スマートファクトリーとは？工場をIoT化するメリットを紹介

IoT技術などを活用した新しい工場の形「スマートファクトリー」。従来の工場が持つさまざまな課題を解決する技術として、近年製造業界で注目が集まっています。

この記事ではスマートファクトリーの意味やメリット、課題について紹介します。

スマートファクトリーとは｜工場のIoT化

スマートファクトリーとは、工場をIoT化することでさまざまなデータを取得・分析できる技術です。しかしIoT化・デジタル化、スマートファクトリーといっても具体的にイメージをすることは難しいでしょう。まずはIoTやスマートファクトリーとは何かを簡単に説明します。

IoTとは？

IoTとは、日本語では「モノのインターネット」と訳され、あらゆるモノがインターネットにつながり、さまざまな情報サービスを受ける考え方です。現代ではパソコンやスマホなどの情報機器以外にもさまざまなデバイスがインターネットにつながり、操作やデータの取得が行われています。

身近な例では、エアコンを外出先から操作したり、スマートウォッチで健康状態をチェックするサービスを利用したりする例があります。さらに、最近では冷蔵庫が買い置きの食材から最適なレシピを提供するなど、IoT化・デジタル化の波によりインターネットでつながる機器はますます増えているのです。

産業分野でも、各機器をネットワークでつなげ、取得したデータを分析する技術の普及が進んでいます。

スマートファクトリーとは？

スマートファクトリーとは、IoT技術を活用して製造機械と基幹システムや製造管理システムなどがネットワークでつながり、詳細なデータを収集・分析できる、つながる工場です。

従来の工場で製造プロセスを改善するには、担当者が現場を視察してデータを収集し、記録されたデータを分析する必要がありました。スマートファクトリーではIoT危機を通じて集めたデータはサーバーなどに自動的に蓄積され、必要なときに使用することができます。さらに、それ等のデータを分析することで工場の見える化を実現します。スマートファクトリーでは、従来人の感覚に頼っていた多くのデータを正確に取得でき、正しいデータに基づいた分析が可能です。これにより、持続発展的な製造プロセスの改善や品質・生産性の向上を維持できるとされています。

スマートファクトリーが実現する5つのメリット

スマートファクトリーは、IoT化・デジタル化によりデータの取得・分析が可能ですが、具体的にどのようなメリットがあるのでしょうか。ここでは、従来の工場に対するスマートファクトリーのメリットを5つ紹介します。

見える化による品質向上

スマートファクトリーは、生産ライン上のすべての機器が基幹システムなどとネットワークで接続されたつながる工場です。各機器や製造中の製品のデータを常時取得することで工場で起こっていることが正確に把握でき、工場の見える化を実現します。

突発的な不良品の発生や機器の故障により品質が不安定になるといったトラブルを速やかに検知することが可能です。また、トラブル発生前後のデータが蓄積されることにより、不良の原因を究明し、原因となる工程を改善することができれば、不良品の発生を減らし、品質を安定化できます。

さらに、生産性の高い作業と低い作業の把握ができるため、ボトルネックとなっている工程を特定し、生産性向上につながる改善策を打ち出すことも可能です。

省エネ・製造ロスの縮減

スマートファクトリーでは、工場内の各機器の稼働状況を常時監視してデータを蓄積しています。工場内で発生している無駄が見える化され、省エネや製造ロスの縮減によりコスト削減が可能です。

工場内のすべての設備の稼働状況が把握できれば、稼働の少ない設備を時間帯により停止したり、稼働状況を平準化してピークカットを行ったりすることで省エネができます。工場で使用している電力をはじめとしたエネルギーは膨大であるため、省エネによるコスト削減は効果的です。

また、各生産ラインの製造能力や出荷状況を分析し、在庫量の最適化、歩留まり率の改善、工場内のロジスティクスの最適化、需要に対する製造量の調整などを効果的に行い、製造ロスを縮減できます。

人手不足の解消

スマートファクトリーでは、製造プロセスを正確にデータ化することにより、AIやロボット製造設備の導入による自動化を効率的に進めることが可能です。また、完全に自動化できない工程でも、作業手順を改善して作業工数を見直したり、人員配置を効率化したりすることで、必要な人員を削減できる可能性もあります。

少子化の進む日本では人手不足が深刻化しており、作業員が確保できないことによって生産が滞ったり、人材確保のために高いコストが必要になったりする状況です。スマートファクトリーの導入により必要な人員を削減できれば、人手不足の状況下でも安定した生産ができます。

故障やトラブルへの対応の効率化

生産設備の故障は生産ラインの停止につながるため、故障を未然に防ぐことは工場の安定操業のために欠かせません。

従来の工場では交換が必要な部品は事前に定めた期間が経過すると交換するなどの方法で故障への予防を行っていました。しかし、スマートファクトリーでは、各生産設備の稼働状況を常時監視しているため、部品の劣化具合や補給が必要な消耗品などのトラブルの原因が見える化され、効率的にメンテナンスを行うことができます。

また、実際に生産設備の故障や不測の原因による生産ラインの停止といったトラブルが発生した場合にもすぐにトラブルを検知し対応をすることが可能です。常時収集しているデータが蓄積されているため、原因の特定もしやすく、再発防止なども効果的かつ速やかに行えます。

ノウハウ継承の実現

人手不足により、これまで培ってきたノウハウの伝承ができず、技術力が低下するという問題が深刻化しています。スマートファクトリーでは、これまでベテランの作業員の経験や勘に頼っていた製造工程を、各種データの分析によりマニュアル化する取り組みが行われています。

例えば、カメラや各種センサーなどを利用してベテラン作業員の動きをデータ化し、AIで分析することで必要なノウハウを抽出し、マニュアル化するといったことが可能となるのです。

マニュアル化が進めば、これまで言葉の問題でOJTによる教育が難しかった外国人労働者や海外工場の現地スタッフに対しても、より効率的に教育を行えるため、人材の確保にも有利になります。

スマートファクトリーの課題

スマートファクトリーには多数のメリットがあり、今後、製造業界のスタンダードとなることが予想されます。

しかし、導入にはメリットだけでなく課題もあります。ここでスマートファクトリーの課題を紹介します。

導入にコストがかかる

設備をIoT化しつながる工場とするためには、各製造設備の更新やセンサーの取り付け、取得したデータの蓄積・分析に必要なコンピュータなどの設備が必要です。また、各設備・機器をネットワークでつなぐための工事も必要となるため、大きなイニシャルコストが発生します。

また、従来の工場にはなかったこれらスマートファクトリー独自の設備も、継続的にメンテナンスを行う必要があるため、ランニングコストも増加します。
スマートファクトリーの導入検討では、コスト削減効果と導入にかかるコストを比較する必要があります。

運用にノウハウが必要

スマートファクトリーでは、各製造設備などから常にデータが収集・蓄積されます。これにより蓄積されるデータは膨大なものとなり、分析のためには専門的なスキルが必要です。

データを運用するノウハウがなければ、せっかく集めたデータも有効に活用することはできません。自社でノウハウがない場合は、データサイエンティストなどの専門家の力も必要となります。担当者を新規に雇用する場合には人件費もかかるため慎重な判断が必要です。

まとめ｜OrbrayのIoT技術

一言でIoT、スマートファクトリーと言っても活用される技術は幅広く、現在も新たな技術の開発が進んでいます。

Orbrayでは、「気づかぬうちに」発電し、今まで電源の確保が難しかった場所に電源供給を行う振動発電技術を用いたIoT製品を開発・提供しています。発電デバイスと様々なセンサ、無線モジュールを組み合わせ、バッテリレス・ワイヤレスで在庫管理や工程進捗管理などのIoTソリューションが実現可能です。また、独自の高出力発電デバイスを活かし、従来提供している特定小電力無線だけでなく、LPWA無線送信や電子ペーパー表示の実現も目処が立ち、後付け設置可能で運用・維持コストの削減の期待が出来るクリーンなエネルギー源の提供を進めています。

Orbrayの振動発電デバイスはこちらから（https://orbray.com/ehiot/）

無電源センサーネットワーク | Orbray株式会社無電源センサーネットワーク/エナジーハーベスタによる無電源でのソリューション https://orbray.com/ehiot/no_power_supply.html

TECHNO-FRONTIER 2024にて、振動発電デバイスを活用したバッテリレスとワイヤレスの組み合わせをご提案いたします。