RTLS テクノロジー | リアルタイム位置情報システムの詳細ガイド

RTLS テクノロジーとは何ですか?

インダストリー 4.0と「スマート マニュファクチャリング」に関するより広範な議論の一環として、RTLS (リアルタイム ロケーション システム) への関心が高まっています。近年、RTLS システムは、製造、物流、およびエンジニアリングの分野で急速に普及しています。これらのテクノロジーとその潜在的な利点をよりよく理解している企業は、それらの使用に関連する効率、予測、および安全性の向上から利益を得る態勢を整えています。

1. RTLS テクノロジーとは何ですか?
2. RTLS の仕組み
3. 3つの重要な側面
   1. 送信機
   2. センサー
   3. ソフトウェア
4. ロケーション インジケーターとは
5. RTLS テクノロジーのユースケースとは?
6. 屋内位置追跡の課題は何ですか?
7. RTLS テクノロジーの種類 – BLE と UWB
   1. Bluetooth Low Energy (BLE) とは何ですか?
   2. UWB（ウルトラワイドバンド）とは？
8. Ubisense の Dimension4 UWB が他と違うのはなぜですか?
9. UWB RTLS システムはどのようにインストール/展開されますか?

ほとんどの RTLS システムは、企業の「所有」スペース (工場、倉庫、デポなど) に展開され、長距離にわたって資産を追跡するのではなく、プロセスを監視および改善することを目的としています。RTLS には 3 つの主要な側面があります。

1. リアルタイム追跡

RTLS テクノロジを使用すると、企業は、資産のライフサイクル全体にわたって、資産がどこにあるかをリアルタイムでより適切に監視できます。これは、生産ラインに沿って移動する製品、工場環境内のツール、倉庫に到着する材料、車両の位置、従業員の位置など、ほとんどすべてのものにタグを付けて追跡できます。

2. 傾向と予測

資産の場所と移動を測定できるため、プロセスの監視が可能になり、回避可能なエラー、不要な手順、リソースの潜在的な不足、従業員の不正行為などを簡単に見つけることができます。

3. ジオフェンシング

3 次元空間での仮想境界の定義には、従業員を安全でない場所から保護する、汚染を回避する、セキュリティ アプリケーションなど、さまざまな用途があります。

RTLS はどのように機能しますか?

3つの重要な要素

すべての RTLS 展開には、3 つの重要な要素があります。送信機、センサー、そしてすべてのデータを結び付けるソフトウェアです。各 RTLS プロバイダーは、それぞれのテクノロジーに対してわずかに異なる用語を使用しており、特定のソリューションの独自のセールス ポイントに重点を置いています。以下は、これらの主要なシステム部分の一般的な内訳です​​。

ハードウェア

トランスミッター (タグ、バッジ、トランスポンダー)

送信機のサイズと性能はさまざまです。主に 2 つのタイプがあります。パッシブ（近くの「励磁機」から電波を受信することによって電力を供給）およ​​びアクティブ（バッターまたは外部電源のいずれかから電力を必要とする）。それらはアイテムまたは個人に取り付けられ、その資産を識別し、信号をセンサーに中継します。

例は次のとおりです。

RFID タグ

おそらく最も一般的なタグです。これらは受動的 (つまり、バッテリ電源を必要としない) で、安価であり、通常は資産の識別に使用されるほとんどすべてのものに貼り付けることができます。

UWBタグ

通常、これらのタグはバッテリー駆動で、センサーが受信する超広帯域 (UWB) 信号を送信します。信号は非常に短いですが、広い周波数帯域を使用するため、低エネルギー消費で高精度の測位データが得られます。

BLE & WiFi タグ

Bluetooth Low Energy (BLE) または WiFI を使用するアクティブ RFID タグは、専用センサーまたは既存のネットワーク インフラストラクチャによって受信される信号を送信し、位置データを提供しますが、UWB よりも精度が低くなります。

スマート デバイス

さまざまなスマート デバイスが送信機として機能できますが、最も顕著なのは携帯電話です。

GPS タグ

GPS タグは、衛星を使用して位置を特定します。それらは、空への見通しの良い屋外エリアでのみ機能しますが、追加のインフラストラクチャは必要ありません。GPS タグは UWB タグよりも精度が低く、比較的電力を消費します。いくつかのインフラストラクチャをサイトに追加して、リアルタイム キネマティック GPS を有効にし、主要な GPS 信号を「修正」して精度をセンチメートル単位で向上させることができます。

センサー（受信機）

使用されるタグの種類に応じて、それらのタグを追跡するために使用されるセンサーは異なります。単純なパッシブ RFID タグよりも複雑な追跡ニーズを必要とするほとんどの屋内環境では、アクティブ RFID、Bluetooth Low Energy (BLE)、または Ultra-Wideband (UWB) テクノロジのいずれかを利用できます。

関連する資産にタグを付け、センサーを物理的空間 (プラント、飛行機の格納庫、オフィスなど) に配置することで、センサーはいつでも各資産の位置を特定し、この情報を関連するソフトウェア/視覚化システムに中継できます。これらのセンサーは通常、電源とネットワークに (イーサネットまたはワイヤレスで) 直接接続されます。

ソフトウェア

ハードウェア アイテム(センサーとタグの両方) のファームウェアや、位置データ ストリームを解釈して外部アプリケーションに接続するミドルウェアなど、RTLS テクノロジに関連するさまざまなソフトウェア システムがあります。

I は、RTLS テクノロジの活用を検討している企業にとって最も関心のある外部アプリケーションのソフトウェアです。 これにより、RTLS とどのように相互作用し、RTLS から利益を得るかが決まります。

どの業界に属しているかによって、アプリケーション ソフトウェアは大きく異なります。多くの RTLS 企業は、企業の概要を最大限に把握し、何を最適化すべきかを簡単に把握できるように設計された特注のソフトウェア アプリケーションを提供します。通常、可視化は RTLS システムの中核部分です。RTLS ソフトウェア ソリューションで注意すべき点は次のとおりです。

• フロアプランとゾーン マップ – ソフトウェアは、お客様の環境の現在のフロアプランを正確に組み込み、スケーリングできるか
• ソフトウェアの実用性 – 洗練されたビジュアルを超えて、ユースケースに必要な機能が含まれていますか?
• 品質レポート – 迅速に洞察を得るために、すぐに使用できる分析およびレポート機能がありますか?
• オンプレミスまたはクラウドベース – 最も適切な方法でソフトウェアをホストするオプション
• API 接続 – API を介して既存のビジネス システムやデータベースにオープンに接続するソフトウェアの機能
• スケーラビリティ – このソフトウェアは、ビジネスの成長に合わせて拡張でき、位置データのストリームが収集されるときにボトルネックなしで動作することが証明されています
• サポートとトレーニング – 開始するためのソリューションはどれほど簡単で、ミッション クリティカルなアプリケーションに対してどのようなサポートが利用できるか

ロケーションインジケーター

ロケーション インジケーターは、R​​TLS ソフトウェアがタグ付けされたアセットの場所を特定するのに役立つ重要な情報です。これらの情報は、タグ自体から直接送信されるか、センサーによって計算されます。最も一般的な例は次のとおりです。

時間

いくつかの異なる時間ベースの位置インジケーターがあります。どちらを使用するかは、使用するタグ付け技術とセンサー ネットワークの機能によって異なります。

TDOA (Time Difference of Arrival) – この方法は、あるセンサーと別のセンサーでタグから信号が受信される時間の正確な差を測定します。信号は一定の速度で移動するため、時間差を比較することで、各センサーからのタグの相対位置を見つけ、位置を特定できます。これには、センサーのタイミングが厳密に同期されている必要があります。

TOF (Time of Flight Method) – 信号がタグから送信され、センサーで受信され、タグに返されるまでの時間を測定します。次に、この信号の「往復」の時間と、決定された多数のセンサーからの相対位置に基づいて、距離を測定できます。タグで信号を送受信する必要があるため、通常、この方法ではバッテリーのパフォーマンスが低下します。

到来角 (AOA)

AOA データを収集するには、センサーは互いの向きを理解する必要があります。タグが環境内を移動すると、センサーは信号がアンテナに到達する角度を計算します。複数のスネオサーから角度を測定することにより、正確な位置を決定できます。

受信信号強度インジケータ (RSSI)

RSSI は、タグからの信号強度を測定して、センサーとの距離 (または距離) を判断します。これは、Wifi や Bluetooth などの RFID タグで一般的な方法です。反射またはブロックされた信号は、その「強度」が歪んで測定の精度が低下する可能性があります。

RTLS テクノロジーのユースケースとは?

RTLS テクノロジの認知度が高まるにつれて、このテクノロジの膨大な数の業界への適用がより明確になってきています。現在、RTLS テクノロジは、自動車、航空宇宙、防衛、MRO (保守、修理、および運用)、輸送管理、倉庫管理、ヘルスケアなど、さまざまな業界で使用されています。解決されている典型的な課題のいくつかは次のとおりです。

一般的な資産追跡

施設内の小さな部品から重機まであらゆるものを追跡することで、利害関係者は生産性と安全性を向上させることができます。在庫レベルの最適化、機器の過剰使用の防止、生産のボトルネックの回避、ツールのキャリブレーションの自動化、不足している資産の特定は、専用の資産追跡から生じる利点のほんの一部です。

ヤード管理

施設全体の WIP (Work-In-Progress) を監視することで、納期の遅れや製品の紛失や破損を防ぐことができます。スペースの使用状況を追跡して、運用コストを削減する機会を特定できます。アラートにより、WIP の置き忘れや置き忘れを防ぐことができます。異なる WIP に優先順位を付けることで、従業員は最適な作業スケジュールを通知され、サイクル タイムが短縮されます。

トランジットマネジメント

トランジット ヤード全体で車両のリアルタイムの位置を正確に追跡することで、無駄な検索時間を削減し、時間のかかるプロセスを自動化することができます。ドライバーは、必要なメンテナンス作業と連携して正しい駐車スペースに案内されます。すべての車両の出入りの許可を厳密に管理しながら、ドライバーを効率的に割り当てることができます。一元化されたシステムから変化する状況 (ドライバーや車両の可用性など) に迅速に対応する機能により、サービスの中断を最小限に抑えながら、数え切れないほどの時間を節約できます。

航空宇宙生産

航空機の組み立て、工具、キット、および部品の追跡は、複雑な生産プロセスの時間と予算を削減するのに役立ちます。工具管理、作業者の安全、および生産ロジスティクスはすべて、1 つの集中型プラットフォームの傘下に収めることができます。

自動車組立

エラーや費用のかかる修理や手直しのプロセスを減らし、生産サイクルをスピードアップすることで、車両製造の合理化が促進されます。生産ライン上の自動車や無線ツールの位置を追跡することで、ツール操作を自動化できます。バーコード スキャンへの依存も解消できるため、工場管理者は生産のボトルネックをより適切に特定できます。

連絡先の追跡

小さなタグは、従業員が携帯したり、機器に取り付けたりすることができます。一部の RTLS システムは精度が高いため、従業員が濃厚接触した場合にアラートを送信できます。特定の環境のコンテキスト、接触の長さ、および社会的距離に関する現在のガイドラインを説明できます。慎重な接触者追跡により、パンデミック時の企業のダウンタイムを大幅に短縮できます。

屋内位置追跡の課題

信号が屋内環境内の表面で反射すると、センサーが受信する信号が歪む可能性があります。

すべての RTLS テクノロジが同じように作成されているわけではなく、特に複雑な環境での屋内での資産の追跡において、他のテクノロジよりもはるかに優れているものもあります。より広い周波数帯域幅を使用する短い信号パルスは、反射信号からの潜在的なオーバーラップを回避します。したがって、場所はより簡単に解釈できます。超広帯域 (UWB)は、より短く広い周波数信号を使用するため、屋内での位置追跡に適しています。

ロケーション システムの精度の詳細については、こちらを参照してください。

RTLS テクノロジーの種類 – BLE と UWB

上記のハードウェア セクションに見られるように、さまざまな種類の RTLS ソリューションが提供されています。BLE テクノロジーのように長い間存在しているものもあれば、比較的新しく、古いシステムよりも優れているものもあります。RTLS には多くの潜在的な使用例があるため、一部のシステムは、他のタスクよりも一部のタスクに適しています。

RTLS システムのより一般的なタイプには、パッシブ RFID、アクティブ RFID、赤外線 (IR)、Wifi ポジショニング、BLE (Bluetooth Low Energy)、および UWB (超広帯域) があります。

多くのインダストリー 4.0、資産追跡プロジェクトでの BLE および UWB システムの使用、および膨大な数のグローバル企業の継続的な最適化におけるこれらのテクノロジの潜在的な重要性により、多くの人々は、UWB が BLE に取って代わる態勢が整っているかどうか疑問に思っています。以下では、これら 2 つのテクノロジを詳しく見て、それらがどのように比較されるかを見ていきます。

Bluetooth Low Energy (BLE) とは何ですか?

BLE は、タグ (通常はビーコンと呼ばれる) とセンサー (Bluetooth 機能を備えた任意のデバイス) の両方を利用して、UWB テクノロジと同様の方法で使用されます。ビーコンと Bluetooth レシーバーは、固定された場所と割り当てられた座標に配置できます。ビーコンが受信機に設定された範囲内に入ると、ビーコンはその位置を受信機に送信します。この応答は、Wi-Fi 経由で BLE システムに転送され、そこで記録および処理できます。複数のビーコンに対する受信機の近接測定値により、受信機の位置を計算できます。

利点

BLE システムの主な利点の 1 つは、広く普及しているモバイル デバイスを利用できることです。ほとんどの電話やコンピューターには既に Bluetooth 機能が搭載されているため、これらのデバイスを利用して小規模なシステムを構築できます。

制約

Bluetooth は特定の無線周波数を使用するため、無線技術が普及し続けるにつれて、信号が干渉を受けやすくなります。BLE は通常、RSSI または AoA のみを使用して位置を計算するため、特に乱雑な環境では、精度と信頼性が損なわれる可能性があります。BLE は、リアルタイムのゾーン トラッキングに適しています。

BLE 業界

BLE 業界は急速に成長しており、2026 年までに 167 億ドルを超えると推定されており、CAGR は 19.68% と推定されています。これは主に、産業用途ではなく消費財によって推進されています。

UWB（ウルトラワイドバンド）とは？

UWB は精度がすべてです。バッテリ駆動のタグ (多くの場合、さまざまな形状とサイズで提供されます) と慎重に配置されたセンサーを利用することで、UWB は大量のリアルタイム データを外部ソフトウェア ソリューションに供給して、視覚化とデータ マイニングの機会を得ることができます。すべての UWB システムが同じというわけではありません。Time-of-Flight または Two-Way-Ranging を使用している場合、タグで信号を送受信する必要があるため、バッテリのパフォーマンスが制限される可能性があります。AoA 方式を使用する場合、複数のセンサーが位置を計算するためにタグへの視線を確保する必要があります。2 つの異なる位置インジケーター (TDoA と AoA) を 1 つのセンサー システムに組み合わせることで、Ubisense Dimension4 UWB は非常に信頼性の高い正確な位置データを長いバッテリー寿命で提供します。

利点

このシステムの利点は、アセットの位置を 3 次元で特定できることです。これは、産業環境において非常に多くの利点があります。信号は、電話や Wi-Fi などの他の電子機器に干渉する可能性も低くなります。Ubisense Dimension4 などのシステムでは、UWB タグの消費電力が少ないため、電池を何年も交換する必要はありません。

短所

この追加の精度を得るために、UWB システムは、対応するものよりも正確なキャリブレーションと、リアルタイムの追跡情報を完成させるための強力なデータとタイミングの同期化が必要になります。

UWB業界

超広帯域産業は、2021 年から 2026 年までの CAGR が 19.4% で、2026 年までに 32 億ドルの価値があると報告されています。

「低消費電力、低コスト、高データレート移行、および符号間干渉を低減する能力により、消費者の間でUWB技術の人気が高まっていることは、市場の成長を著しく引き起こしています. 産業用アプリケーションでの屋内イメージング システム向けのリアルタイム ロケーション ソリューションの採用が増え、ビジネス オペレーションを合理化および自動化し、効率を高め、新しい機会を創出することで、超広帯域市場の需要は大きな牽引力を獲得しています。」– インダストリーアーク

Ubisense のDimension4 UWBの違い

Ubisense は数十年にわたって UWB 技術開発の最前線に立ち、独自の RTLS プロバイダーとなっています。Dimension4 UWB RTLS はクラス最高のテクノロジーであり、困難な環境でも超高精度のセンチメートル レベルのデータを利用できます。

超精密

DIMENSION4 だけが、1 つのシステムで UWB 信号の到着時間差 (TDoA) と 2 軸の到着角度 (AoA) の両方を測定し、同等のシステムよりも最大 5 倍の位置情報を提供します。

わずか 2 つのセンサーで、正確な 3D 追跡情報が可能になり、インフラストラクチャの要件が軽減され、コストが最小限に抑えられます。

高度なフィルタリング アルゴリズムは、妨害信号や反射信号に対処する比類のない能力を提供します。

ヘビーユース。多くの産業。

Ubisense は 2002 年に設立され、航空宇宙、自動車、物流、防衛、輸送、ヘルスケアなど、さまざまな業界での数十年にわたる経験から恩恵を受けてきました。これらの業界で過ごした時間により、Ubisense はその技術のストレス テストを行い、製品のハードウェアとソフトウェアの両方の要素のクラス最高の展開を作成することができました。

多くの RTLS プロバイダーは話をすることができますが、展開中に問題が発生します。Ubisense には導入の成功実績があります。

タグの品質と種類

UBタグ

• • 小型、軽量、低コスト
  • UWB と BLE モードの両方で動作
  • タフなボディ
  • -20C から +70C の環境で動作可能

ミニタグ

• • 小さな物体や人物の追跡に最適
  • 40mm×54mm×14mm
  • 防塵・防水
  • 内蔵モーション検出器
  • 状況に応じたイベント用の磁気リード スイッチ

工業用タグ

• • 究極の設計
  • 耐候性
  • -40C から +85C の環境で動作可能

ツールタグ

• • 3D リアルタイム精度のためにツールに取り付けられるように設計されています
  • 堅牢 – 過酷な産業環境向けに設計
  • 2 つのバージョンがあります:
    • ヘッド ユニット: ホスト ツールから直接供給される小型のタグ
    • 複合ユニット: 統合された交換可能な A サイズのバッテリーが含まれています

タグモジュール

• • サードパーティの機器に統合
  • 他のタグと同じ正確な追跡機能を提供します
  • 可能な統合には、ハイエンドのトルク ツール、バーコード スキャナー、およびタブレットが含まれます。

極端なバッテリー寿命

UWB ユーザーの主な懸念事項の 1 つはバッテリー寿命です。エンジニアリングの才能と市場で費やした時間の両方により、Ubisense は、競合他社よりもはるかに長く、最大 15 年持続するタグ バッテリーを開発することができました。交換が必要な場合にもアラートを送信します。