IoTやAIといったIT技術を駆使したスマート工場は、故障予知や不良品検出、人財育成、省エネルギー化といった場面で活躍する可能性を秘めています。スマート工場は、製造業が工場運営について抱える課題に対する、有効な解決策の1つです。しかし、導入するためには製造に関する知識やデジタルに関するノウハウが必要です。他にも導入するためには初期費用やセキュリティといった課題解決が求められます。
本記事では、スマート工場のメリットとデメリット、課題、導入のコツなどをお伝えします。
Factory of the Future
製造現場が抱える課題。
解決の鍵は「デジタル化」です。
「もっとスピーディに」「低コストで」「高い品質を」「エコに」など、要望は多種多様。しかし設備の更新には膨大な費用がかかり、深刻な人手不足で人員増も難しい状況です。解決の鍵は、「工場のデジタル化」です。製造ラインのあらゆる部分から休みなくデータを集めるIoTは、人力では不可能な工程管理と効率化を可能にします。
スマート工場とは
スマート工場（スマートファクトリー）とは、工作機械や生産ラインといった各種設備をネットワーク接続し、情報管理の効率化や運営の最適化を図る工場を指します。
従来の工場運営では、熟練工や高度な技術を持つスタッフ、経験豊富な管理者などの人手に頼ることが多いのが一般的でした。しかし、製造業の根幹を支える工場では、常にさまざまな課題に対応しなければなりません。故障の検知や不良品の検出、生産性の向上やエネルギーの最適化といった課題に取り組むには、人の手では限界があるのも事実です。
現在は機器の高度化に加え、自動化を支えるFA機器（ファクトリーオートメーション機器）の導入や、モノのインターネット化を指すIoTの普及、AI（人工知能）の実用化など状況は刻々と変化しています。工場運営に関するあらゆる業務がITによって支えられているといっても過言ではありません。製品の品質や状態、工場設備の稼働状況、ライン情報のスピーディな連携が可能になり、飛躍的に能力が向上しています。
その結果、従来からの課題である省力化や生産性改善について、実現するための選択肢が増加しました。スマート工場の導入により、人手不足への対応や省エネルギー化といった喫緊の課題についても、対応がしやすくなりつつあります。
Factory of the Future
製造現場が抱える課題。
解決の鍵は「デジタル化」です。
「もっとスピーディに」「低コストで」「高い品質を」「エコに」など、要望は多種多様。しかし設備の更新には膨大な費用がかかり、深刻な人手不足で人員増も難しい状況です。解決の鍵は、「工場のデジタル化」です。製造ラインのあらゆる部分から休みなくデータを集めるIoTは、人力では不可能な工程管理と効率化を可能にします。
【メリット】スマート工場に取り組むべき5つの理由
この章では、スマート工場を導入することで得られる5つのメリットをご紹介します。
人材不足を解消できる
日本では少子高齢化が進んでおり、今後慢性的な人手不足になると予想されています。製造業においても高齢者でも働きやすい環境の整備や人材の採用が必要です。
これまで人の手で行っていた業務の自動化により、省力化を進められます。さらに、体力の必要な業務をロボットが行うことで、技術を持つ高齢者が働きやすい環境づくりをしやすくなります。今後も少子高齢化が進むと予測されるため、長期的に考えてもスマート工場の導入は効果が期待できるでしょう。
働き方改革を推進できる
スマート工場の導入は働き方改革の推進にもつながります。労働者によるニーズの多様化や少子高齢化による労働人口の減少が続いている中、このような課題を解決するために労働時間の削減や生産性の向上などを目的として働き方改革が進められています。
導入で、多くの製造企業において生産性向上や効率的な経営が期待できるため、働き方改革の推進につながる場合があります。労働者によるニーズの多様化に対応していることから、従業員満足度の向上も期待できるといえるでしょう。
技術を長く継承できる
日本の製造業は高い技術力で躍進を続けてきましたが、技術継承ができていないのが現状です。スマート工場を活用すれば、ノウハウやスキルをデータ化し収集できます。収集したデータを使ってマニュアル化したり作業を標準化したりすることで、技術をスムーズに継承しやすくなるのです。
技術を継承しやすくなることで事業承継をスムーズにできるメリットも生まれ、高い技術を次の世代へつなげられます。ノウハウや経験などを電子化することにより次世代へ共有しやすくなるのも特徴です。
SDGsへの取り組みをアピールできる
SDGsへの取り組みをアピールすることにもつながります。SDGs（Sustainable Development Goals）とは持続可能な開発目標のことであり、2015年に国連サミットにおいて全会一致で採択されました。 日本政府や多くの企業でも取り組んでいることから、アピール材料にしたい要素の1つです。
スマート工場はエネルギーの利用状況を把握でき、無駄なエネルギー利用を防げるため、SDGsへの対応になるといえるでしょう。
コスト削減につながる
スマート工場に取り組むことはコスト削減につながります。工場の設備において不具合を把握できるため、不良品を減らすことができ、材料費の削減を期待できます。
他にも、生産ラインの状況を可視化したり、顧客データなどのデータ連携ができたりと、従業員の負担軽減や人件費削減にもつながりうるでしょう。
導入により材料費や人件費をはじめとするコスト削減が期待できます。
【デメリット】スマート工場に取り組む上で発生する課題と対処法
スマート工場はメリットが多い一方、取り組む上では課題が発生することもあります。ここからは、主な4つの課題と対処法について解説していきます。
デジタル人材の確保
スマート工場に取り組むためにはデジタル人材を確保することが重要です。デジタル技術導入や活用における知識やノウハウが必要であるため、すぐに人材が育つわけではありません。さらに、製造技術におけるノウハウを求められるため専門家やITベンダーなどを導入しながら育成を進めることが一般的です。
日本では少子高齢化が進んでおり、これまで以上に人材の確保が難しくなります。そのため、人材不足が問題でスマート工場を導入できない場合も少なくありません。
セキュリティの強化
取り組む上でセキュリティの強化は重要です。データを大量に取り扱うことが一般的ですが、データは企業にとって重大な機密情報であることが多く、それらが漏洩すると大きな被害を受けます。
近年では、不正アクセスやマルウェアの感染など、外部からの脅威によりデータ漏洩につながるリスクが考えられます。そのため、スマート工場を運営するためには強固なセキュリティモデルが必要不可欠です。
ネットワークシステムのキャパシティ問題
導入のためには、ネットワークシステムのキャパシティの基準を満たす必要があります。ネットワークシステムのキャパシティがIoTシステムに一定量ないと、膨大なデータを集めて効率化や自動化までできません。
また、システムの通信速度が遅くなることで応答遅延につながったりパフォーマンスが悪化したりする恐れがあります。しかし、必要なキャパシティを把握するためにはIoTシステムの費用便益分析において知識のある人材が求められます。
初期費用の確保
スマート工場導入のためには、システムやAI、IoTセンサ、クラウドサーバ、IoTゲートウェイなどさまざまな設備の導入が必要です。そのため、導入する上で初期費用が高額になる点が大きな課題となります。
導入時の費用は環境構築や必要な機器の費用、提供している企業によって価格が異なります。そのため、導入前に費用を明確にすることが重要です。スマート工場は初期費用だけでなく、メンテナンス費用やその他費用がかかるため注意が必要です。
スマート工場で解決できる課題
製造業を支える工場はさまざまな課題に直面しています。例えば、故障対応・不良品対策・熟練者不足・省エネ対策はどの工場でも着実に対処しなければならない課題として挙げられるでしょう。
ビジネスのグローバル化や消費者ニーズの多様化により、顧客の要望は納期・コスト・品質とも多種多様に拡大している状況です。また、優秀な人材の争奪戦は業界の垣根を越えて広がり、事業を支える人材の確保は困難さを増しています。そのような中、従業員の高齢化という問題とも向き合わなければなりません。技術の安定継承も喫緊の課題の1つです。
スマート工場は、このような製造業が抱える問題解決の支えとしての役割を期待されています。
故障の予知
故障の予知とは、IoTを活用して機器やその他工場設備の状況を監視し、あらかじめ故障の確率を予測したり、あるいは、現在異常がある箇所を検出したりすることです。
工場ラインのモニタリングは、一般的な工場であればすでに実施されているケースが多いでしょう。しかし、機器が旧式であるためにデータが計測できなかったり、データの計測そのものは問題なく行えるとしても、データ形式が異なるため管理に手間がかかったりするケースが多くあります。このような場合、稼働状況を正確に把握したり、故障に備えたりするには多大な労力がかかってしまうという課題があるのです。
工場をスマート化すれば、このような課題を解決できます。例えば、機器にIoT機能の備わったセンサを設置することで、新式・旧式に関わらずデータを集計できます。データを一箇所に集約すれば、稼働状況の一元管理も可能です。稼働率や稼働状況を把握しやすくすることで管理が効率化され、一元化されたデータを活用して故障予知の精度を上げられます。
画像認識で不良品を発見
画像認識技術は不良品の発見にも役立ちます。従来は人力に頼った検査によって不良品を発見する方法をとってきました。しかしこの方法では、多くの労力が費やされるだけでなく、検査ができる人材育成やヒューマンエラーのリスクを排除できないという課題があります。また、不良品検出のための設備を導入するには、多額のコストも必要です。不良品への対処は工場運営の大きな悩みであり続けてきたといえるでしょう。
現在の画像認識技術を用いれば、このような不良品に関する課題を解決できる可能性が高まります。AIの深層学習（ディープラーニング）では、大量の画像データを読み込ませると、自ら特定のパターンを検出します。これを繰り返すことで、画像データの中からパターンを発見する精度が飛躍的に向上するといった成果が現れているのです。
この技術は工場の不良品検出にも応用できます。品質検査をデジタル化すればデータからAIが自動的に学習できるほか、不良品が発生しやすい状況までも蓄積でき、原因分析にも大いに役立つでしょう。
VRによる遠隔支援で人財育成
遠隔での操作・管理を可能とするVR（バーチャルリアリティ）技術は、人財（人材）育成にも役立ちます。
製造業全体や工場運営では人財の確保・育成が喫緊の課題です。日本全体が少子高齢化へと進む中、労働力人口に占める若い世代の割合は減り、ミドル以上の年代のボリュームが増えつつあります。そのような中で人手不足も発生し、働き方改革のもと労働時間の削減が推進されています。工場では、ベテランが抱えている技術をどのように継承していくのか、いかに時間を有効活用して次世代人財を育成するかという課題を抱えているのです。
VRは「仮想現実」と呼ばれるように、ゴーグル型のデバイスやカメラ、遠隔システムを使って、そこにいなくてもまるで現場にいるかのように状況をモニタリングしたり、体験したりする技術です。その関連技術として、同じくゴーグル型デバイスをつけた人物が現在見ている現実に加え、別の映像も同時に見られる「複合現実」という技術も登場しました。
これにより、離れた場所にいるベテラン従業員が新人に対してゴーグル越しに作業を指示したり、マニュアルを提供したりすることも可能になったのです。VRのしくみを利用することで、効率的な人財育成ができるようになりつつあります。
工場のエネルギーをセンサで最適化
スマート工場は工場全体の省エネルギー化にも適しています。現在は「SDGs」（持続可能な開発目標）や「ESG経営」（環境・社会・統治に配慮した経営）といった言葉にも代表されるように、世界的に環境に対する意識の重要性が強調されています。多くのエネルギーを利用する製造業界も明確な対応を迫られているのです。
スマート工場では、IoT化されたセンサの活用により、工場の稼働状況やエネルギーの利用状況を可視化できます。数値で管理することによって、効率的にエネルギーを利用し、省エネルギー化も実現可能です。
スマート工場を実現するための方法・コツ
スマート工場は導入するだけでうまくいくとは限りません。この章では、導入後スムーズに稼働させるための方法を紹介します。
データの見える化と蓄積を徹底する
スマート工場を実現するためには、データの可視化と蓄積を徹底することが重要です。これまでの製造業では、品質管理や生産に関連するデータを手書きで管理することが一般的でした。しかし、手書きのデータではリアルタイムに共有できているとはいえません。
そこで、必要なデータをデジタル化することでリアルタイムでの可視化や蓄積が可能となります。
効率的に分析するためにツールを導入する
効率的に分析するためには、ツールを導入するとよいでしょう。データは集めるだけでなく分析をして活用することが必要です。しかし、手作業でデータを分析するのは手間がかかり容易ではありません。
そこで、自動的にグラフを作成するツールなどの導入によってデータを可視化したり累積してさまざまな角度で分析までしたりすることが重要です。
最終ゴールとして自動化を設定する
さらに、、最終ゴールとして自動化を設定することが大切です。最終的にデータを集めて累積を行い、効率的な分析までの自動化がスマート工場導入の目的です。
で、データの収集や分析に時間や手間をかけずに効果的なデータを出せるようになります。これらのデータは、今後の工場運営やマーケティング施策に効率的に活かせるでしょう。
世界で進むスマート工場への取り組み
スマート工場への取り組みは、世界各国でも進んでいます。
欧州の製造大国であるドイツ政府は「インダストリー4.0」を提唱しています。IoTといった先進的な技術による製造業の発展を産業革命に当たるものと位置付け、政府が推進しているのです。IoTが発展すれば、コスト低減や生産性の向上が推進され、新たな経済発展や社会構造変革にもつながるという考えが根底にあります。
例えば、スマート工場の高度化がさらに進めば、機械が人の命令を実行するだけでなく、工場設備自らが完成品に向けた道筋を導き出せるようになります。人の指示がなくても製品を完成させられるようなスマート工場の開発が進められているのです。
中国では国家指導部が「中国製造2025」という産業政策を提唱しています。製造業の高度化を果たすために設定されているのは、次世代情報技術（半導体や5G）や新エネルギー車といった10分野・23品目です。2025年までの「世界の製造強国の仲間入り」を目指し、製造業の強化に取り組んでいます。
そして、インドも「メイク・イン・インディア」を掲げ、海外からの投資によってインド製造業を発展させる方針を示しました。中でも製造インフラの整備が重要視されており、スマート工場も含めた、製造業の包括的な高度化に向けた取り組みが進められることになったのです。
まとめ
スマート工場とは、ネットワーク接続を活用し、工場内の設備や機器などにデジタル技術を導入した工場のことです。スマート工場にすることで、生産性の向上や人手不足の解消、効率的なデータ分析ができます。
しかし、デジタル人材や高額な初期費用が必要になるなどデメリットも存在します。導入を成功させるためには、データの可視化や分析までを自動化する必要があります。
Factory of the Future
製造現場が抱える課題。
解決の鍵は「デジタル化」です。
「もっとスピーディに」「低コストで」「高い品質を」「エコに」など、要望は多種多様。しかし設備の更新には膨大な費用がかかり、深刻な人手不足で人員増も難しい状況です。解決の鍵は、「工場のデジタル化」です。製造ラインのあらゆる部分から休みなくデータを集めるIoTは、人力では不可能な工程管理と効率化を可能にします。
