スマートファクトリーとは何か？実現のメリット・課題を解説
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働き方改革やIT技術の発展により、機械と基幹システムや製造管理システムがネットワークでつながり、経営全体を最適化させた「スマートファクトリー」に注目が集まっています。
製造業においてスマートファクトリーを実現し、できる限り自動化することには大きなメリットがあります。その一方、実現にあたって課題も多いのが現状です。
この記事ではスマートファクトリーとはそもそも何か、経済産業省が導入を進めている目的、スマートファクトリーのメリットや課題なども解説します。
スマートファクトリーとは？
「スマートファクトリー」とは、最先端のデジタル技術を駆使した先進的な生産工場を指す概念です。
AIやIoT（Internet of Things）、ビッグデータ解析などの最新テクノロジーを活用し、製造システムをネットワークでつなげて業務管理を行うことで、経営全体の最適化、収益性の向上と環境に配慮した生産体制を確立することを目的としています。
データの収集と活用をすることでプロセス全体を見直し、工場の状況が可視化できるので、最適な業務フローを自動的に分析して現場で活用できるのが大きな特徴です。
現場の状況が可視化されるので、各製品がいつ製造されたか、どこに納品するのかなどの情報を共有でき、クオリティの高い製品を低価格かつ短期間で製造したり、継続的に工場の生産性を改善したりすることが可能になります。
スマートファクトリーが注目される理由
今、AIやIoTなどの活用による技術革新「第四次産業革命」と呼ばれる変革が起こりつつあります。世界各国で製造分野の変革を推進する動きが加速しており、その発端となったのは、ドイツ政府が2011年に提唱した国家プロジェクト「インダストリー4.0」です。
「インダストリー4.0」とは、官民一体となって製造業に対する効率化や自動化を促す構想で、主な目的はデジタル技術の活用による製造分野の抜本的な変革です。スマートファクトリーはこの構想を工場に反映し、体現させたものといえるでしょう。
近年、日本国内では少子高齢化に伴い生産年齢人口が減少傾向にあり、製造分野では労働力不足が深刻化しています。
グローバル化によって、人件費コストの低い新興国や発展途上国で生産活動を展開する企業も多く、市場の競争性が国際レベルで激化しているのが現状です。
こうした社会的背景からも、製造業の分野ではデジタル技術の戦略的活用による経営改革が求められており、製造業DXの実現が重要な経営課題となっています。
日本の経済産業省もその流れを受けて2017年に、データを介して、機械、技術、人など様々なものがつながることで、新たな付加価値創出と社会課題の解決を目指す産業のあり方「コネクテッド・インダストリーズ（Connected Industries）」を発表しています。
それを受けてスマートファクトリーを実現させる動きが急速に進んでおり、すでにいくつかの成功事例もあります。
人材不足の解消、全ての作業の自動化、作業の効率化など製造業にとってさまざまなメリットが期待でき、その効果を目指して、今後もスマートファクトリーの注目度は高まっていくと考えられます。
スマートファクトリーのメリット
スマートファクトリーの特徴は、最新技術を活用したデータ分析にあります。実際にどのようなメリットがあるのか、具体的に紹介していきます。
あらゆる製造工程の可視化
大きなメリットの一つが、すべての製造工程が可視化できるようになることです。
工場の機械と、基幹システムや製造管理システムがネットワークでつながると、生産ラインや作業工程、それに関わるスタッフや設備、材料、機械の稼働状況のデータや製造実績がリアルタイムで反映され、システム上にデータ化されます。
可視化されたデータは随時更新され、どこからでも確認ができ、管理者は外出先でも工場全体の状況を把握することが可能になります。
現場の状況が可視化されることで、迅速に適切な判断ができるようになり、製造ラインを止めることなく稼働し続けられます。生産状況の変化にも臨機応変に対応でき、より低コストで高品質な製品の開発も実現できます。
材料・設備の最適化
スマートファクトリーでは、材料投資・設備管理を最適化することで、データに基づいた在庫の管理やあらゆる作業の自動化、AIによる空調設備の調整などが可能になります。
IoTによるデータ共有によって、製造ラインの動向や機器の稼働状況をリアルタイムで可視化できるため、データに基づき、工場の作業工程の最適化や材料や在庫の管理の自動化なども期待できます。
作業工程の改善や在庫管理の合理化ができれば、組織全体の生産性アップにも非常に効果的だと考えられます。
省エネ・省コスト
データを元にした未来予測シミュレーションにより、余分なコストが削減できることもスマートファクトリーの利点です。
例えば、新たに製造ラインを増設する場合の想定生産量や稼働量などの予測をAIが自動的に算出してくれれば、設備投資に対するリターンを計算しやすくなります。
市場の需要が増える時期などの予測ができれば、大量に生産しても在庫が余る心配がなく、適切なタイミングで人材や材料などを配分することが可能です。
機械学習とビッグデータ解析の活用により、不良品が発生する条件や確率を予測できれば、原材料の仕入れや廃棄にかかるコストの削減も可能になります。
また、製造分野は温室効果ガスの排出量が多く、カーボンニュートラルの実現に向けた取り組みが重要視されていますが、スマートファクトリーは再生可能エネルギーや環境配慮技術などを駆使して二酸化炭素排出量を低減し、省エネルギー化と企業価値創出も実現できます。
人材不足の解消
少子高齢化が進む中、技術者の継承問題や人手不足も深刻な課題となっていますが、スマートファクトリーのデジタル技術を活用すれば、このような問題も解決しやすくなります。
スマートファクトリーでは、作業者がどのようなポイントで判断・作業を行っているのかなどをデータとして取得し、AIなどの技術を使って分析することを目指しています。
例えば、熟練の技術者の動作を記録したデータと、機械に取り付けたIoTから取得したデータなどをもとに作業に関わる情報を体系化することで、経験の浅い技術者の育成に役立てることや、機械のプロセス自体に技術を組み込むことが可能です。
作業者の経験・知識・勘などに頼ることなく、経験の浅い技術者でもスムーズな技術承継が可能になり、製品のクオリティを保ちつつ新しい人材を活用しやすくなります。
スマートファクトリー実現への課題
さまざまなメリットがあるスマートファクトリーですが、その実現のためには課題もあります。
中でも重要な懸念事項となるものとして、次の2つが挙げられます。
データの収集・分析・活用
スマートファクトリーには、まずデータの収集が必要になりますが、適切な方法でなければ必要なデータを集めることができません。「どのようなデータを収集して、どのように活用したいのか」という目的をはっきりさせておく必要があります。
また、データはあくまで記録にしかすぎません。有効に分析・活用するためには、システムや仕組みなどに関してある程度のノウハウを持っていることが不可欠です。
一定のITに関する知識のある人材を確保する、しっかりとしたサポート体制のあるシステムを選ぶなどの判断が必要になります。
セキュリティ
スマートファクトリーは、工場内の全ての設備や機器がインターネット環境と接続されるため、不正アクセスに対するセキュリティ対策が重要です。
製造業では新設の工場であっても、既設工場から旧型の機器・装置を移設して利用するケースが多くありますが、旧型の生産設備はインターネット接続を前提としておらず、ネットワークセキュリティの不備やプログラムの脆弱性が問題視されることが多くあります。
セキュリティ対策が万全でなければ、あらゆるデータが破壊されるリスクもあります。いかにして強固なセキュリティ体制を確立するかが大きな課題です。
まとめ
- 「スマートファクトリー」とは、最先端のデジタル技術を駆使した先進的な生産工場を指す概念
- 世界的に起こりつつある「第四次産業革命」の流れの中、日本でもスマートファクトリーの実現を目指す動きが急速に進んでいる
- スマートファクトリーのメリットは、製造工程の可視化、材料・設備の最適化、省エネ・省コストにつながる、人材不足解消の実現などさまざま
- 実現のためには、データを適切に収集・分析・活用するためのノウハウや知識が必要、セキュリティ体制を確立することなどの課題がある
この記事を書いた人
- 代表/ITコーディネーター
- システム開発と製造業のDX推進、製造業の企業価値を高めるプラットフォーム/ファクトリーサーチの運営を中心に、東京と名古屋を拠点に活動しています。
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