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LiBRA 05.2021 / Juku_IoT
- 2. DXを支えるテクノロジー・トライアングル データ解析 AI・機械学習 機械学習・深層学習 AIチップなど データ収集 IoT センサー・モバイル 自律制御など 5G 第5世代信システム DX : Digital Transformation デジタルを使いこなし その価値を最大限に活かせる 企業の文化や風土への変革 データ活用 クラウド サーバーレス・コンテナ SaaS・PaaSなど SDI ソフトウェア化 されたインフラ
- 4. サイバーフィジカルシステムとIoT データ収集 モニタリング データ解析 原因解明・発見/洞察 計画の最適化 データ活用 業務処理・情報提供 機器制御 ヒト・モノ クラウド・コンピューティング 日常生活・社会活動 環境変化・産業活動 現実世界／Physical World サイバー世界／Cyber World Cyber Physical System／現実世界とサイバー世界が緊密に結合されたシステム アナログな現実世界のものごとやできごとを デジタル・データで捉えデジタル・ツイン （現実世界のデジタル・コピー）を作る 狭義のIoT デジタルとフィジカルが一体となって 高速に改善活動を繰り返す状態を実現 ビジネスの最適化を維持する 広義のIoT
- 5. IoTとビジネス データ収集 モニタリング データ解析 原因解明・発見/洞察 計画の最適化 データ活用 業務処理・情報提供 機器制御 ヒト・モノ クラウド・コンピューティング 日常生活・社会活動 環境変化・産業活動 現実世界／Physical World サイバー世界／Cyber World Cyber Physical System／現実世界とサイバー世界が緊密に結合されたシステム IoTシステム構築ビジネス 確実な原価回収＋利益拡大は難しい 現場オペレーションに精通し センサー×ネットワーク×運用を最適化 狭義のIoT サービス価値提供ビジネス ハイリスク・ハイリターン型の可能性 データによる現場の見える化と UXの高速改善が前提 広義のIoT
- 7. IoTをビジネスにするための6つの前提 7 現実世界のデジタル・コピー デジタル・ツイン 規則や関係 の見える化 未来予測・最適解 インサイト・示唆 機器制御・指示命令・アドバイス 最適化ループ 効率・省エネ・生産性・時短・コスト削減など イノベーション 変革ループ UX(体験価値)向上、新たな連携、利便性向上、驚き・感動など センサー センサー・チップ センサーネットワーク センサー・フュージョン など クラウド データの収集・蓄積 計算処理能力の提供 アプリケーション など AI（機械学習） データの分析 最適解の導出 規則性や関係性の見える化 など 5G（第５世代移動通信システム） 高速・大容量 他端末接続 低遅延 など アジャイル開発・DevOps 現場のフィードバックをうけて高速に改善 ニーズの変化に俊敏な対応 バグフリー・高品質なソフトウエア開発 など AIチップ 自律制御 自律連携 リアルタイム処理 など
- 8. 社会基盤のシフト 「モノ」の価値のシフト IoTがもたらす２つのパラダイムシフト 1. 現実世界のデジタル・データ化 2. ビッグデータを使ったシミュレーション 3. 現実世界へのフィードバック 1. 「ハード＋ソフト」がネットワーク接続 2. モノとクラウド・サービスが一体化 3. システム全体で価値を生成 ハードウェア ソフトウェア ハードウェア モノの価値は、 ハードウェアからソフトウェアへ そしてサービスへとシフト アナリティクス 人工知能＋シミュレーション アプリケーション クラウド・サービス ビッグデータ 現実世界のデジタルコピー 現実世界のデジタルデータ化 IoT デジタル・ツインの実現 「モノ」のサービス化 インターネット クラウド・サービス
- 9. デジタルツイン 9 電脳世界 （Cyber World） 現実世界 （Physical World） Cyber-Physical System スマートフォン 自動車 ウェアラブル 家電 スマートメーター 263 Kw ○×電力 様々なアクティビティ スマートフォン 自動車 ウェアラブル 家電 スマートメーター 263 Kw ○×電力 様々なアクティビティ データ 最適解 シミュレーション デジタル・ツインを使って最適解を導出
- 11. 「モノ」のサービス化 自動車メーカー 航空機メーカー 工作機械メーカー アナリティクス ソフトウェア改修 データ 収集 ソフトウェア 配信 新 規 開 発 制御ソフトウェア アナリティクス ソフトウェア改修 データ 収集 ソフトウェア 配信 新 規 開 発 制御ソフトウェア アナリティクス ソフトウェア改修 データ 収集 ソフトウェア 配信 新 規 開 発 制御ソフトウェア 運行データ 走行データ 作業データ 制御 制御 制御 遠隔からの保守点検・修理、自律化機能による自己点検や修復、ソフトウェア更新による機能・性能・操作性の改善 インターネット
- 12. 使 用 の現場 センサー コンピュータ ソフトウエア モノ・製品 モノのサービス化の本質 ものづくり の現場 開 発 製 造 保守 サポート ソフトウェア 改修・更新 インターネット 直 結 ・ 連 係
- 14. サプライ・チェーンとデマンド・チェーン 正確な需要予測 消費に見合った 円滑な商品の流れ を実現する 消費現場の 正確でタイムリー なデータ 消費現場の データに基づく 最適な商品の流れ を実現する POSや販売データだけでは なく、主義主張、趣味嗜好、 人生観や悩み、ライフログ、 生活圏などを含めて消費者 を深く知るためのデータ サプライ・チェーン Supply Chain デマンド・チェーン Demand Chain 日本メーカは、製造現場の改善活動やTQC（Total Quality Control）活動を中心に、SCM（サプライチェー ン・マネジメント）に力を入れ、ムダのない効 率的なものづくりで競争優位を確保してきた。 しかし、グローバル競争に突入したいま、日本 メーカのこれまでの競争戦略が通用しなくなっ ている。とくに価格競争で強みを発揮する中国 やインドがグローバル市場へ進出したことで、 日本メーカの競争力はますます低下している。 ものづくりの付加価値の源泉は、「いかに作る か」という製造生産プロセス（SCM）から、「何 を作るか」という企画開発プロセス（DCM）へと 大きくシフトしている。日本メーカはこれまで 「下り車線」のSCMには強かったが、「上り車 線」のDCMに弱かった。日本メーカの営業利益率 が低いのはそのためである。デジタル時代のも のづくりでは、利益率の低いサプライチェーン よりも利益率の高いディマンドチェーンに強い 企業が生き残るといわれる。 デジタル時代のものづくりでは、利 益率の低いサプライチェーンよりも 利益率の高いディマンドチェーンに 強い企業が生き残る可能性が高い。
- 15. 「モノのサービス化」ビジネス コア・ビジネス 既存ビジネス 蓄積されたノウハウ 確実な顧客ベース 付加価値ビジネス 収益構造の多様化 既存ノウハウの活用 顧客ベースの囲い込み 新規ビジネス 顧客価値の拡大 ノウハウの創出 顧客ベースの拡大 製造・販売 製造・販売 製造・販売 走行距離に応じた 従量課金サービス Pay by Mile 出力×時間に応じた 従量課金サービス Pay by Power 工事施工 自動化サービス Smart Constriction 建設機械 遠隔確認サービス KOMTRAX 安全・省エネ運転 コンサルティング 予防保守・交換 燃料費節約 コンサルティング 予防保守・交換
- 16. ビジネスス・モデルの変革 VISION-S Prototype WOVEN City e-palette エンターテイメント・デバイス エンターテイメント空間として サービスを提供するためのデバイス サービス・プラットフォームとして コネクテッドな時代の 社会・生活空間として コネクテッドな時代のビジネスの可能性・新たな生き残り戦略の模索
- 18. 顧客価値 価値実装 体験 更新 心地良い・使い易い もっと使いたい ずっと使い続けたい 継続的な改善 最適を維持 顧客の期待を先回り UX ソフトウエア 「モノのサービス化」の構造 機能 仕様 モ ノ づ く り ハードウェア UI サービス・ビジネスとは、コトの価値を提供し続けるビジネスのこと コ ト づ く り
- 19. 時計の速さと時代の変化 時計の速さ 時代 1990年 2007年 インターネットの登場 iPhoneの発売 Webやソーシャルメディアの普及 スマートフォンの普及 社会の脈動と人の行動の一体化 人の考えや社会の動きの同期化 意志決定や行動変化の加速 ビジネスの主役が モノからサービスへ 圧倒的なビジネス・スピードが求められる時代 常時インターネット & 接続常時携帯 ネット接続の民主化 & 情報伝達速度の瞬時化
- 21. ソフトウェア化するモノ 21 物理的・物質的なモノでしか実現できない部分 プログラムで制御または実現できる機能・性能 レンズ シャッター ボディなど タイヤ エンジン 車体など 機体・翼 ジェット・エンジン 燃料タンクなど シャッタースピード 発色・感度 フォーカスなど ブレーキ・タイミング エンジン制御 機器のオンオフなど 姿勢や方向の制御 エンジンの制御 機内環境の制御など ソ フ ト ウ ェ ア ハ ー ド ウ ェ ア 製造コストの低減 故障要因の低減 保守容易性の実現 できるだけ シンプルに 開発コストの低減 高機能化のしやすさ 保守容易性の実現 できるだけ 多機能に IoT化 通信機能を組み込み インターネットにつ なげることでモノを サービス化する モジュラー化 機能を標準化・部品 化することで、生産 コストの低減と保守 性を向上させる
- 23. ビジネス価値の比較 ハードウェア 車両本体 ソフトウェア 制御系 サービス 保守・点検・修理 自動車メーカー ハードウェア 車両本体 ソフトウェア サービスの実装 制御系のスマート化 サービス モビリティ・サービス 生活サービス など 保守・点検・修理の価値向上 ソフトウェアによって実装 汎用部品化 モジュラー化 機能・操作の ソフトウェア化 サービス価値を高めて ビジネスを差別化 モビリティ & X サービス事業者 ビジネス・プロセスの ソフトウェア化 高速 改善 欠陥 ゼロ 要求 品質
- 24. 属性データと行動データ 性別・年代・結婚・職業・・・ 女性・20代・独身・事務職・手芸が好き・・・ 属性に応じて最適化された 機能・性能・品質の提供 属性データ 属性（静的）データ ✖️ 商品（モノ） 商品力向上＝調査✖️技術開発✖️製造技術 個 人 場所・時間・体験・感情・・・ 競技場・夏の夕方・サッカー観戦・勝利の喜び・・・ 状況に応じて最適化された 感動・楽しさ・共感の提供 行動データ 行動（動的）データ ✖️ UX（体験） 共感 デジタル接点・取得頻度の 増加によって解像度が上昇 UX向上＝多接点✖️高頻度✖️高速改善 状況 主義主張・人生観・価値観・悩み・生活圏・・・
- 25. データとモノ／コト・ビジネスの関係 属性データ 商 品 販売代金 属性に最適化された 商品の作り込み 魅力的な商品を作る 属性理解→商品設計→商品開発 行動データ UX サブスク 従量課金 状況に最適化された UXのアップデート 魅力的な体験を作る 状況理解→UX設計→UX開発 体験を継続したいという想いへの対価 商品を手に入れることへの対価 行動データ 商 品 販売代金 うまくいかないビジネス 行動データを取得する意味がない 商品の機能や性能を アップデートできなければ意味がない アップデートのコストをまかなえない
- 26. モノ・コト・体験 モノ 魅力的な機能・性能・品 質を実装したカタチある 商品 コト 適切なタイミングに便利 で必要十分なカタチなき サービス 体験 楽しい、心地良い、使い 続けたいなどを感じさせ る物語・ジャーニー 惣菜パン コンビニ 決済・ポイント 生命保険 ライフ・プランナー コミュニケーション 自動車 販売店・営業 移動サービス メーカー サービス事業者 プラットフォーマー メーカー主導で 魅力的なモノを作る プラットフォーマー主導で 魅力的な体験を作る 属性（静的）データ 固定的な個人の理解 行動（動的）データ 状況に応じた個人の理解 体験を得る手段 としてのツール ユーザーによる モノの所有が前提 事業の主体 モノが主役 時代の事業 体験が主役 時代の事業
- 27. 体験データを手に入れるためのプラットフォーム モノ 魅力的な機能・性 能・品質を実装し たカタチある商品 コト 適切なタイミング に便利で必要十分 なサービス 体験 楽しい、心地良い、 使い続けたいなどを 感じさせる物語・ ジャーニー 惣菜パン 生命保険 自動車 など コンビニ ライフランナー 販売店・営業 など 決済・ポイント コミュニケーション 移動サービス など モノとコトをつないだ 体験データを掌握 プラットフォーマー
- 28. データ活用の前提はData Virtuous Cycle を実装すること プロダクトやサービスを 提供する プロダクトやサービスを 使用する データを 収集する データから 学ぶ プロダクトやサービスを 改善する IoT・Mobile・Web AI（機械学習） クラウド＋デバイス データ 生活データ 行動データ 属性データ
- 29. IoTの仕組みと使われ方
- 30. IoTの機能と役割の4段階 30 モニタリング Monitoring 制御 Control 最適化 Optimization 自律化 Autonomy センサーと外部データ ソフトウェア アナリティクス 人工知能（機械学習） 製品の状態 外部環境 製品の稼働、利用状況 製品機能の制御 パーソナライズ 製品機能・性能の向上 予防診断 サービス、修理 製品の自動運転 他製品やシステムとの自 動的連携 自己診断と修理・修復 製品の自動改良とパーソ ナライズ センサー、CPU、メモリーな どの小型化・低コスト化 ソフトウェアやクラウドの進 化とネットワークの低コスト 化 モデリングやシミュレーショ ンのアルゴリズムの進化と ビッグデータ 人工知能アルゴリズムの進化 製品への組み込み
- 32. 機能階層のシフト 32 データの生成 状況判断・制御 モノの集合体 データの収集・集約 短期での分析 深い分析 サービス連携 データの蓄積 データの生成 状況判断・制御 モノの集合体 データの収集・集約 短期での分析 深い分析 サービス連携 データの蓄積 状況判断・制御 個別のモノ クラウド エッジ モノ データ発生源に、できるだけ近いところで処理する 「深い分析」の前に、リアルタイムで処理・分析する データの変化に追従して迅速にアクションを起こす 高度な機能をエッジやモノにシフト
- 33. 学習と推論の役割分担 33 学習 推論 学習 推論 大規模な計算能力 専用プロセッサー 長時間演算 比較的小規模な計算能力 専用プロセッサー・省電力 短時間演算 学習モデル 学習モデル 学習 推論 学習モデル 学習モデル クラウドでモデルを作り、 そのモデルをエッジのデバ イスに送りリアルタイムの 現場のデータから予測や判 定を行う。 リアルタイム性が重要な処 理は、できるだけ現場に近 い場所で処理できたほうが 有利。また、機器の個体差 にも対処できる。 クラウドで完結するサービ スに適用。 学習 推論 推論モデル（予測や分類などの ルール）を大量のデータから作る 推論モデルを使って現場データ から予測や分類、判断／判定を行う AISing,HACURUS, SOINN など ARAYA,LEAPMIND, IDENなど ABEJA,Microsoft,Google, Facebook,Amazon, Preferred Networkなど NVIDIA,Intelなど
- 34. デバイス側のAIチップ（エッジAIチップ）の必要性 電力消費量の増加 世界の電力消費量は伸び続けており、環境問題 としても取り沙汰されている。 デバイスが増加し、データのやり取りが増加す るとさらに世界の電力消費量が大きくなる可能 性が高い。 リアルタイム性への対応 データ転送などによる通信遅延の発生は，遠隔 医療や産業ロボット、自動運転では通信遅延は 命取りになる場合がある。 自動運転で認識が遅れてブレーキが遅れるなど 即時応答が必要な分野は多い。
- 35. 超分散の時代 35 インターネット 専用ネットワーク インターネット 専用ネットワーク 専用ネットワーク テキスト テキスト+ 画像 マルチメディア（テキスト×画像×動画） マルチメディア + センサー 全てのデータ保管・処理は集中 大規模なデータ保管・処理は集中 小規模なデータ保管・処理は分散 大規模なデータ保管・処理は集中 小規模なデータ保管・処理は分散 大規模なデータ保管・処理は集中 小規模なデータ保管・処理は分散 高速な処理・応答・制御は超分散 集中コンピューティング 分散コンピューティング クラウド・コンピューティング 超分散コンピューティング 通信経路上の エッジサーバー 分散サーバー 分散サーバー ローカル エッジサーバー 1960年代〜 1980年代〜 2000年代〜 2015年〜 組み込みコンピューター
- 36. IoTの目指していること 調整や連携：打合せ 調整や連携：打合せ 調整や連携：打合せ Input ：人間→紙の書類 Output：紙の書類→人間 Input ：人間→コンピュータ Output：コンピュータ→人間 Input ：機械→コンピュータ Output：コンピュータ→機械 デジタル化前 人間が主体で行う仕事を 機械が支援する 機械が支援して人間が仕事をする 調整や連携：機械同士 Input ：機械→機械 Output：機械→機械 管理 ：コンピュータ 目標設定：人間 デジタル化後 自律制御 監視・指示 データ＋機械学習 機械にできることは 徹底して機械に任せ 人間しかできないことを 人間が行う 機械と人間が一緒に仕事をする 自律制御 H2H Human to Human M2H Machine to Human M2M Machine to Machine
- 37. IoT World Forumのリファレンス･モデル 37 物理的なデバイスとコントロー Physical Devices &controllers モノと設備・モノの周辺に配置される制御機器類 接続 Connectivity ネットワークや機器との通信 エッジコンピューティング Edge Computing モノの周辺でのデータ分析や変換処理 データ抽象化 Data Abstraction データ集約とアクセス アプリケーション Application データ活用（業務処理・分析・レポート） 協働とプロセス Corroboration & Processes 人と業務プロセス データの蓄積 Data Accumulation データの蓄積と管理
- 39. 1G 2G 3G 4G 5G 音声 テキスト データ 動画 あらゆるモノがつながることを前提とした 社会課題の解決 通信・コミュニケーションの性能向上 移動体通信システムの歴史 1979〜 1993〜 2001〜 2012〜 2020〜 9.6Kbps 28.8〜384Kbps 2.4〜14.4Mbps 0.1〜1Gbps 10Gbps〜
- 40. 5Gのビジネスの適用領域 データ量超増大 × 即時性向上 1通信あたりのデータの嵩が増える リッチ化する：高精細や高音質になり臨場感、没入感 が増す 多角化する：同時に取り扱える情報の選択肢が増える 1通信あたりのデータの種類が増える 制御用の情報（センサーやカメラからの情報）が増え る：自動○○が実現する 参考可能な情報（ログ情報）が増える：パーソナライ ズのパターンが増える、レコメンドの精度が向上する、 対象への理解が深まる タイムラグがほぼ無くなる 距離の制約が消える：各地に散らばる人たち同士で同 時に何かやる、今やった/起きたことをすぐに取り込 んですぐ活かす 社会（利便性）向上系 医療分野 超高信頼低遅延通信の実現で移動中や遠隔地の高度診療が可能になり、 医療格差が解消される 農林水産分野 超大量端末同時接続の実現で作物や家畜などの状況を把握するセン サーと散水・薬剤散布や給餌を実施するロボットやドローンの制御が 可能になり、減少する従事人口を補える 土木建築分野 超大量端末同時接続と超高信頼低遅延通信の実現によって遠隔制御が 可能になり、危険度が高い高所・鉱山・災害地などの現場での安全な 作業が確保でき、またドローンの活用による高精度測量などの精度が 向上する 生活分野 自動運転と遠隔制御によって、細分化された公共交通が実現する センサー情報を駆使して状況を把握する店舗運営が可能になる 遠隔授業や家庭教師の実現によって、学習格差が解消される 大量センサーと自動判定AIによって、防災・防犯・減災力が向上 VRオフィスとテレワークが実現する コンテンツ向上系 スポーツの場合⇒体験が深くなる 自動制御が可能になってカメラ台数を一気に増やせることで、多地 点・ドローンなどによる多角度撮影ができるようになる 取得データの種類が増え分析できる情報が増えることで、選手のバイ タルデータ・顧客のバイタルデータ・環境データが取得できるように なる AIが発達することでデータの有効活用レベルが上がり、多角的な分析 結果を提示できるようになる エンタメの場合⇒現実を超える仮想実現へ 即時性が向上することで出演者の居場所を問わない制作環境を実現さ せることや、同時多人数対応の参加型体験の提供ができるようになる スポーツ＆エンタメに共通 1通信あたりの送信データの嵩が増え、高画質・高音質・8K360°リ アルタイムな高臨場感映像が提供できるようになり、また視聴者に合 わせた多種多様な映像・情報を提供できるようになる 生活者データ・ドリブン・マーケテイィング通信より https://seikatsusha-ddm.com/article/10129/
- 41. 5Gの3つの特徴 先送り 高速・大容量 大量端末接続 超低遅延・高信頼性 100万台/k㎡ 1ミリ秒 20Gビット/秒 1Gビット/秒 10万台/k㎡ 10ミリ秒 20 倍 5G 4G URLLC： Ultra-Reliable and Low Latency Communications mMTC： massive Machine Type Communications eMBB： enhanced Mobile Broadband リアリティの再現 光ファイバーの代替／補完 高精細／高分解能な デジタル・ツインの構築 時空間の同期 リアルタイム連携
- 42. 第５世代通信の適用例 高速・大容量データ通信 10G〜20Gbpsのピークレート どこでも100Mbps程度 大量端末の接続 現在の100倍の端末数 省電力性能 超低遅延・超高信頼性 1m秒以下 確実な通信の信頼性担保 5G 多様なサービスへの適用を可能にする 異なる要件のすべてを1つのネットワークで実現する。 各要件をに応じてネットワークを仮想的に分離して提供する（ネットワーク・スライシング）。 2020年代〜 ２時間の映画を ３秒でダウンロード ロボット等の 精緻な遠隔操作を リアルタイムで実現 自宅内の約100個のモノ がネットに接続 (現行技術では数個) 現在の移動通信システムより 100倍速いブロードバンドサー ビスを提供 利用者がタイムラグを意識 することなく、リアルタイ ムに遠隔地のロボット等を 操作・制御 スマホ、PCをはじめ、身の 回りのあらゆる機器がネッ トに接続
- 44. 5Gの普及段階 高速 eMBB 低遅延 URLLC 多接続 mMTC 高速 eMBB 低遅延 URLLC 多接続 mMTC 高速 eMBB 低遅延 URLLC 多接続 mMTC 4G（LTE） 4Gコアネットワーク LTE 基地局 4Gコアネットワーク LTE 基地局 NR 基地局 マクロセル スモールセル 既存周波数帯 新しい周波数帯 NSA NSA: Non-Standalone 5Gコアネットワーク LTE NR 基地局 既存周波数帯 新しい周波数帯 SA SA: Standalone マクロセル スモールセル NR ユーザー情報 制御情報 ユーザー情報 ユーザー情報 制御情報 SA LTE: Long Term Evolution NR: New Radio 5G初期 5G普及期 2010〜 2020〜 2022〜
- 47. 第５世代通信におけるネットワーク・スライス 高速・大容量データ通信 大量端末の接続 超低遅延・超高信頼性 5G ネットワーク・スライシング SIM SIM SIM 閉域網 閉域網 閉域網 SIM SIM SIM(subscriber identity moduleもしくはsubscriber identification module/SIMカード)とは、電話番号を特定するための固有のID番号が記録された、 携帯やスマートフォンが通信するために必要なICカードのこと。