製造業の将来を担うスマートファクトリーとは？要素と推進の手順もご紹介

製造業に携わっている方であれば、最近「スマートファクトリー」という言葉を1度は耳にした経験があるかもしれません。その上で、「新しい工場のスタイルであるとは分かるが、具体的には何ができる工場なのだろう？」と、疑問をお持ちの方もいるのではないでしょうか。

この記事では、スマートファクトリーの概要や求められる社会的背景をご説明し、自社工場をスマートファクトリー化する際の具体的な手順や、成功のために注意したいポイントもご紹介します。

スマートファクトリーとはどんな工場か

ここではスマートファクトリーの定義や概要、国内におけるスマートファクトリー化の現状をご紹介します。

ポイントはデジタル技術の活用

スマートファクトリーとは「先進技術を用いて生産・物流業務の効率化を図っている工場」を指しています。これらの工場では、IoTやAIなどのデジタルを取り入れて作業の一部を自動化しながら、データを集積して活用・分析し、製造工程の改善やさらなる業務効率化を図っています。

スマートファクトリーが注目されたきっかけとして、ドイツが政府をあげて推進を図った製造業における革新プロジェクトがあります。「インダストリー4.0（第4次産業革命）」と呼ばれるこの取り組みが注目を集め、スマートファクトリーの考え方が世界的に広まりました。

日本におけるスマートファクトリー化の現状

日本国内では、生産拠点のスマートファクトリー化がどれほど進んでいるのでしょうか。

経済産業省の「2022年版ものづくり白書」によると、ものづくりの工程・活動にデジタル技術を「活用している」と回答した企業は67.2％で、「活用していない」または「該当する工程・活動がない」との回答31.1％を大きく上回りました。

デジタル技術を活用している企業に導入の効果を聞いたところ、最も多かった回答は「生産性の向上」（55.6％）でした。次いで「開発・リードタイムの削減」（41.5％）、「作業負担の軽減や作業効率の改善」（37.3％）「在庫管理の効率化」（33.9％）などとなっています。

およそ7割の国内企業がデジタル技術の活用を進め、業務を効率化して品質アップや生産性向上を図っているのです。

スマートファクトリー化の五つの要素

スマートファクトリー構築には、 統合管理、製造リソースの管理、工場の実行監視、サプライチェーン制御、品質管理の5つの側面が含まれます。MES、QMS、ERP、SCMなどのシステムの統合と、IoTデバイスのモニタリングデータの収集・蓄積・分析などにより、企業のスマートな製造工場管理プラットフォームを構築し、製造管理のデータ統合利用とDXを実現できます。

1．製造の統合管理

統合管理は、経営計画あるいは販売計画に従って生産活動を全体的に計画し、組織し、統制する総合的な管理活動のことです。具体的な内容は企業によってかなり異なりますが、主に生産計画の立案、組織の管理、製造の統制、原価管理などがあげららます。

２. 製造リソースの管理

これは主に、製造プロセスにおける作業員、作業環境、機械などの設備、生産材料などの関連する生産リソースの管理を指します。

BOMの自動生成、原材料の仕入れ、調達、在庫管理・製造設備の管理・ヒト的リソース管理などを含みます。在庫回転率、回転期間、ROIなどの指標を計算、分析して、製造リソースを確保します。設備の効率は製造リソースに大きな影響を与えるため、設備の点検、リスク管理、予知保全、技術ファイルの4つの側面から実行する必要があります。

Iot、AI技術の導入により、スマートファクトリーは、「見える化」「制御」「自動化」の3つのフェーズで構成されていて、データを連携することにより、遠隔からでも各生産ラインの設備稼働監視ができるようになり、生産体制の最適化が実現できます。

3．製造実行監視

これは、生産計画の実行プロセスのリアルタイム監視と実行結果の管理のことです。MESシステムとBIツールを組み合わせることで、各部署の管理者は、ダイナミクスに生産進捗、稼働状況、計画完成状況などをリモートで把握することができます。 効率的な生産プロセルのフォローアップを実現し、データ抽出と分析モデルを最適化させます。現場での機械の異常によるトラブルを低減し、問題の早期発見、予知保全のデータ基盤を確立し、管理を行うメカニズムです。

工場に設置されたIotセンサーからの設備稼働データ、生産現場の環境データ、デバイス実行パラメーターとステータスデータの収集、可視化し、異常な状況の早期警告を実現します。

また 、BIデータ可視化ツールによって可視化されたデータをさらなる分析結果を基に、効率よく、効果的な意思決定を行うのを支援します。

4．サプライチェーン制御

これには、サプライヤー、工場、物流、顧客の間の「モノ」の流通ルートを制御することを指します。

原材料の受け入れ、製品の製造、品質検査、物流、納品計画に必要なアクティビティーを体系化します。効果的なサプライチェーン一元制御と管理ができれば、生産サイクルにおけるコスト、無駄、時間を最小限に抑えることが可能です。 正確なデータ分析によって、 スマートファクトリー においての適切な生産量の計画や、在庫管理の効率化を実現し、需要に対する供給ネットワークの構造最適化にもつながります。

5.品質管理

製造業において、製品の品質は企業価値に直結する重要な要素です。製造企業にとって、品質管理プロセスの継続的な改善は必須の施策といえます。品質管理には、品質計画、品質検査、品質保証、工程管理、品質改善などの側面があります。

スマートファクトリーでは、生産機器や設備をIoTとつなぎ、稼働監視システムのネットワークと接続することでリアルタイムでの情報管理と進捗管理が可能になります。

また、故障検知などもデジタル化で一元管理され、生産プロセスのあらゆる業務フローが飛躍的に効率化できます。生産性の向上や安定した品質管理を実現することができます。

スマートファクトリーが求められる背景

人手不足の問題への対応

ご存じのように、国内の産業界は少子高齢化にともなう慢性的な人材不足の時代を迎えつつあります。各企業は生産年齢人口の減少に対応すべく、生産性向上によって企業競争力の維持や向上を図らなければなりません。その強い味方となるのが、デジタル技術です。デジタル化による業務の自動化・効率化で生産性を改善し、人手不足問題へ対応することが求められているのです。

各業界のDX化への円滑な対応

人手不足は製造業だけにとどまらず、各業界が直面する問題です。このため、製造業がかかわる物流業や小売業など他業種においても、DXによるデジタル化が進められています。製造業もこの流れへ迅速に対応し、他業種と足並みをそろえて円滑な関係性を維持することが必要となるでしょう。

既存設備の有効活用

工場内の設備は、長期間の継続使用を前提に導入されるものが多く、状況変化に応じてすぐに入れ替えることが難しい場合も少なくありません。実は、既存の設備を長く有効活用するためには、デジタル技術が大きなサポート役となります。IoTやAIにより設備機器の状況を可視化し、不調や故障を未然に防ぐ「予兆保全」で、今ある設備や機器を長期にわたって好調に維持することが望めるでしょう。

スマートファクトリー化のメリット

生産性向上による業務効率化

先にも触れていますが、デジタル技術によって一部業務を自動化できる点がスマートファクトリーの利点です。少数人員でも効率的な稼働を実現し、生産性を高めることと従業員の働きやすさが両立できることも、企業の成長に貢献するでしょう。また、「特定人員の技能に頼らなければ業務が進まない」といった属人化を解消し、業務の標準化を図ることも望めます。

設備や機器の安定稼働を実現

スマートファクトリーへのIoT可視化やAI技術の導入などにより、稼働監視システムを構築し、設備・機器が不調を起こす前に先回り対応が可能となります。設備・機器の維持管理面での利点だけでなく、常時安定した稼働による業務効率化や生産性向上といったメリットも得られるでしょう。

技能熟練度の可視化による技術継承

昨今から将来にかけての人手不足問題は、技術者の技術継承にかかわる重要な課題でもあります。不慣れな技術者も積極活用しなければならないなか、早期かつ確実な技術・技能の継承にデジタル技術が役立てられています。

従来の製造業では、生産設備の保全作業や製品の外観検査において、属人的になる傾向がありました。熟練度の高い技術者だけが習得できていた、微弱な状況変化への対応などをAIが適切に言語化します。その上で、取得した数々のデータの適正な分析によって、熟練技術を可視化。初心者にも分かりやすい形で高い技術を伝えられるようになり、属人化の解消、後継者育成への大きなサポートとなります。

製造に限らず物流面での改革や効率化も行える

スマートファクトリー化がもたらすメリットは、生産業務にとどまりません。工場内では物流関連業務も行われており、それらをデジタル技術によって一部自動化することでロジスティクスの改善も図れます。製造拠点同士がネットワークで連携を図れば、各拠点で見つかった課題を全社的に共有し、集合知による迅速な解決にもつなげられるでしょう。また課題や問題点だけでなく、新たな発見やアイデアもいち早く拠点間で共有することが可能です。

スマートファクトリー化のための主な手順と注意点

これから、自社でのスマートファクトリー化推進を考えている企業も多いと思います。スマートファクトリー化は単なる「技術を導入する」だけではなく「経営改革意識」も必要なのです。

ここでは、スマートファクトリー化成功のための導入手順や注意したいポイントをご紹介します。

スマートファクトリー化の目標意識

まず、なぜ自社工場をスマートファクトリー化したいのか、その目的を明示します。事前に自社が抱えている操業上の課題をピックアップしておき、それらの解決策となる導入目的を割り出しましょう。

主な目的が定まったら、導入作業にかかる期間や運用開始期日などのスケジュールおよび導入の規模など、具体的な目標を決めます。この目標を定める際には、実現可能な範囲をあらかじめ把握し、自分たちが確かに実行できる内容で制定することが重要です。もちろん、見込める効果やかかるコスト面などの予測も必ず踏まえて、現実的な目標設定を行いましょう。

これらの目的や目標の制定に際しては、自社内に専門のプロジェクトを立ち上げるケースも多いでしょう。しかし一部の部署が独断で進めてしまうと、周知が遅れるなどで共通認識の浸透を妨げてしまうおそれもあるため、注意が必要です。経営陣を含む全社単位での取り組みを心がけ、都度周知を図って綿密に情報共有しながら、共通の認識のもとにプロジェクトの進行を図っていきましょう。

小規模でスタートさせ、必要なシステムを段階的に整備する

目的や目標が明確になり、スマートファクトリー化に必要な仕組みが確定したら、次は運用に必要な情報システムの導入を検討します。

スマートファクトリー化をサポートするツールやシステムは数多く選べ、現在では一括導入と早期運用開始が可能なスマートファクトリーソリューションもあります。

いきなり全社的に大規模導入することは推奨できません。正確な展開ステップは：工場の一部分→工場の全体→仕入れ・アフターケアなどの製造の全体へ広げる。

まずは導入や運用が比較的容易な特定部署から試験導入するなど、小規模スタートで始めることがおすすめです。その上で、得られた効果や手応えを都度確認しながら、段階的に拡大導入を進めると良いでしょう。

本格的な運用を図りながら、運用品質向上に努める

試験導入から始めて改善と見直しを繰り返し、本格導入の目処が立ちしだい全社運用を開始します。スマートファクトリーの運用を進めるなかでは、効果や手応えだけではなく問題点も見つかるでしょう。それらに対する解決策を講じ、見直しを図ることも行わなければなりません。

本格運用開始後も、試験導入時から行ってきた短期的なPDCAサイクルを継続し、問題点の見直しや改善を図って運用品質を高めていくことが重要です。このように、PDCAサイクルを適切に回しながら改善と運用拡大に取り組んでいくことで、定めた目的に沿うスマートファクトリー化の実現に近づけます。

スマートファクトリーにおけるIoT情報を可視化するツール

スマートファクトリーでできることの1つに、IoTでデータを集積して業務改善や効率化、ひいては経営や企業競争力の向上につなげる取り組みが挙げられます。集積したビッグデータの分析に役立つのが、データを可視化して活用を容易にする「BI（ビジネスインテリジェンス）ツール」です。

BI・ダッシュボードツールFineReportも、スマートファクトリーにおける業務改善や生産性向上をサポートするツールの1つです。IoTで得たデータを適正に可視化し、ビッグデータ活用による課題解決や生産性向上をサポートします。たとえば製造工程で得られたデータを営業活動やマーケティングに取り入れるなど、生産以外の施策への柔軟な活用も実現可能です。

FineReportはお客様のスマートファクトリー化をサポートし続けています。特にIot活用における経験が豊富で、ざまざまな場面での利用シーン：

「稼働監視」

「予知保全」

稼働状況情報による閾値チェック、各センサー情報の閾値チェック、各センサー情報の平均値・最大値・最小値や、変位の傾き等のトレンドを観察し、過去の数値と乖離があれば異常と診断します。

無負荷、もしくは固定の有負荷での検査運転（固定の運転パターン）を行い、SVM法など複数の診断ロジックを使用して、設備の健全度合い（=「正常領域」からの乖離度合い）を算出して診断を行います。

「製造データ可視化のダッシュボード」

「生産進捗管理」

まとめ

スマートファクトリー化で生産拠点が得られる代表的なメリットとして、作業の自動化などによる業務効率化を挙げる方は多いでしょう。実際に、スマートファクトリー化が生産性向上と従業員のワークライフバランス確保に貢献した事例は数多くあります。

しかし、スマートファクトリーのもう1つの大きなメリットとして、AIやIoTが集積した膨大なデータを分析・可視化できる点も見逃せません。目に見える明快なデータは設備・機器の保全管理から市場活動までのさまざまなシーンで役立ち、企業競争力の維持や強化にもつなげられるでしょう。

生産拠点のスマートファクトリー化に際し、これからIoTに取り組むことをお考えの企業様は、ぜひFineReportをご検討ください。

工場におけるAIやIoTの活用に際してお悩みがあれば、スマートファクトリーを支援するソリューションや各種ツールの導入も検討してはいかがでしょうか。データの分析と可視化に特化したBIツールを取り入れ、生産業務の枠を超えた幅広い企業活動に役立てることもおすすめです。