えている方もいらっしゃると思います。機械が製造された当時は機械がネットにつながるなんて考えてもいなかったので当然です。 こうした場合、機械に後付けでセンサを増設し、ラズベリーパイでサーバーへ接続を行うことで、古い機械のIoT化を行うことができます。

工場IoTでラズベリーパイを使うメリット2：無線LANの接続、クラウドとの連携

データを取得したいセンサのデータをサーバーへ送るデバイスとして、ラズベリーパイは使用できます。

ラズベリーパイの無線LANの接続や、データの送信先でもあるクラウドとの通信などを行うためのサンプルプログラムは公開されており、大容量の通信は行わないため、携帯回線を使い低価格での接続を実現できます。

工場IoTでラズベリーパイを使うメリット3：センサや制御機器の一次処理を現場で行える（エッジコンピューティング）

IoTによる制御を考えた場合、データは全てサーバへ送信され、その後にサーバ側で処理され、制御したい内容が制御機器に返信されるということが想定されます。
しかし、こうした機器が1，2台の制御であれば問題はありませんが、機器が多くなってくるとデータ通信量が多くなり、通信回線の容量を圧迫してきます。
こうした状況を防ぐため、センサと制御機器の間で、ある程度の一次処理をセンサがある現場側で行い、その結果のみをサーバに送る必要性が出てきます。 IoTの現場側、端を意味するエッジ側で処理を行って通信量を削減する構想はエッジコンピューティングと呼ばれており、IoTの第二段階とも言えます。
こうした高度な処理を行わせるIoTは、まだ普及段階である現在では必要性が低いですが、ただセンサを接続しネットにつなげるだけのIoTではこうした高度な処理に対応することは不可能です。
あらかじめパソコン並みの処理やインターフェースを持っているラズベリーパイで構成することで、エッジコンピューティングへの対応も容易となります。

ラズベリーパイを活用した、製造業IoT事例

製造業へのIoT導入には、様々なセンサを導入して、データをサーバに蓄積する必要があります。様々な種類のセンサを取り付け、画像認証などの高度な処理を行う必要も出てきます。 多くのセンサの接続に対応できるのが、ラズベリーパイです。

製造業IoT事例1：ラズベリーパイを使用した商品追跡システム

RFIDを使用した製品のトレーサビリティシステムは、商品追跡のために専用のシステムを高額な費用をかけて構築しなければならないと考えている人も多いのではないかと思います。
ラズベリーパイにはRFIDの無線タグを読み取るセンサを接続することが可能ですので、こうしたセンサを活用して、ラズベリーパイによる製品の製造追跡システムを作ることが可能となります。
この際の特徴としては、ラズベリーパイ本体価格が安価であることに加えて、プログラミングで使用する一般的なコードを使用することで、それなりの知識を備えれば扱える人が多くなり、カスタマイズしやすい柔軟な運用ができるトレーサビリティシステムを構築することが可能となります。

製造業IoT事例2:工作機械の稼働時間監視

工作機械には様々な稼働時間に関する数値データがあります。
これらのデータをサーバに送る際に、ネットワークへの入り口となるインターフェースを作ってくれるのがラズベリーパイです。
USBやカメラなど、様々な工作機械のデータ収集に関するインターフェースを備えており、WiFiやLANケーブルによって、ネット接続を行いサーバへデータをアップするところまでラズベリーパイ一台で行うことができます。
現在、ラズベリーパイは工作機械の稼働データを収集して、サーバにアップするだけの役割で使用されておりますが、今後、データをある程度現場サイドで加工して必要なデータのみをサーバにアップするエッジコンピューティングが普及するといわれています。
その際にもデータを処理してサーバにアップするだけの性能を、ラズベリーパイで行える処理能力を持っております。
IoTによるラズベリーパイの導入は、その性能からとても高いポテンシャルを持っているといえます。

製造業IoT事例3:カメラ接続によるAI画像判定による検品作業の自動化

ラズベリーパイにはカメラを接続することも可能です。
プログラミング言語にPythonも対応ができることから、AIによる画像認証をラズベリーパイ一台で行うことが可能となります。
今まで人の目で行ってきた製品の検品作業を機械学習によって画像認証を行わせれば、検品作業の自動化を行うことも可能となります。
不良品が通り過ぎたときのみ、アラートがなって人が確認するという体制をとれば、生産ラインに常についている必要がなくなります。
IoTによる省力化は今後の人材不足に対応するための非常に有効な手段となります。

まとめ：工場IoT化のスモールスタートにも

ラズベリーパイはもともとはIoTを構成する重要な機器として開発されたわけではありませんでした。
しかし、その性能と小さな形、価格、組み込みやすさなど、障壁の低さから工場IoTのために開発されたのでは？と思えるほどマッチしています。
ラズベリーパイはデータを取得したいセンサのデータをサーバーへ送るデバイスとしてはもちろん、プログラムやアイデア次第で様々なソリューションを行うことができる可能性を秘めており、
工場IoT構築や、スマートファクトリーを検討している方にとって、導入を身近でシンプルに、運用も容易にしてくれます。

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