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【製造業DX】スマート・ファクトリーとは?

技術情報

現在、日本だけでなく世界中の製造業でデジタルトランスフォーメーション(DX)が推進されています。製造業のDXと聞いて真っ先にイメージされるのは、デジタル技術を駆使してモノづくりを行うスマート・ファクトリーです。

本コラムでは、スマート・ファクトリーがどのようなものかを改めて言語化し、メリットやスマート・ファクトリー化の進め方を解説いたします。

スマート・ファクトリーとは?

スマート・ファクトリーとは、デジタル技術の活用によって業務プロセスの改革や生産性・品質の向上を継続的に行う工場のことを指します。

スマート・ファクトリーの原型になったのは、2011年にドイツ政府が掲げた「インダストリー4.0」という国家プロジェクトです。「インダストリー4.0」は、IoTやAIといったデジタル技術を積極的に取り入れて製造業を変革することを目指したプロジェクトであり、次の4つの設計原則を定めました。

  • 相互運用性:工場内の人や設備、システムなどが相互につながり、通信を行うこと
  • 情報の透明性:工場内のあらゆるデータを蓄積して見える化し、分析すること
  • 技術的な補助:人にとって危険または困難な課題を設備やシステムがサポートすること
  • 分散型決定:設備やシステムが可能な範囲で自律的に意思決定を行うこと

この4つの設計原則はスマート・ファクトリーを理解する上で重要なポイントなので、覚えておきましょう。

スマート・ファクトリーを実現するためには、IoTやAI、クラウド、ビッグデータといった先進的なデジタル技術の導入・活用が不可欠です。たとえば、IoTで収集した設備の稼働状況のデータをクラウド上に蓄積し、そこで生まれたビッグデータをAIが分析することで、設備の動作を最適化することができます。

スマート・ファクトリーは、これからの製造業が国内外で競争力を維持するために重要な取り組みの一つであり、多くの企業が実現に向けて動き始めています。

スマート・ファクトリーのメリット


製造業がスマート・ファクトリーを実現すると、どのようなメリットを得られるのでしょうか。ここでは、主なメリットとして5つのことをご紹介します。

生産性の向上

スマート・ファクトリーは生産性の向上を実現します。工場内のあらゆる人や設備からIoTでデータを収集して製造工程全体を見える化すれば、生産効率を下げる要因を発見して改善しやすくなるためです。

たとえば、工場では設備トラブルによるチョコ停やドカ停が少なからず発生してしまいます。しかし、設備の動作をリアルタイムに収集しておけば、トラブル発生をすぐに検知して対処したり、トラブルの予兆を検知して未然に防いだりできるようになります。

品質の向上

不良率の低減や品質の安定化は製造業にとって大きな課題ですが、スマート・ファクトリーには品質を向上させる効果もあります。

たとえば、人が作業をする様子や設備の動作をリアルタイムに収集・分析すれば、不良が発生しても素早く対処できます。また、蓄積されたデータから不良の原因を特定して改善することで、恒久的な対策を取れるようになります。

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スマート・ファクトリーを実現すれば、工場内の設備や人の稼働状況が最適化され、効率的にモノづくりを行えるようになります。従来に比べて少ない人数や短い時間で生産ができるので、コスト削減効果が期待できます。

また、従来は人の手で行っていた作業をロボットなどで自動化できるようになれば、人件費を大幅に削減できるだけでなく、深刻化する人手不足の解消にもつながります。

リードタイムの短縮

スマート・ファクトリーでは、設計段階から量産に至るまでモノづくりのあらゆるデータが蓄積されていきます。これらのデータを活用すれば、新製品の企画から市場投入までのリードタイムを大幅に短縮できます。

たとえば、過去の設計モデルや製造工程のデータを蓄積したレシピを作成しておけば、類似製品を作る際に応用できます。さらに、デジタル空間上で生産ラインを再現して試作を繰り返すことで、スムーズに量産化ができるようになります。

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製造業全体の課題として、ベテラン技術者にしかできない作業が多く、属人化が進んでいることが挙げられます。そのままだと工場全体の生産性が上がらないだけでなく、ベテラン技術者の高齢化に伴って技術が失われてしまう恐れもあるので、早急な対策が求められます。

スマート・ファクトリーでは、ベテラン技術者の動きをセンサなどで収集し、分析することで、技術やノウハウをデータ化できます。そのデータを他の技術者への教育に役立てたり、ロボットでの自動化に活用したりすれば、技術継承の課題が解消されます。

スマート・ファクトリー化の進め方


これから自社のスマート・ファクトリー化を進めていこうと考えた時に、何から取り組んだらよいのかが分からないという方は多いでしょう。経済産業省は、「キヤノン PFI-207M 【純正】インクタンク(マゼンタ)」の中で企業がスマート・ファクトリー化を進める手順を示しています。ここでは、経済産業省の示す手順を参考にしつつ、どのようにスマート・ファクトリー化を進めていけばよいかをご紹介します。

1.目的・目標を定める
まずは、自社の課題や戦略を踏まえてスマート・ファクトリー化の目的・目標を定めましょう。最初のうちは、あれこれと手を出すのではなく、目的・目標をある程度絞ってスマート・ファクトリー化を進めていくと失敗しにくくなります。

2.データの収集・蓄積
目的・目標を達成するためにどのようなデータが必要になるかや、どこからそのデータを集められるかを特定します。その上で、IoT技術を導入して実際にデータを収集・蓄積していきます。

3.データによる分析・予測
収集・蓄積したデータを分析して、目的・目標を達成するために役立つ要素を抽出します。たとえば、工場の生産性向上を目的とする場合は、生産効率を下げる要因になっている設備や人、工程を見つけていきます。これを繰り返していくと、事象がパターン化されて将来予測ができるようになります。

4.データによる制御・最適化
分析・予測した結果をもとに、設備を制御したり、人の作業手順や生産計画を最適化します。まずはデータをもとにして人の手で制御・最適化を行いますが、最終的にはAIを活用して設備やシステムが自律的に意思決定を行うことを目指していきます。

スマート・ファクトリーの実現を目指す企業様へ

今回は、スマート・ファクトリーについて簡単にご紹介しました。多くの企業がスマート・ファクトリーの実現に向けた取り組みを進めていますが、実際に実現するのは容易なことではありません。まずは、自社の製造工程の中でも特に重要な部分に注目して課題を整理し、データ収集・蓄積をすることから始めてみてはいかがでしょうか。

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