スマートファクトリーとは？メリット・デメリットや導入方法を簡単に解説
スマートファクトリーは製造業を主軸とするさまざまな国で推進されています。もちろん日本も例外ではありません。どのようなものなのかを理解しておくことで、生産性の向上や属人性の解消などにつながるでしょう。
本記事では「スマートファクトリーとは何か」を説明し、メリット・デメリットや導入方法を簡単に解説します。
目次：
スマートファクトリーとは？メリット・デメリットや導入方法を簡単に解説
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スマートファクトリーとは、AIやIoT技術を駆使して、工場内の設備やシステムを最適化し、生産効率の向上や品質の改善を目指す工場のことです。具体的には、工場内の各種センサーや機器をネットワークでつなげ、リアルタイムでデータを収集・分析して、生産活動を最適化します。
スマートファクトリーの中核的な概念は、ドイツ政府が発表した「インダストリー4.0」に基づいています。インダストリー4.0とは、製造業のデジタル化を推進するドイツの国家戦略であり、第4次産業革命を指す広い意味を持ちます。
ここではスマートファクトリーが注目される背景と、経済産業省が定めるスマートファクトリー化のロードマップを紹介します。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の広がりは、ドイツ政府が国を挙げて進めたプロジェクトである「インダストリー4.0（第4次産業革命）」が背景にあります。インダストリー4.0は製造業におけるデジタル化を推進し、生産性向上や競争力強化を目指したものです。
また、日本においても、経済産業省が「スマートファクトリーロードマップ」を策定し、製造現場でのデジタル化を推奨しています。詳しくは後述します。
経済産業省が定めるスマートファクトリー化のロードマップ
経済産業省が定める「スマートファクトリーロードマップ」とは、IoTやAI、ビッグデータ、ロボティクスなどの最新技術を活用して、製造業のスマート化を推進する指針となるものです。
スマートファクトリーロードマップでは、スマートファクトリー化の目的を次の7つに分類しています。- 品質向上
- コスト削減
- 生産性の向上
- 製品化・量産化の期間短縮
- 人材不足・育成への対応
- 新たな付加価値の提供・提供価値の向上
- その他（リスク管理の強化）
参考：経済産業省中部経済産業局｜「ものづくりスマート化ロードマップ調査」調査報告書
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化にはさまざまなメリットがあります。ここでは5つのメリットを紹介します。
生産ラインや作業工程の可視化
スマートファクトリーはさまざまなデジタル技術を活用して、作業にまつわる情報をデータ化し、収集・分析します。具体的には、ウェアラブルデバイスやセンサー、ネットワークカメラなどを用いて、作業者の動きや設備の稼働状況、生産ラインの進捗状況などをリアルタイムに把握できます。
さらに、生産管理システムや情報の入力を簡易化するシステムを導入することで、データを効率的に収集・分析し、可視化することが可能です。例えば、ダッシュボード上に生産状況をリアルタイムに表示したり、ボトルネックとなっている工程を特定したりすることができます。
属人性の解消
スマートファクトリーでは、ウェアラブルデバイスやセンサーなどを活用し、作業者がどのようなポイントで判断・作業しているのかといった情報をデータとして取得できるようになります。これらのデータを分析することで、熟練工のノウハウを可視化し、経験の浅い作業者でも同じレベルの作業を行えるようになるでしょう。
さらに、AIやロボットによる自動化を進めることで、人による作業のばらつきを減らし、品質の安定化を図ることも可能です。製品の品質向上だけでなく、人為的なミスによる事故や不良品の発生も抑制できるでしょう。作業効率や経営資源の最適化
スマートファクトリーはセンサーやIoTデバイスから収集したデータを分析し、設備の稼働状況や生産状況をリアルタイムに把握できるようになります。この情報を基に、人員配置や資材調達、生産計画などを最適化することで、無駄を省き、生産効率を向上させることができるでしょう。
さらに、人間の判断だけでなく、AIやIoT技術のサポートがあることで、これまでには見えていなかった改善点が発見され、より収益性が高くリスクの低い経営に繋がります。例えば、AIが過去のデータや市場トレンドを分析し、需要予測を行うことで、過剰生産や在庫不足を防ぎ、適切な生産量を計画することができるでしょう。設備投資のシミュレーション
スマートファクトリーでは、デジタルツインと呼ばれる仮想空間上に工場を再現し、設備の配置や稼働状況をシミュレーションできるようになります。設備投資を行う前に、生産効率や品質への影響を事前に検証し、最適な計画を立てることもできます。また、導入後のトラブルやリスクを事前に把握し、対策を講じることも可能です。
例えば、新しく製造ラインを増やす場合、デジタルツイン上でシミュレーションを行うことで、想定される生産量や稼働量などを予測することができます。また、需要予測に基づいて、適切なタイミングでヒト・モノ・カネといった資源を配分することも可能になります。他工場との連携
スマートファクトリーは、ネットワークを通じて他の工場と連携できるようになります。生産状況や在庫状況をリアルタイムで把握し、需要変動に対応した生産調整や部品の融通などが可能になります。
さらに、各工場が持つ固有の技術やノウハウを共有し、組み合わせることで、より効率的な生産体制を構築することができます。例えば、ある工場で発生した問題に対して、他の工場が持つ解決策を共有することで、迅速な対応が可能になるでしょう。スマートファクトリーのデメリット
スマートファクトリーにはデメリットもあります。ここでは2つのデメリットを紹介します。
高価な導入コスト
スマートファクトリーの導入には、IoTセンサーやロボット、ネットワークインフラなど、多岐にわたる設備投資が必要です。初期投資額が大きくなるため、特に中小企業にとっては導入のハードルが高いというデメリットがあります。
ドイツでは導入コストのデメリットを解消するために、政府がスマートファクトリー化を国家プロジェクトとして掲げ積極的に関与しています。具体的には、補助金制度や税制優遇措置などを設け、企業の導入を支援しています。
日本においても、経済産業省が中心となり、スマートファクトリー化を推進するためのさまざまな支援策を講じています。例えば、「ものづくり補助金」や「IT導入補助金」などの補助金制度を活用すれば、導入コストの一部を補助することが可能です。メンテナンスとリソースの確保
IT技術によって高性能化が進んでも、機械は人の手によるメンテナンスが必要不可欠です。異なる設備ごとに、メンテナンスマニュアルの構築や作業員の教育といったコストがかかる点も考慮しなければなりません。
また、システムのアップデートやセキュリティー対策など、継続的なメンテナンスも必要となります。システムが複雑化するほど、メンテナンスの難易度も上がり、専門的な知識やスキルを持つ人材の確保がさらに重要になるでしょう。
スマートファクトリーを導入する流れ
ここではスマートファクトリーを導入する流れを説明します。
自社の現状の把握
最初のステップは、自社の現状を正確に把握することです。具体的には、生産ラインの稼働状況や作業工程の進捗状況、設備の稼働率、品質データなどを収集・分析し、ボトルネックを特定します。
さらに、達成したい目標と背景にある課題を明確にすることが重要です。目標と課題を明確にすることで、導入するツールやシステムの選定に役立ちます。例えば、人手不足が課題であれば自動化に重点を置いたシステムを、品質問題が課題であれば品質管理システムを導入するといったように、自社のニーズに合ったソリューションを選ぶことができます。
目標の達成と課題解決のツール選定
スマートファクトリーの目的と課題が明確になったら、達成するためのツールを選ぶことが次のステップです。ツールは多岐にわたり、生産管理システム、IoTセンサー、ロボット、AI分析ツールなどさまざまな種類があります。
機能や特徴を比較検討し、自社のニーズに合ったものを選びましょう。どのツールを選ぶか迷った場合は、外部の専門企業に相談するのが有効です。専門企業のアドバイスを受けることで、自社に最適なツールを見つけやすくなります。人材と予算の確保
スマートファクトリーを推進するためには、システムの運用やデータ分析を行うための専門人材が必要です。社内に適切な人材がいない場合は、外部からの人材調達や、既存の従業員に対する教育訓練を行う必要があります。特に、現場でノウハウを持っている人材を中心に体制を作り、現場への浸透を図ることが重要です。
初期費用だけでなく、運用・保守費用、人材育成費用など、長期的な視点での予算確保が重要です。導入するツールやシステムの種類、規模によって費用は大きく異なりますが、一般的に多額の投資が必要になります。そのため、導入前に費用対効果を明確にすることが大切です。ツールの導入と運用
選定したツールを実際に導入し、運用を開始します。ただし、最初からすべてのツールを導入したり、全社的に展開したりするのではなく、スモールスタートで始めることが大切です。
導入初期は操作方法やデータ分析の方法などを習得する必要があるため、従業員への教育やトレーニングも並行して行いましょう。また、導入したツールが正常に動作しているか、期待通りの効果が出ているかを定期的に確認し、必要に応じて調整することも重要です。スマートファクトリーを実現する際の課題
スマートファクトリーを実現する際には、さまざまな課題があります。実際に導入する前に、次のような課題があることを把握しておきましょう
十分なネットワーク容量の確保
スマートファクトリーの円滑な運用には、十分なネットワーク容量が不可欠です。容量が不足すると、通信速度の低下やデータの遅延が発生し、生産管理システムや分析ツールのパフォーマンス低下に繋がります。
そのため、IoTデバイスの増加や高解像度カメラの導入など、将来的なデータ量の増加を見据えたネットワーク設計が求められます。Wi-Fi6や5Gなどの最新技術の活用も有効な手段です。人材の確保や育成
スマートファクトリーはIoTやAIなどの最新技術を活用するため、デジタル技術に関する深い知識を持ち、導入プロジェクトをリードできる人材が必要です。しかし、製造現場の知識と情報技術の両方に精通した人材は非常に不足しており、確保が困難な状況です。
また、既存の従業員も新しい技術に対応できるよう、継続的な教育や研修が必要です。人材育成が不十分だと、システムの導入効果が十分に発揮されなかったり、トラブル発生時に対応が遅れたりする可能性があります。セキュリティーの強化
スマートファクトリーは生産設備やロボットなど、従来はネットワークに接続されていなかった工場内の機器がインターネットに繋がるため、新たなリスクが発生します。
特に工場はサイバーセキュリティー対策が手薄になりがちであり、近年ではIoT機器を狙ったサイバー攻撃が急増しています。実際に、総務省によると、2022年（令和4年）に観測したサイバー攻撃はIoT機器（特にDVR/NVR）を狙ったものが最も多かったという結果が示されています。
具体的なセキュリティー対策としては、ファイアウォールやウイルス対策ソフトの導入、データの暗号化などが挙げられます。また、ネットワークへのアクセス制御や監視体制の強化、従業員へのセキュリティー教育なども重要です。
スマートファクトリーの実現ならシュナイダーエレクトリック
スマートファクトリーには、いわゆるファクトリーオートメーションの実現や属人性の解消などさまざまなメリットがあります。特に、日本は超高齢化社会を迎え、労働人口が著しく減少していることから、工場の自動化や生産性の向上、属人性の解消が早急に求められています。
ただ、スマートファクトリー化はネットワーク容量の確保や人材の育成などさまざまな課題をクリアしなければなりません。直面している課題を解決しない限り、スマートファクトリー化はどんどん遅くなってしまうでしょう。
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