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スマートファクトリーとは|製造業で注目を集める導入メリットと課題

機電派遣コラム この記事は約 11 分で読めます。

インダストリー4.0や第4次産業革命と並べて語られることの多いスマートファクトリーは、製造業を営むすべての企業に関係する重要なキーワードです。メーカーの利益の最大化に寄与するスマートファクトリーとはどのようなものか、導入方法や事例とあわせて解説します。

スマートファクトリーとは

スマートファクトリーとは、継続的発展の実現に向けてデジタルデータを活用する、新たなスタイルの工場のことです。AIやIoT技術を用いて取得したデジタルデータを活用して業務プロセスの改革を図り、それと同時に製品の品質や生産性の向上を実現します。

あらゆる業界で「デジタル化」がキーワードとなっているいま、スマートファクトリーは多くの製造業(メーカー)や工場が注目し、取り組みが活発化しています。

スマートファクトリーが注目される背景

スマートファクトリーが注目されるようになった背景には、ドイツ政府が提唱した「インダストリー4.0」があります。インダストリー4.0とは、日本語で「第4次産業革命」という意味を持つ、AIやIoTなどの先進技術を用いて製造業に革新をもたらすことを目的としたドイツの国家戦略プロジェクトです。

その中心に位置するのがスマートファクトリーによるエコシステムの構築です。機械から得られた各種データをヒトが利用し、製造プロセスを円滑にするだけでなく、新規ビジネスの創出や新たなビジネスモデルの構築を図ります。

スマートファクトリーの目的

スマートファクトリーの実現は、さまざまな目的を念頭に置いて推進されます。

品質の向上

よく起きる人的ミスをデータから明確化し対策を講じることで、製品の不良率を低減し、さらに品質の安定化を図れます。

コストの削減

IT技術を用いて、設備の稼働状況や材料の在庫をリアルタイムで把握できるようになれば、従業員の稼働時間と在庫管理にかかるコストを最適化できます。

製品化・量産化の期間短縮

IoTの活用によって、全工程のデータの蓄積・分析が容易になり、素早く改善点を突き止められるようになります。開発、設計、量産化までの工程が効率化されることで、製品化・量産化までの期間を短縮することが可能です。

人材不足・育成への対応

製造業では熟練の技術を求められる場面が多々あり、必要なスキルを持つ人材が不足しがちです。熟練技能者の動きをカメラで収集し分析して、それを用いて人材育成を行うことで手間と時間をかけずに技術者を育成できます。

新たな付加価値の提供・提供価値の向上

スマートファクトリーの実現によって、ユーザーのニーズに合わせた製品の開発や、アフターサービスの充実など、新たな付加価値を提供できる可能性があります。

その他、IoTセンサと通信機能を製品に組み込むことで、製品の不具合を探知して製造工程の改善ポイントを迅速に特定することなども可能です。また、製品出荷後に不具合が判明したときには、製造側から所有者に素早くコンタクトを取るなど、さまざまなリスクへの対策が図れるようになるでしょう。

スマートファクトリー化のメリット

工場のスマートファクトリー化には、主に次の2つの利点があります。

  • 業務を見える化できる
  • エネルギーを最適化できる

各種機器にIoTやAI技術が搭載されることで、設備・機器の稼働状況は常に計測され、そのデータはネットワークを通じリアルタイムに取得できます。また、スマートファクトリー化は、工場内で利用されているエネルギーの最適化にも寄与します。

業務を見える化できる

各種データで業務が可視化されることで、改善点の把握が迅速かつ容易になります。

現状を正しく分析するためには、客観性のあるデータが必要です。生産性の高い業務はどれか、その一方で効率的ではない業務はどれかまでが可視化されるのです。効率的ではない業務は改善し、改善の結果をまたデータから分析してさらに改善を重ねていくというようにデータを活用すれば、大幅に業務を効率化できる余地に目を向けられます。

エネルギーを最適化できる

設備・機器の稼働や照明、空調など、工場内では日々膨大な電力等が消費されています。スマートファクトリー化された工場では、エネルギーを効率的に使用するためのシステム「FEMS(工場エネルギー管理システム)」が導入されています。

FEMS(フェムス)は「Factory Energy Management System」の略で、工場内のエネルギー管理や生産設備のエネルギー使用・稼働状況の把握・見える化などを統括するシステムです。工場内のエネルギー使用量等を監視して、ピーク電力の調節や、状況に応じて各種設備・機器の運転制御を行います。

このシステムにより、工場内のエネルギーの需給状況を把握できるようになるだけでなく、エネルギーを余分に消費している設備の設定の最適化などによってエネルギー消費を抑えられます。

スマートファクトリー化に向けた課題

多くのメーカーが注目するスマートファクトリーですが、実現に向けて次の点をクリアしなければいけません。

  • 高額な導入コスト
  • 定期的な機器のメンテナンスが必要になる
  • サイバーセキュリティを強化する
  • データを活用するための仕組みを作る

スマートファクトリー化の最大のネックは、資金にあります。あらゆる機器やシステムの刷新が必要なため、高額なイニシャルコストに予算を割ける資金力のある企業でなければ実現できません。また、機器ごとに異なるメンテナンスが必要なため、機器類に精通する作業員、もしくはしっかりとしたメンテナンスマニュアルが不可欠です。

また、製品や製造工程に関する情報は機密情報です。IT技術を用いることで、これまでよりもサイバーリスクは高まるため、スマートファクトリー化を目指すのならセキュリティの強化は欠かせません。取得したデータをどのように活用するのかを検討し、活用のための仕組みを構築することも重要になるでしょう。

高額な導入コスト

スマートファクトリーを実現するためには、さまざまなコストが発生します。

  • 最新技術を搭載した機器類の購入・設置にかかる費用
  • FEMSなどの新システムの導入・運用費用
  • 機器類の取り扱いに関する社員教育の費用

工場や事業の規模が大きくなるほどコストも上昇し、新たな機器を操作するための社員教育にかかるコストも増大します。

定期的な機器のメンテナンスが必要になる

最新技術を使用した機器は、定期的なメンテナンスが必要です。機器によって必要になるメンテナンスや保全の手法は異なるため、機器個別のメンテナンス方法を理解して、定期的な点検・修理に従事する専門の人員の確保が必要となるでしょう。

サイバーセキュリティを強化する

スマートファクトリーにはネットワーク接続が必須です。そしてネットワークに接続している限り、データは常にセキュリティリスクにさらされます。製品や製造に関するデータは機密情報であるため、ウイルスや悪意のあるソフトウェアによってデータを盗まれてしまっては甚大な損失を招きかねません。

また、ネットワーク攻撃によってシステムを破壊される可能性もあります。スマートファクトリーのシステムが停止すると、工場の稼働も停止してやはり損失が生じてしまいます。

このような事態にならないよう、スマートファクトリーを構築する段階からサイバーセキュリティの強化に取り組むことが重要です。

データを活用するための仕組みを作る

スマートファクトリー化で重要な要素にデータの活用があります。さまざまな機器から取得されるデータを、ただ収集するだけではスマートファクトリー化の意味は形骸化します。

データを分析して活用するために、なぜスマートファクトリー化するのか、どのようにデータを活用するのか目的を明確化し、どのデータを取得するのか、またデータの分析方法や業務改善への利用方法などの仕組みづくりを行いましょう。

スマートファクトリーを導入する手順

スマートファクトリー化は次の3つの手順で行います。

  1. スマートファクトリーの構想を策定する
  2. システムを導入する
  3. システムを運用する

はじめに、どのような工場を作るのか、スマートファクトリーの構想を策定します。そして構想に見合うシステムを導入し、計画に沿ってシステムを運用していきます。

スマートファクトリーの構想を策定する

最初のステップでは、スマートファクトリー化で解決したい課題を可視化し、スマートファクトリー化の目的や実施後の目標を設定します。同時に、どのようにして工場を管理するのかも考えておきましょう。

製造工程のどこにどのような機器を置いて、どのようなデータを取得するのか、組織内の役割分担と各員の作業範囲も設定します。また、運用中に起こりうるトラブルを想定して、リスク管理体制を整える必要もあります。

目的と目標、運用体制の構築など、スマートファクトリー運用の根幹に関わるファーストステップは、スマートファクトリー化においてもっとも重要な部分です。

システムを導入する

策定した構想に基づき、システムを導入します。まずはトライアルとして、小規模からシステムを導入しましょう。スマートファクトリー化のために導入する機器やシステムは一般的に高額であり、一度にすべて導入してしまうと経営上のリスクが発生するためです。部分的な導入に成功したら、徐々に導入部分を広げていきましょう。

トライアル中に想定していたようなデータが取得できなかった場合は、機器やシステムを見直すなど、都度構想に沿って方向転換しましょう。

システムを運用する

構想通りにシステムを導入できたら、運用のスタートです。各種機器から得たデータを想定通りに活用できているのか、定期的に振り返りましょう。

スマートファクトリー化で想定していた効果を得られているのか、コストの最適化・業務効率化は図れているのかなど、客観的なデータをもとに分析して、製造工程や業務内容の改善につなげていきます。

スマートファクトリーを導入した事例

最後に、スマートファクトリーを導入した3社の事例を紹介します。

ダイキン工業株式会社
総合空調メーカーのダイキン工業株式会社は、「海外工場での熟練技術者不足」を背景にスマートファクトリー化に踏み切りました。

国内外にあるどの工場でも均一な品質を実現するために、熟練技術者の動きを計測・解析して、その技術をデータ化・数値化して社員教育に生かしています。
株式会社デンソー
株式会社デンソーは、国内外の工場をITとIoTでつなぐ「Factory-IoTプラットフォーム」を開発し、すべてのデータをどの拠点でも利用できるシステムを構築しています。すべてのデータは1つのクラウドに蓄積され、リアルタイムに分析されます。

作業者の動きから生産状況、各拠点の需給状況もクラウド上にあるデータから取得できるため、すべての拠点の改善ポイントを迅速に把握できるようになりました。
株式会社日立製作所
株式会社日立製作所は、経済産業省からの委託によってスマート工場実証事業を実施しました。生産ロスを低減するため、ネットワークカメラや電流センサを使って、設備の稼働データを収集。原材料から製品の品質まであらゆるデータを取得し、生産工程を可視化しました。

さらにデータをAIで分析して、業務効率化を図れる部分を見える化した結果、スマートファクトリーは生産ロスの改善に寄与すると報告しています。
まとめ
  • スマートファクトリーとは、AIやIoTなど最新のテクノロジーを導入しデジタルデータを活用する、新たなスタイルの工場
  • 注目されるようになった背景には、ドイツ政府が提唱した「インダストリー4.0」がある
  • スマートファクトリーの目的は、品質向上やコスト削減、製造リードタイムの短縮、さらに人材育成など多岐に渡る
  • 工場で日々消費されるエネルギーを最適化できる点もスマートファクトリー化のメリット
  • 導入にあたっては、高額な導入コストやメンテナンス体制の構築、サイバーセキュリティ強化などが避けられない課題となる
  • まずはスマートファクトリー化で解決したい課題を可視化し、具体的な目的や実施後の目標を設定。小規模から導入を開始し運用体制をチューニングしていく

 

 

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