CPS（Cyber-Physical System）とは

CPS（Cyber-Physical System）とは、現実世界に存在している情報をサイバー世界に存在しているコンピュータシステムに収集、分析することでフィードバックとして活用するシステムです。

CPSは、製造業や農業のほかに自動運転をはじめとした日常生活にも活用されています。CPSの進化は今後も続き、産業や生活に革新的な変化をもたらすことが期待されています。CPSの普及によって、私たちの生活はより便利で持続可能な未来に向けて進化することが予想されます。

CPS（Cyber-Physical System）とは、定量的な分析をすることでさまざまな産業に役立てる取り組みのことです。現実世界において収集したデータをサイバー空間にて解析する特徴があります。例えば、交通システムでは、交通量や交通信号などのデータをCPSでリアルタイムに分析することで、交通渋滞の予測や効率的な交通制御をおこなうことが可能です。

CPSが注目される背景

CPSが注目されるようになった背景として、IT技術が交通関連や製造をはじめとしてさまざまな分野に影響を与えていることが挙げられます。交通関連では、スマートシティや自動運転技術の進化により、CPSが重要な役割を担っています。

製造業においてもCPSの導入により効率と生産性が向上しており、IT技術の進化によってCPSがさまざまな分野で活用され、革新的な変化がもたらされていることがCPSの注目の背景です。

CPSとIoTとの違い

IoT（Internet of Things、モノのインターネット）とは、モノにインターネットを接続することによって情報をやり取りする技術を指します。CPSは、実在世界にある情報をサイバー世界で収集、分析してフィードバックとして活用することが特徴です。

IoTとCPSは密接に関連しており、IoTデバイスがCPSによって収集されたデータを活用することで、よりスマートなシステムを実現しています。これによって、生活や産業の様々な分野で効率化や快適性の向上が進んでいます。

製造業でCPSを導入することで次のようなメリットが挙げられます。

1. 生産ラインの最適化
2. 仮想空間上でモデリングが可能
3. 未来予測が可能
4. スマートメンテナンスの実現

生産ラインの最適化

製造業では機械のセンサーデータや生産ラインの情報をCPSによって収集し、生産効率や品質を向上させるための最適な生産スケジュールを算出することが可能です。CPSによってセンサーデータをリアルタイムで収集や分析することで、生産プロセスの無駄な動作を把握し、効率的な生産フローを構築できます。生産ラインの質が向上しコストの削減に繋がります。

CPSによるセンサーデータの収集と分析により、生産プロセスの効率を詳細に把握できます。これにより、生産ライン上の無駄な動作や停滞を早期に発見し、効率的な生産フローを構築することが可能です。生産ラインの質が向上することで、不良品や廃棄物の削減が図られ、生産コストの削減につながります。

仮想空間上でモデリングが可能

CPSを活用することで、仮想空間上に工場を再現することでモデリングやシミュレーションが可能です。現実世界であればできないような試作をすることで、原材料や試作時間などコスト削減につながります。また、モデリングやシミュレーションをすることで設備投資計画も可能です。

仮想空間で工場をモデリングし、新たな設備投資の必要性や影響をシミュレーションすることで、適切な投資計画を立てることができます。これによって、無駄な投資を避け、効率的な設備更新が可能となります。CPSを活用した仮想空間でのモデリングとシミュレーションは、工場の生産性向上やコスト削減、効率的な設備投資計画の策定に大きく寄与しています。

未来予測が可能

CPSを活用することで、生産ラインの未来予測が可能です。コンベアラインや製品の状況などこれまでの実績を分析することで、生産ラインの未来予測につなげることで、ライン停止を未然に防いだりスケジュールの調整をスムーズにしたりなどのメリットがあります。

未来予測によって、生産ラインの安定性と効率性が向上します。生産プロセスの最適化とスムーズなスケジュール調整が実現されるため、企業は競争力を高め、より効率的な生産環境の構築につなげることが可能です。

スマートメンテナンスの実現

建設や鉄道など維持管理にCPSを活用することで、改善につなげられます。例えば、建物の維持管理に関連するデータを蓄積、分析することで改善手法を提案します。このほかにも、さまざまなデータを活用することで正確な予知保全を実現することが可能です。

例えば、建物の維持管理において、CPSはセンサーデータを収集し、建物の健康状態をリアルタイムで監視します。これにより、劣化や故障の早期発見が可能となり、メンテナンスのタイミングを最適化できます。また、蓄積されたデータを分析することで、建物の寿命を延ばす改善策を提案することもできます。

CPSは自動運転や農業、スマートメンテナンスの実現などさまざまな分野において活用されています。現実世界では出来なかったことをサイバー世界で分析することによって、人々の生活や産業のさまざまな分野で新しい価値と利便性が生まれています。今後もさらなる進化が期待される技術です。

自動運転

自動運転技術においてCPSは欠かせません。車両はセンサーとアルゴリズムによって周囲の状況を把握し、自動的に運転をおこないます。これにより、交通事故のリスクを低減し、交通流の効率化を期待することが可能です。

自動運転車は、道路上のさまざまな情報をリアルタイムで収集し、周囲の車両や障害物、信号などを把握できます。センサーはカメラ、レーダー、LiDARセンサーなどが使用され、アルゴリズムはこれらのデータを解析して最適な運転行動を選択します。

農業で活用

CPS農業ではセンサーネットワークが土壌の湿度や気象条件をモニターし、農作物の栽培ノウハウや最適な栽培条件を提供することが特徴です。センサーが畑や農地に設置され、土壌の水分量や栄養状態、気温、湿度、光量などの情報を収集します。これらのデータはクラウド上の農業専用プラットフォームに送信され、農家はリアルタイムで農作物の状態を把握できます。

参考：経験や勘を科学の力でデータ化する「CPS農業」とは？（みんなで農家さん）

CPSとは、実世界であるフィジカル世界の情報をサイバー世界に取り入れて、最適な状態を設定したうえでフィジカル世界へフィードバックすることです。フィジカル世界における情報収集やデータ分析をすることで、社会やさまざまな産業において利便性を高めることが可能です。CPSの導入により、社会全体で効率と利便性が向上し、持続可能な未来の実現に寄与しています。

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