CPSとIoTの活用

CPS（サイバーフィジカルシステム）は、現実世界のデータをセンサなどで収集し、サイバー空間で分析・加工した結果を現実世界へリアルタイムに戻すことで、付加価値を生み出す仕組みである。IoTは、機器やセンサをネットワークにつないで現実世界のデータを集める技術であり、CPSを支える基盤の一つとして位置づけられる。本単元では、CPSの循環の仕組み、ディジタルツインによるシミュレーション、IoT効果の段階、工場での応用、そして試験で混同されやすい用語の区別を整理する。

CPSの仕組み

CPSの基本は、現実世界から得たデータを仮想世界で処理し、その結果を現実世界側に戻すという循環にある。データを集めるだけで終わらず、機器の制御や業務の改善として現実側に反映されることで価値が生まれる点が重要である。過去問でも、現実のデータを仮想空間で分析し、現実側へリアルタイムに反映させる流れがCPSの定義として問われている。

CPSとして扱われない技術も押さえておく必要がある。サーバ仮想化は1台の物理サーバ上で複数の仮想マシンを動かす技術であり、VRは利用者に仮想環境への没入感を与える技術である。どちらも仮想化に関わるが、現実世界のデータを分析して現実側へ反映させる循環を持たない点で、CPSとは一致しない。

ディジタルツインによる仮想世界の再現

ディジタルツインは、現実世界の対象や環境をセンサで収集したデータを使ってディジタル空間に構築し、そのモデル上で分析やシミュレーションを行う考え方である。現実では実施が難しい条件を仮想的に試せる点が特徴であり、設備の状態の予測や運用の検討に役立てられる。過去問でも、現実世界と同等の世界をセンサのデータで構築し、現実では実施できないシミュレーションを行うことが説明として問われている。

同じ考え方は都市を対象とした例にも現れる。都市の構造や活動状況のデータから仮想世界を構築し、災害の発生や時間の流れを操作して、現実では再現できないシミュレーションを行う。その結果を防災や都市運営に生かすことが、CPSの活用事例として挙げられている。

IoT効果の四段階による判断

IoTがもたらす効果は、監視、制御、最適化、自律化の四段階に分類して理解できる。段階が進むほど、人の判断や操作が減り、機械が自ら状況に対応する度合いが高まる。監視は機械の状態を把握する段階であり、温度や振動などのセンサデータをクラウドに蓄積する例がこれに当たる。