製造業に必要なデータ活用法とは？スマートファクトリーを進めよう

製造業における新しい工場の形として注目されているスマートファクトリー。作業の自動化や効率化を実現する仕組みとして期待されているものの、データ化や自動化の取り組みは大きく進んでいないという現状があります。そこでこのコラムでは、スマートファクトリーの概要と導入メリットや成功事例、また導入に向けた課題と解決策を解説します。

スマートファクトリーとは？

スマートファクトリーとは、ITやデジタルデータの活用によって業務プロセスを改革して、品質や生産性の向上を総合的・継続的に実現していく仕組みのことを指します。

スマートファクトリーは、ドイツの国家プロジェクトとして生まれた「インダストリー4.0」をきっかけに注目されました。インダストリー4.0は、AIやIoTなどの最先端技術をともなった「第4次産業革命」とも言われています。このインダストリー4.0の中で提唱されたのが、「サイバーフィジカルシステム」です。

サイバーフィジカルシステムとは、物理的（フィジカル）空間の情報をデジタル化して、デジタル（サイバー）空間で分析して、現実世界のメリットへとフィードバックしていくこと。このようにデジタルとリアルな製造現場を結び付けるサイクルを回して生産性向上を実現するのが、スマートファクトリーです。

日本におけるスマートファクトリーとは、当初、工場内の異常検知機能など一部を自動化することを指していました。ただ最近では、製造ライン全体や、工場全体、会社全体といった単位での業務プロセス改革の必要性が理解され、総合的なスマートファクトリー化が進められています。従来の工場内の部分的な機械化・自動化ではなく、データの収集と活用によって製造プロセス全体を効率化することが、スマートファクトリーのゴールです。

中小企業こそ必要なスマートファクトリー

製造現場で主に課題として挙がっているのは、人材不足や、熟練職人による技術の属人化です。また、社会のデジタル化への対応や若手への技能継承も問題視され、IT化や、デジタルによる情報の共有、生産性向上の必要性を感じる企業は増えています。

経済産業省が公開している「2020年ものづくり白書」によると、国内製造業に対して「データ化・見える化や検査工程の自動化・IT 化に取り組んでいるか」と聞いたところ、「実施している」と答えた企業は11.1％。「可能であれば実施したい」と答えた企業が47.5％で、必要性を感じているものの、実施できていない企業が多いことがわかっています。

「2020年ものづくり白書」では、製造業のデジタル技術活用状況についても触れています。デジタル技術を「すでに活用している」と回答した企業は約半数の49.3%ですが、「未活用」と回答した企業も46.4%半数近くに登ります。また、活用している企業割合は、大企業は60.8％である一方、中小企業は48.5%で、中小企業のほうがデジタル活用が進んでいないことが明らかです。

デジタル技術活用を進める上での課題としては、「デジタル技術導入にかかるノウハウの不足」や「デジタル技術の活用にあたって先導的役割を果たすことのできる人材の不足」、「デジタル技術導入にかかる予算の不足」をあげる企業が多く見られます。大企業に比べて資金力や人員数が劣る中小企業で、特に導入が進んでいないと見込まれます。

また、経済産業省の調査にもあるように、製造業の中でも中小企業ほど技能人材の確保が困難だと実感しています。深刻化する人材難や技能継承の問題を解決するため、中小企業こそ、スマートファクトリーに舵を切る必要があると言えます。

スマートファクトリーのメリット

では、スマートファクトリーは製造業のビジネスにどのような影響を与えるのでしょうか。主なメリットをお伝えします。

生産性の向上

スマートファクトリーがもたらす大きなメリットが、生産性の向上です。経済産業省が、ものづくり企業のスマート化を進めるためのステップとして発表した「スマートファクトリーロードマップ」では、工場のスマート化の目的のひとつとして、「設備・ヒトの稼働率の向上」「ヒトの作業の効率化、作業の削減・負担軽減」「設備の故障に伴う稼動停?の削減」の3つによる生産性向上を掲げています。

稼働データの収集や分析、さらにデータによる設備の制御や最適化を行うことで、機械の適切な稼働計画の設定や、人とロボットの協業の最適化を実現します。また、設備のモニタリングやデータ分析によって、設備の故障発生を制御。予想外の稼働停止を最小限に止めるという効果も見込めます。

コスト削減

コスト削減も、スマートファクトリーのメリットのひとつです。デジタルデータの収集・分析の仕組みによって、設計改善モデルや、適切な稼働計画を構築。材料の使用量や、使用エネルギーの最小化を実現します。また、データ分析による需給予測に基づいて、生産・出荷計画を最適化できます。在庫を削減することで、ムダのない、適切なコストによる製品の製造が実現します。

品質の向上

データの活用・分析によって、製造現場における不良率の低減、品質の安定化・ばらつきの低減、設計品質の向上といった、製品の品質向上が期待できます。人の作業ミスが起こりやすい工程を特定し、設計の変更や適切な教育を行うことで、製品の不良率を削減。また、データ分析によって構築した加工改善モデルを使って、品質のばらつきの最小化や、機械の加工性能の最大化を実現できます。

新たな付加価値の提供

スマートファクトリーは、製造業の新しい不可価値の提供にも寄与します。製品の使用状況や使用環境を分析することで、顧客のニーズを把握。求められるものを実現できる製品やサービスを、新たに企画できます。また、顧客の使用傾向に合わせて製品をカスタマイズしたり、提供可能な加工技術を広げたりといった取り組みで、顧客満足度向上につながる製品・サービスを提供できます。

導入への課題と解決策

ものづくりにおいてさまざまなメリットを生むスマートファクトリー。ただ一方で、スマートファクトリー導入を妨げる課題もあります。主な課題と、その解決策をお伝えします。

データ活用の難しさとIT人材の不足

スマートファクトリーを進めるためには、デジタル技術と製造に関する両方の知識が求められます。そのような知見を持つ人材が企業内にいないことが、スマートファクトリー導入の課題です。

中小企業においては、両方の知見を持つ専任者が決定権や予算を持って、スマートファクトリーを主体的に進めていくことが求められます。専門家である外部企業に、コンサルティングや導入の委託をすることも有効な手段のひとつです。

投資の判断が難しい

スマートファクトリーは、他の設備投資に比べて効果がすぐに分かりにくいという特徴があります。また、品目や生産数の変動が大きい工場においては、スマート化を進める上でシステムの設計の見直しが必要になるケースもあり、投資の判断が難しいことも課題です。

そのためスマートファクトリーは、経営層がその意義を理解し、自ら主導して進めることが重要と言えます。また、資金力が限られた中小企業では、スマート化を着実に進めるため、工場の稼働監視など確実に生産性向上につながる部分的な施策からスモールスタートすることも有効です。

多様な機器間でのネットワーク構築

さまざまな機器間をネットワークでつなぎ、データを収集・活用していく必要があることも、スマートファクトリー導入の課題です。

工場内の設備の選定や通信機器のスペック選びなど、適切なネットワーク構築が難しいという点にも注意しましょう。スマートファクトリーを成功させるためには、まずはどのようなデータを収集してどの業務プロセスに活用するのかという、明確な要件定義を行うことが求められます。

スマートファクトリーの成功事例

次に、自社の規模や事業に合ったスマートファクトリーを進めている企業の成功事例をご紹介します。

手書きの生産管理版をタブレット化して情報を活用

愛知県で自動車や冷熱の部品を製造している株式会社半谷製作所では、従業員の作業効率化や負担軽減を目的に、工場のスマート化を推進。それまで手書きで毎日の実績を記録し、データ入力していた「生産管理板」を、タブレットに置き換えました。

製造実績データがシステムに直接記録され、工場の実績把握や異常検知のスピードが向上。さらに、IoTに対応した設備の導入によって、生産情報や稼働情報の自動収集も実施する予定です。

工作機械にIoTを導入して加工を最適化

愛知県で、自動車や産業用部品の設計・開発や金型製作を行っている久野?属工業株式会社。複雑形状化、大型化に対するニーズが高まる金型部品の品質を確保する研磨加工の精度とスピードアップのため、スマート化に取り組んでいます。

人の熟練技×ロボット×ITの融合を方針に、IT活用を推進。工作機械をネットワークにつなぎ、作業員がスマートフォンで加工状況を監視する仕組みの構築を実施しています。さらに、機械の加工データや稼働実績を照合し分析することで、加工条件の最適化を進めています。

業務の見える化とIT活用で効率化に成功

東京都の株式会社今野製作所は、ジャッキの製造や板金加工を手がける企業。3カ所の拠点の連携強化や、若手へのスキル継承という課題解決のため、2010年からIT化をスタートしました。前提としてまずは不透明だった業務プロセスの見える化を行い、情報共有にITを活用。営業案件管理システムの導入により、ベテランも含めた社員間のスムーズな情報共有やサポートが実現しました。

特注品の売上高が、同じ社員数のまま、2,000万円から9,000万円に増加するなど、業務効率化に成功しました。

ものづくりのスマート化を進めよう！

設備間の連携や、総合的な視点が重視されるスマートファクトリー。ただ工場のスマート化は、必ずしも大規模な改革が必要なわけではなく、中小企業の製造業にも実現可能な取り組みです。少数精鋭の企業ほど、スキルや情報を持つベテランに製造を依存しているケースも見られます。

まずは自社の業務プロセスを見える化し、自動化・IT活用ができるところから一歩ずつスマート化を進めていくことが、生産性向上や人材難という課題解決につながります。