イーサネットとは？製造業で利用される4つの理由や導入の手順・注意点も解説

製造業では、IoTやDXの推進により工場内でのデータ通信量が急激に増大しています。

生産ラインの監視制御や品質管理、在庫管理など、リアルタイムでの情報共有が競争力向上の鍵を握っているのです。

こうした状況下で、安定性と高速性を兼ね備えた有線ネットワーク技術への注目が高まっており、特に製造現場では電波干渉の影響を受けにくい通信手段が強く求められています。

一方で、工場特有の過酷な環境条件や既存システムとの統合など、導入時に考慮すべき重要なポイントも存在するでしょう。

この記事では、製造業でのイーサネット活用が注目される理由や具体的な導入事例、成功に向けた手順や注意すべきポイントについて詳しく解説します。

イーサネットとは？

イーサネットとは、パソコンや通信機器をケーブルで繋いでデータのやり取りを行う有線LANの通信規格です。

オフィスや家庭内でインターネット接続を行う際に広く使用されており、現在最も普及している有線ネットワークの標準規格となっています。

イーサネットの最大の特徴は、安定性とコストパフォーマンスの高さにあります。ケーブルを使用するため電波干渉の影響を受けにくく、Wi-Fiなどの無線通信と比較して安定した高速通信が可能です。

また低コストで導入できるため、企業や家庭問わず幅広い環境で採用されています。技術的には、複数の機器間で効率よく通信するためにケーブルの規格を統一し、データの形式や物理ケーブルの仕様を規定している通信プロトコルです。

1970年代にアメリカのXerox社によって開発されて以来、技術の進歩とともに通信速度も向上し続けており、現在では10ギガビットイーサネットまで実用化されています。

イーサネットの3つの種類

イーサネットは大きく分けて以下の3種類に分類されます。

• LANケーブル
• 光ファイバー
• 同軸ケーブル

順番に解説していきます。

種類1：LANケーブル

LANケーブルは、パソコンやゲーム機をインターネットに接続する際に最もよく使用されるイーサネットです。

正式名称はツイストペアケーブルと呼ばれ、2本の銅線を組み合わせた線を4ペア有する構造になっています。銅線2本を1組にすることで、プラスとマイナスの電圧にそれぞれ変化させ、データの送受信を可能にしています。

イーサネットの中でも最も身近で一般的な存在であるため、イーサネット＝LANケーブルとして認識されることも少なくありません。

光ファイバーケーブルよりも低価格という特徴があり、オフィスや一般家庭などさまざまな場所で利用されています。

通信速度によってカテゴリー5（CAT5）からカテゴリー8（CAT8）まで分類されており、用途に応じて適切な規格を選択できます。

種類2：光ファイバー

光ファイバーは、大容量のデータを高速で送受信できる優れた特性を持つイーサネットです。

このケーブルの中では、レーザー光を使って電気信号を光の信号に変換する仕組みが働いています。これまで使われてきた従来のLANケーブル（銅線ケーブル）では、大量のデータを高速かつ安定して送ることに限界がありました。

特に製造ラインでは、機械の動作状況を瞬時に把握して即座に対応するリアルタイムなデータ処理が欠かせませんが、従来のケーブルではこの要求に十分応えることが困難でした。

そこで注目されているのが、光の速度でデータを伝送し、電気的なノイズにも影響されない光ファイバケーブルです。

光ファイバケーブルなら、製造現場で求められる高速で安定した通信環境を実現できるため、多くの企業が導入を検討しているのです。光ファイバーはガラス製の細い芯に光信号を伝送するため、長距離にわたって信号を劣化させることなく伝送できます。

回線を流れる信号が減衰したり散乱したりするリスクが低いため、伝送損失が少なく、画質や音質、速度の低下が起こりにくいという特徴も。

現在では「光回線」と同じような意味で使われることもあり、インターネット回線の主流となっています。

種類3：同軸ケーブル

同軸ケーブルは、テレビやケーブルテレビで映像の提供をするために利用されているケーブルです。中心導体と外部導体を有した構造になっており、アンテナやテレビ受信機に多く使用されています。

中心に位置する「中心導体（心線）」と呼ばれる金属の線の周りに絶縁体が存在し、その外側に「外部導体（シールド）」と呼ばれる金属の編み込み銅線が配置されています。

伝送している信号が外部に漏れにくく、かつ外部からの信号や電磁波の侵入・干渉を遮断しやすいという特徴も。外部被覆が物理的なダメージから内部の導体を保護するため、厳しい環境下でも信頼性の高い性能を維持します。

現在はスター型というネットワーク形態が主流となっているため、パソコンの有線LANネットワークではほとんど使われていません。

イーサネットが製造業で利用される4つの理由

イーサネットが製造業で利用される理由としては主に以下の4点が挙げられます。

• 高速・安定通信によるリアルタイム制御の実現
• 過酷な製造環境に対応する高い堅牢性と信頼性
• 既存システムとの互換性による導入コストの削減
• 工場全体のネットワーク統合による効率化

順番に見ていきましょう。

理由1：高速・安定通信によるリアルタイム制御の実現

製造現場では、機械や装置が正確なタイミングで動作する必要があります。

イーサネットは従来のフィールドバスと比較して高速であり、大量のデータ処理に適している技術です。

特に産業用イーサネットでは、決められた時間内にデータを送受信するリアルタイム性能が強化されており、生産ラインの監視や制御がスムーズに行えます。

万が一エラーが発生した場合でも、直ちに検知して処理を停止できるため、不良品の発生や材料・時間・費用の無駄を未然に防止できるのです。

製造業でのイーサネット導入により、サイクル応答時間を最適化しつつ、望ましくないネットワークの遮断を防ぐことが可能になっています。

理由2：過酷な製造環境に対応する高い堅牢性と信頼性

製造現場は高温・高圧・振動・ノイズなど、一般的なオフィス環境とは大きく異なる過酷な条件下で稼働しています。

産業用イーサネットは、温度変化や湿度、衝撃など厳しい工場環境にも耐えられるよう堅牢に設計されており、安定した通信を継続できます。

ペットボトル飲料工場の例では、高圧・高温洗浄が行われる製造工程でも問題なく動作し、リモートで監視できるため人が危険な環境に立ち入ることが不要です。

データ通信の信頼性を高めるエラーチェックや再送機能により、データの損失や誤伝送を防止し、製造ラインの停止リスクを大幅に低減できる点も重要な特徴です。

理由3：既存システムとの互換性による導入コストの削減

製造業では既に稼働している生産ラインを停止させることなく、段階的にシステムを更新していく必要があります。

イーサネットは標準的な通信規格であるため、既存のネットワークインフラを活用しながら導入でき、初期投資を大幅に抑制できます。

正常に稼働している製造ラインに影響を与えることなく、レイヤー2NATのような技術を活用すれば、IPアドレスを大きく変更せずに既存ラインをネットワークに組み込めます。

エネルギー効率の向上により、より効率的な装置運用が可能になり、結果としてエネルギーやコストの節減が実現される点も経営者にとって大きなメリットとなっています。

理由4：工場全体のネットワーク統合による効率化

従来の製造現場では、各部門や生産ラインが個別のシステムで管理されており、情報の連携が困難でした。

イーサネットを活用することで、工場の製造フロアで稼働するオートメーション機器を、エンタープライズITにつなぐ単一のネットワーク技術として利用できます。

ネットワーク全体の設計が簡素化され、性能向上が図れるだけでなく、サプライヤーとの情報共有や在庫管理の最適化により、調達プロセス全体の効率化とコスト削減も実現できるようになっています。

製造業におけるイーサネットの導入事例3選

ここからは製造業におけるイーサネットの導入事例を3つ紹介していきます。

順番に見ていきましょう。

事例1：製造現場と営業部門のリアルタイム連携による顧客対応力向上

ある製造企業では、EtherNet/IPを導入して製造現場と営業部門のデータ連携を強化しました。従来は営業担当者が生産状況を把握するために現場に足を運ぶ必要があり、顧客への回答に時間がかかっていました。

イーサネット導入後は、生産状況をリアルタイムで把握できるようになり、営業担当者が正確な納期を即座に提示できるように。製品の在庫状況や生産進捗を即時に確認できるため、顧客からの問い合わせに対する対応速度が大幅に向上しています。

営業部門が製造データにアクセスできるようになったことで、顧客との信頼関係が深まり、受注率や顧客満足度の向上につながりました。

この成功により、競合他社との差別化を図りながら、長期的な顧客関係の構築が実現できています。

事例2：過酷な製造環境での遠隔監視システム導入による安全性確保

ペットボトル飲料の製造工場では、産業用イーサネットを導入して過酷な製造環境での安全性向上を実現しました。飲料ボトルの製造工程では高圧・高温洗浄が行われるため、作業員が直接立ち入るには危険な環境です。

産業用イーサネットの導入により、ネットワークを介して飲料の充填に関するデータを送受信できるようになりました。温度上昇などの過酷な工場環境にも耐えられるよう堅牢に設計されたイーサネットにより、安定した通信が継続されています。

リモートで監視できるようになったため、温度が上昇している工場の中に人が立ち入る必要がなくなりました。

万が一エラーが発生した場合でも、直ちに検知して処理を停止できるため、不良品の発生や材料・時間・費用の無駄を未然に防止しています。

事例3：サプライチェーン全体の統合管理による在庫最適化

電子機器メーカーでは、サプライチェーン全体にリアルタイム・イーサネットを適用し、サプライヤーとの連携を強化しました。

従来は各部門や取引先との情報共有にタイムラグがあり、在庫管理や需要予測に課題を抱えていました。

イーサネット導入により、リアルタイムでの在庫管理と需要予測が可能になり、過剰在庫を防止できるようになりました。サプライヤーとの情報共有がスムーズになったことで、欠品率を大幅に低減し、生産計画の精度も向上しています。

ネットワーク全体の設計が簡素化され、性能向上が図れるだけでなく、調達プロセス全体の効率化とコスト削減も実現できました。

顧客満足度が向上し、売上増加にもつながる好循環を生み出しています。

製造業でイーサネットを導入するまでの4ステップ

製造業でイーサネットを導入するまでの手順は以下の4ステップに分けられます。

1.現状分析とニーズの明確化
2.パイロットプロジェクトの実施と検証
3.インフラ設計と段階的導入計画の策定
4.本格導入と運用体制の確立

順番に解説していきます。

ステップ1：現状分析とニーズの明確化

製造業でイーサネット導入を成功させるには、現在のネットワーク環境を詳細に分析することから始めましょう。

工場内には、

• 金属工作機械
• 搬送関連機器
• プラスチック成形機

など多くの設備が存在しており、それぞれの通信要件を考慮する必要があります。

イーサネット導入によって解決したい課題を明確にすることが重要で、情報収集の自動化、セキュリティ強化、運用効率化などの目的を具体的に設定しましょう。

製造現場特有の要件として、床にケーブルを這わせられないなどの物理的制約も考慮し、工場環境に適したネットワーク設計を検討する必要があります。

現状の課題と導入目的を整理することで、最適なイーサネット導入計画の基盤を構築できます。

ステップ2：パイロットプロジェクトの実施と検証

本格的な導入を始める前に、まずは小規模なテスト運用（パイロットプロジェクト）を行って、効果と課題をしっかりと見極めることが大切です。

最初のステップとして、工場内の特定の生産ラインを選んでイーサネット（高速通信網）を導入し、実際の製造現場でどのように動作するかを確認してみましょう。

同時に、運用チームの技術的な知識や経験の不足している部分を把握し、必要な研修プログラムを組み立てることも重要な目標となります。

このテスト段階では、リアルタイム（即座に）でデータを集めて分析することにより、不良品が生まれる原因を素早く見つけ出し、具体的な改善方法を試すことが可能になります。

テスト運用で得られた結果を詳しく調べ、問題となる点を整理して解決策を考えることで、本格的な導入時に起こりうるトラブルを大幅に減らせるでしょう。

検証期間中に収集されたデータは、経営陣に対する投資効果の説明材料や、社内での意見統一を図る際の根拠としても活用していけるはずです。

ステップ3：インフラ設計と段階的導入計画の策定

イーサネットの導入に向けて、物理的な設備と論理的なネットワーク基盤の両方をしっかりと準備していきましょう。

製造現場では、イーサネットスイッチ（通信を中継する機器）をどこに設置するかの選定と環境づくりが特に重要となります。

工場ならではの厳しい環境条件、つまり高温多湿や機械の振動などを十分に考慮して、機器の設置場所や保護対策を慎重に検討する必要があるでしょう。

ネットワークの構成設計では、生産設備のPLC（製造装置を制御するコンピューター）をイーサネットに接続し、機械の稼働状況などの貴重なデータを収集するサーバーまで確実に届ける仕組みを作り上げます。

監視システムの機能拡張も欠かせない要素で、イーサネット特有の通信状況を含めた包括的な監視体制を整えることにより、トラブル発生時の早期発見と迅速な対応が実現します。

段階的な導入計画を立てることで、日々の生産活動への影響を最小限に抑えつつ、効率的にイーサネット環境を構築していけるはずです。

ステップ4：本格導入と運用体制の確立

製造業でのイーサネット導入は、生産への影響を最小限に抑えるため、段階的に行いましょう。

各フェーズでは、

• 移行計画の策定
• 関係者への通知
• 設備停止の最小化
• 問題発生時の対応手順

などの準備が大切です。

導入時には、ケーブルをスイッチにつなぎ、画面上で簡単な設定を行うだけで拡張できるイーサネットの利点を活かし、工場でも安心して運用できる環境を整えます。

トラブル対応体制の確立も重要で、操作画面でネットワーク全体の構成や通信状況を目で見て確認できるため、問題のある機器の特定が容易になり、早期復旧に向けた対策を講じることが実現されるでしょう。

製造部門でも対応できるよう手順書やマニュアルを作成して、定期的な研修を行えば、他部署に頼らずトラブル時にも対応できる体制を構築していけるものです。

イーサネット導入時の3つの注意点

イーサネット導入時は、以下の3つに注意しましょう。

• セキュリティリスク
• 産業環境に適した機器選定
• 生産ラインへの影響

順番に解説していきます。

注意点1：セキュリティリスク

製造業でイーサネットを導入する際、最も注意すべき点はセキュリティリスクの大幅な増大です。

従来の製造業では外部との接続を極力避けることがセキュリティ対策の基本でしたが、イーサネット導入によりインターネットへの接続が不可避となります。

工場内の機械が遠隔操作されたりデータが改ざんされたりすると、事業に深刻な影響を及ぼす可能性があるため注意が必要です。

特にIoT機器にはセキュリティ対策ソフトが導入されていないケースが多く、インターネットに接続したIoT機器を踏み台にして制御システムや生産システムが攻撃されるリスクが高まっています。

ランサムウェア攻撃により生産ラインが停止し、莫大な身代金を要求される事例も報告されており、経済産業省が2022年11月16日に「工場システムにおけるサイバー・フィジカル・セキュリティ対策ガイドライン」を策定するほど深刻な問題となっています。

注意点2：産業環境に適した機器選定

イーサネット機器を選定する際は、オフィス用ではなく産業環境に適した専用機器を選択する必要があります。

オフィス向け仕様のコネクター、ケーブル、ネットワーク機器は一般的な環境では機能しますが、工場環境では必ず問題が発生します。

非産業用機器は工場環境の振動、湿気、電気的干渉、薬品などに対応しておらず、高温もしくは氷点下になる過酷な環境下では正常に稼働しない可能性も。

稼働を再開させるために一時しのぎ的に非産業用機器を使用してしまうケースもありますが、この一時的な処置がそのまま放置されることが多いため、産業用イーサネットでは非産業用機器を使用しないことが強く推奨されています。

設備の老朽化や機器の信頼性が原因で正常に稼働しなかったり故障したりするリスクを避けるため、最初から適切な産業用機器を選択しましょう。

注意点3：生産ラインへの影響

イーサネット導入において、生産ラインの停止リスクとリアルタイム性の確保は極めて重要な課題です。

産業用イーサネット全般において、同ネットワーク内のイーサネット機器の通信状況によってはデータの遅延が発生し、リアルタイム性が重要なFA制御においては致命的な欠点となる可能性があります。

工場ラインの停止は絶対的に回避しなければならない事項でありながら、ネットワーク化により効率化が進む中、かえってライン停止のリスクが高まる恐れがあるのです。

ネットワーク化により原因不明のライン停止が頻繁に発生するケースも少なくなく、ダウンタイムが長引けば生産性が低下し、経営にも深刻な影響が生じます。

対策としては、リアルタイム性が重要なネットワークを分離した設計にしたり、安定した回線の確保を最優先に検討したりすることが推奨されています。

イーサネットの今後の展望

イーサネットは今後も急速な成長と技術革新が期待されている分野です。

産業用イーサネット市場規模は2023年に257億8000万米ドルと推定され、2024年から2031年まで年率16.27%という高い成長率で拡大していく見込みとなっています。

特にAI（人工知能）との組み合わせが注目されており、AIデータセンター向けイーサネットスイッチ市場では2024年から2029年にかけて年率42.0%という驚異的な成長が予測されています。

技術面では、従来のCANやRS-485といったシリアル通信から産業用イーサネットへの移行が加速しており、製造業での導入が本格化している状況です。

新しい技術として、TSN（タイムセンシティブネットワーキング）により異なるプロトコルの統合が可能になり、工場内の情報技術と制御技術を一つのネットワークで統合できるようになります。

また、SPE（シングルペアイーサネット）技術の普及により、これまでネットワークに接続されていなかった機器も容易に接続できるようになる予定です。

まとめ

イーサネットは、パソコンや通信機器をケーブルで接続する有線LANの通信規格として、現在最も普及している標準技術です。

安定性とコストパフォーマンスに優れ、Wi-Fiと比較して電波干渉の影響を受けにくく、高速で安定した通信を実現できます。

イーサネットの主要な種類は以下のとおり。

製造業での導入メリットは以下のとおりです。

• リアルタイム制御: 高速通信により生産ラインの正確な制御が可能
• 高い堅牢性: 過酷な工場環境でも安定稼働
• 既存システム互換: 導入コストを抑制しながら段階的更新
• 工場統合: 製造現場とIT部門の情報連携強化

導入時はセキュリティ対策と産業環境に適した機器選定が重要です。

今後は産業用イーサネット市場の年率16.27%成長が予測され、AIとの組み合わせやTSN技術により、さらなる発展が期待されています。