近年、製造現場で進むスマートファクトリー。ICTを活用した業務効率化や生産性向上に大きく役立っています。また人口減少による人材確保の問題など、社会課題の解決に繋がる可能性も秘めていることからも注目されています。
これから進む工場のスマート化で私たちの生活はどのように変化していくのでしょうか。そして普及するにはどのような課題があるのでしょうか。
デジタル革命で変わる産業界
近年、次々と新しい製品やサービスが誕生するなかで、産業界では多様なニーズによる製品の複雑化が加速化しサプライチェーンの柔軟性が求められています。こうした状況を生産性を向上させながらもスマートにかつ収益性も求めなければならず、製造プロセスのパフォーマンス向上が課題となっています。
人工知能（AI）や機械学習、IoTなど第4次産業革命のデジタルテクノロジーの進化に伴う大きな変化によって、産業界は転換期を迎えようとしています。
製造業界のブレイクスルー「スマートファクトリー」とは
変化が求められる産業界のなかで今注目を集めているのが「スマートファクトリー」という言葉です。
スマートファクトリーの注目のきっかけは、ドイツのモノづくり革命プロジェクトとして進める「インダストリー4.0」です。インダストリー4.0とは次世代の産業オートメーションのことで、ICTを活用した新たなモノづくりのあり方です。
インダストリー4.0のマスカスタマイゼーション、つまり様々なニーズにあわせたカスタム製品を大量生産と同等の生産効率で実現するコンセプトが、課題の解決に繋がると考えられています。
マスカスタマイゼーションの実現には受注状況と生産ラインが自律的に連携し、状況に応じて柔軟に変化し続けることが必要です。そこで製造工程の最適化を、高い次元で実現するスマートファクトリー化への取り組みに世界が注目しています。
生産ラインのデジタル・トランスフォーメーションが特徴であるスマートファクトリーは、製造ラインにおける製造装置やロボットをICTや5GによってIoT化し、全ての工程をつなぎます。IoT化することでクラウドにデータを蓄積し、人工知能や機械学習のアルゴリズムによって分析が可能となります。そして分析結果を現場とバーチャルをシンクロさせながら持続可能で自律化なものづくりプロセスを確立できるというのです。
これまで、技術革新によって自動化が進み大量生産を可能としましたが、これからの時代は大量生産ではなく、多様なニーズに合わせることが重要です。そのためには製造プロセスをスマート化する必要があります。スマートファクトリーは製造業界を大きく変える可能性を秘めているのです。
スマートファクトリー化に欠かせない仕組み「CPS」
スマートファクトリー化を考える上で、ＡＲ（拡張現実）技術や3Dプリンティングなどの破壊的技術を導入で対処することも考えられますが、技術導入だけでは時代のニーズや課題の解決にならないこともあります。それはものづくりのプロセスの真の価値は「人」だからです。
そのことは歴史も語っています。日本の技術力は世界でもトップクラスだといえますが、世界の「製造業の労働生産性」ランキングを見ると、日本は2000年まで1位だったものの年々順位が下降し、2015年には世界14位となっています。
かつての「ものづくり大国ニッポン」とも言われた国が、このような結果となってしまった原因の一つに「匠な技術力をもつ日本人」だからと言えます。
日本のものづくりの技術力の高さの根底にあるのは、熟練職人の製造プロセスにおける「経験」と「勘」です。その熟練職人の「経験」と「勘」を技能継承することはとても難しく、また企業秘密として扱われることも多いため、技術が失われてしまったり進歩が遅れてしまったのです。
また、品質が高く精巧に創り上げる技術力はあっても、トヨタのジャスト・イン・タイムのような最適化された生産システムの構築が難しく、日本企業の99％を占める中小企業が時流に乗れず遅れをとってしまった点から、労働生産性の低下につながったのではないかと考えられます。
そこで労働生産性の解決で注目されているのが、スマートファクトリー化です。スマートファクトリー化をすることで、日本の課題も解決すると考えています。そのためには産業IoTを普及させる必要があり、CPS（サイバーフィジカルシステム）が重要な意味を持つのだそうです。
CPSとは、製造現場で収集された情報をバーチャル環境でシュミレーション分析と検証を行いながら、その結果を製造プロセスに反映させる仕組みのことです。現場とバーチャルが補完しながら課題解決を図る仕組みは、熟練技術者の「経験」や「勘」をデータ化し、製造工程を最も高い次元で最適化するのと同じ意味があります。
従って、技術を駆使する人材が最もパフォーマンスを最適化するために重要なことから、ものづくりのプロセスの真の価値は「人」といえるのではないでしょうか。
またCPSを使うメリットには製造プロセスの可視化や高精度の予見性が挙げられますが、最大の特徴は従来の製造装置をデータネットワーク化することにあります。データの取得と蓄積が可能となり、シュミレーションを行うことで投資効率が上がることが分かってから投資を行えるのは企業にとって大きな意味があるといえるでしょう。
スマートファクトリーで解決できる製造業の課題
スマートファクトリー化することで、製造業における様々な課題を解決することが出来ます。
ものづくりの可視化
製造プロセスは一つの工程だけで成り立っていません、複数の工程や場所など様々な要因がプロセスと密接な関係があります。品質などの課題の発見や、材料等の歩留まりの改善やコスト削減のために、ものづくりの可視化が必要と分かっていても困難でした。
スマートファクトリー化することによって、これまでは経験と勘に頼っていたところをリアルタイムにいつでもどこからでも閲覧と確認ができるようになります。また機械学習のアルゴリズムによって、高精度な予知メンテナンスも可能となることや、AR技術により作業に必要な指示や情報にその場でアクセスできるなど、故障や欠陥による影響を最小限に抑えることもできます。
人材不足や労働時間減少の解消
人口不足による働き手の減少や、働き方改革による労働時間の減少も考えた人材の確保も課題の一つといえます。スマートファクトリー化はデータネットワーク化によって製造プロセスを自律化し労働生産性を飛躍的に向上させることが可能です。また場所を問わず複数のデバイスで閲覧やいつでも誰でも確認が可能となることからテレワークの拡大も実現することや、従業員は付加価値向上のため、持続可能性の追求に専念することが可能となることからも人材確保の解消ができるのではないでしょうか。
またこれまでは実現が不可能であった海外の工場など遠隔地の操作についてもスマートファクトリー化によってリアルタイムでの操作が可能となります。データネットワークはもとより、新しい通信技術の5Gの登場によって、「超高速・大容量」「超低遅延・高信頼」「多数同時接続」が可能となるからです。
つくり方改革を行うことは、人口減少や労働時間の減少の課題を解決し労働生産性の向上にも繋がるだけでなく、日常的な課題を解決しながら明日へのイノベーションの基盤を築くことを実現していきます。
熟練者の技術継承
高齢化や跡継ぎ問題など熟練者の技術継承が深刻化していますが、製造プロセスにおいても熟練者の「経験」や「勘」の継承が課題となっていました。経験や勘といったものを数値化ができず、各プロセスで様々な要因によって影響を受けた場合に経験や勘に頼るしかなかったからです。スマートファクトリー化をすることで、様々な要因の変動を見据えた「事前最適化」が可能となります。現場のリアルタイムなデータをアルゴリズムで分析し、現場とシュミレーションのギャップを埋めるデータを蓄積していくことで、経験と勘に頼らずとも成果を生み、見える化によって持続可能の実現ができます。
スマートファクトリー普及の課題
スマートファクトリー化が産業界にとって、大きな変革をもたらすことはこれまで述べた通りですが、スマートファクトリーの普及に課題が無いわけではありません。データをネットワーク化するということは、サイバーセキュリティが重要になります。万が一サイバー攻撃を受けてしまうと、コントロールが効かなくなる可能性もあるからです。
他にも従来の製造装置にCPSを導入する際の課題として、従来の製造装置がネットワークに繋ぐことを考えて設計していないことが挙げられます。また一つの製造ラインのなかにもメーカーが異なった装置を使っていることが多く、インターフェースもまちまちでどの様にしてデータネットワークに結ぶのかは難問と言えるでしょう。
仮に接続が可能になったとしても取得するデータはどのようなものが必要なのか、KPIを考えたデータの活用方法のノウハウも無いため、構築に時間がかかることが想定されます。
とはいえ、これらの課題をクリアすることが出来れば、その知的財産は輸出産業にもなりえます。
スマートファクトリーにおける世界からの日本への期待は大きいと思います。自動車やバイクは品質が高く、世界でトップクラスの技術力があるからです。その高い技術ノウハウをつかって最適化された製造プロセスを輸出することができれば、それ自体が産業となり得ます。
その鍵となるのが政府と日経連が一丸となっているSociety5.0にあると思います。Society5.0が日本を解き放ち「強みを活かし、課題を機会に変える」。Society5.0の破壊的イノベーションによってスマートファクトリーの課題も解決するやもしれません。
まとめ
近年のデジタル革命によってスマートシティやスマートモビリティ、スマートグリッド、スマート農業などあらゆる場面でスマート〇〇のコンセプトを目にするようになりました。いずれのコンセプトも相互に補完しながら社会課題を解決しようとしています。
今後の私たちの生活は持続可能な社会を目指し、絶えず変化していきそうです。日本の国難と言える超少子高齢化以外にも世界では貧困や飢餓など課題が山積しています。社会課題を解決するうえで持続可能性（サステナビリティ）が重要です。当サイトではSDGsなどのサステナビリティについての関連記事がありますので、あわせてお読みいただければ嬉しいです。