IoT化した工場「スマート工場」とは？活用事例を解説！

2020年5月14日

「IoTを活用した工場とはどのようなものだろう？」と考えていませんか？

IoTはどんな分野でも活用することができるもので、私たちの生活を様々な方向から支えています。そんな中でも、IoTは工場に応用され、さまざなな生産を最適化しています。IoT化した工場は「スマート工場」と呼ばれ、近年大きな注目を集めています。

この記事では、IoTと工場の関係性がよくわからないという方に向けて、以下の内容を開設しています。

・スマート工場が注目される理由

・スマート工場に必要なもの

・工場のIoT活用事例

・スマート工場の課題

この記事を読んで、IoTで効率化される工場の形を理解しましょう。

スマート工場とは何か

まずはスマート工場とは何かから見ていきましょう。近年製造業の分野で頻出する「スマート工場」とは、生産ラインなどをIoT化してインターネットにつなぎ、生産性の向上や効率化、高い品質管理を実現する工場を指す言葉です。「スマートファクトリー」と呼ばれることもあります。

IoTやAI、そこから取得されるビッグデータを活用し、よりよい品質の製品を製造することで、高い収益モデルを構築することが可能になります。また、製造業分野でも看過できない人手不足の問題の解消にも寄与するでしょう。

「IoT化」とはどういうものなのか

IoT化とは、これまでインターネットとは無縁だった「モノ」にセンサーが搭載され、インターネットを経由してサーバーとやりとりをするようになる、というもの。近年は家電のIoT化などが顕著で、照明がインターネットとつながり、スマートフォンからの操作が可能になったり、状況に合わせたライティングを行うことが可能になっています。

モノがインターネットとつながることで、遠隔からの制御や、データの収集が可能になります。スマート工場も、工場内の様々な機会がインターネットと接続されることで、生産状況の把握や、より効率的な生産を実現するというものです。生産ラインとリアルタイムで連携することで、柔軟な生産と高付加価値のプロダクトを製造することができるようになります。

スマート工場の仕組み

スマート工場を端的に表現すると、「見える化」「制御」「自動化」の仕組みを持った工場であると言えます。

見える化とは、それまでデータとして存在しなかった情報を収集し、数値化すること。IoTは収集されたデータを分析し、活用することを可能にします。スマート工場に搭載されたIoTデバイスは、見えなかったデータを数値として示す役割を持ちます。

工場へのIoT導入によって、電力やガス、水などのエネルギー使用量を可視化することが可能になります。生産性や品質が重要視される工場では、エネルギーを最適に使用することは非常に大切です。IoTは、センサーが搭載された機械を的確に制御することができるので、データを元にした動作を実現できます。

センサーが搭載されたモノを効率的に制御させる役割も持ちます。従来の経験や勘など、定性的に扱われていた動作ではなく、データを元にした効率的な動作が実現できます。

スマート工場では、人工知能などによって、制御自体を全て自動化することができます。システムが自律的に動くため、効率化による生産性の向上はもちろん、人材不足の解消にもつながります。

スマート工場化はどのような課題を解決するのか

工場のIoT化によって、どのような課題を解決することができるのでしょうか。スマート工場の大きな利点は、柔軟性があることです。普通の工場であれば、機械トラブルが発生すると、その都度生産ラインを止めて、対応にあたる必要があります。無人の生産設備であれば、信号灯などで管理者に異常を知らせなければなりません。

しかしこういった方法では、異常発生からのタイムロスや、信号灯の見落としなどによる後工程への影響があります。工場は設備自体が大掛かりであるため、トラブルへの対処が難しいという側面があります。

スマート工場を実現することで、生産プロセスに柔軟性を持たせることができます。まずは、IoTで生産ラインを監視することで、生産の停止を防ぐことができます。従来の点検だけでなく、常時モニタリングすることで、異常発生をリアルタイムで発見することができるのです。

これにより、管理者が即座に対応できるようになり、設備のダウンタイムを最小限に抑えることが可能になります。スマート工場化によって、予期せぬトラブルに柔軟に対応することができるようになるのです。生産における様々な課題に対し、機械的に対応できるので、スタッフへの属人化も減少させることができ、品質の安定にもつながるでしょう。

各国のスマート工場事情

工場のIoT化への取り組みは、海外でも行われています。スマート工場は、産官学共同で進められるドイツのプロジェクト「インダストリー4.0」において端を発しました。製造業が盛んなドイツでは、競合国に対抗する手段として、スマート工場を確立しようと考えているようです。中国の「中国製造2025」、インドの「Make in India」でも同様の施策を打ち出しており、工場のIoT化は世界的な流れとなっていると言えるでしょう。

スマート工場に必要なもの

スマート工場を構成する要素とは何でしょうか。スマート工場に必要なものを見ていきましょう。

モノ

IoTとは、モノのインターネットを指す言葉。データを収集し発信するための端末が必要です。工場のIoTデバイスの場合、生産ラインの機械・設備そのものにセンサーを搭載します。これにより、機械の稼働状況や、気温など、様々なデータを発信することができるのです。

クラウド

IoTデバイスが収集したデータは、ネットワークを経由して、クラウドに集約されます。高度な処理技術を有するクラウドであれば、ビッグデータを円滑に処理することが可能になります。

IoTプラットフォーム

IoTプラットフォームとは、IoTを活用する上で必要な様々な機能を提供するサービスです。デバイスマネジメントやデータの収集、保存、分析を行います。IoTプラットフォームは、様々なIT企業によって開発、提供されています。

AI(人工知能)

IoTとAIを掛け合わせることで、新たな価値を創出することができます。

スマート工場におけるIoTは、生産ラインなどの情報をリアルタイムで取得します。その膨大なデータを解析する役割を担うのがAI、人工知能です。ビッグデータを正しく分析、判断し、制御を最適化するためには、精度の高い人工知能が必要不可欠です。

工場のIoT活用事例

株式会社三友製作所

医療用製品などを製造する茨城県の企業、株式会社三友製作所は、生産設備のIoT化を実施した企業の一つです。まずは工場内の設備はをネットワークにつなぎ、稼働状況を見える化し、遠隔からの確認も可能にしました。これにより、各工場に対して的確な業務の振り分けを行うことが可能になりました。また、これまで認識されていなかった問題点などもデータから明らかになり、改善。結果として25%もの効率化を実現しました。

株式会社土屋合成

文具や自動車部品などのプラスチック成形を行う株式会社土屋合成は、ネットワークの活用で生産性の向上を実現しました。IoTを活用し、成形機械の稼働状況を取得し、一覧表示できる仕組みを構築。さらに工場内に複数のネットワークカメラを設置し、異常を検知できるようにしました。少人数の企業のため、様々な業務に人員を割けないという課題がありましたが、この仕組みにより夜間や休日でも効率的な機械の稼働が可能になりました。

長島鋳物株式会社

マンホール蓋専業メーカーである長島鋳物株式会社は、自社の課題を解決するためのIoTシステムを独自に開発しています。マンホールの製造には、熟練の技術を継承していく必要があります。さらに、マンホール製造には金型の管理作業などに費用と労力がかかり過ぎているという課題がありました。

同社は、ITの知見がある社員が現場のニーズを調べ、必要な機能だけに特化したIoTシステムの開発を行いました。生産設備のデータを管理情報と紐付け、一元管理ができるようになり、注文状況や生産履歴の確認が可能になりました。さらに人の手で行われていた作業の自動化も実現しました。

このシステムを導入した結果、注文から生産の各種情報の入力を自動化することができ、無駄な作業を削減することができました。電気炉の温度設定など危険を伴うため頻繁に行うことができなかった作業も、人の手で行わずに済むようになり、リアルタイムで監視可能となりました。

そして蓄積したデータを分析することで、熟練の技術者しか再現し得なかったことも、再現性を持って行うことができるようになりました。

スマート工場の課題

スマート工場の実現には、様々な課題も残されています。

莫大なコスト

スマート工場の実現が進まない大きな理由は、莫大なコストがかかることです。身の回りのデバイスをIoT化するのであれば比較的容易ですが、工場となるとそう簡単には実現できません。投資効果が測りにくいという面もあり、投資コストを判断できないという課題も残されているのです。

IT人材不足

担当者や現場のスタッフが、IoTやAIなどを使いこなせない・理解できないという点も、課題として残っているでしょう。システムやセキュリティを担当する人員を増やすことで、コストも増えることが懸念されます。そもそも日本のIT技術者全体を見ても、AIやビッグデータに関わる技術者は不足しているという問題があります。IoTの導入には専門知識が必要です。現在のところ、工場の機材など大規模なIoTの導入において、専門知識やスキルがある人が少ないと言えるでしょう。

IoTは製造業の生産性を高める技術！

この記事では以下の内容について解説しました。