製造業界の多くは、労働人口の減少による人材不足や技術者の高齢化、働き方改革の推進による労働環境の改善といった課題を抱えています。これらの課題解決に向け、製造業では「スマート工場（スマートファクトリー）」が注目を集めています。
この記事では、スマート工場についての解説と導入メリットや課題について紹介します。
目次
スマート工場とは？
スマート工場（スマートファクトリー）とは、工場内の設備や機器などにネットワークシステムを接続させ、生産プロセスを高度化し生産性向上を図る工場のことです。
機械や設備にインターネットシステムが備わるIoT化やデータ収集・分析、機械学習が可能になるAI（人工知能）は急速に進化し、製造業の現場に活用されています。
スマート工場はこれらのデジタルテクノロジーを駆使して工場の機器や設備システムをつなげ、情報データの収集や生産工程、さらには経営に至るまで全体を通した最適化を目指すものです。
スマート工場という概念は、ドイツ政府による国家プロジェクト「インダストリー4.0」がモデルとなっています。ドイツでは生産性や国際競争力が低下した背景から、解決策としてIoTやAIなどのデジタル技術を製造業に取り入れる「インダストリー4.0」が2011年に提唱されました。
現在ではさまざまな国に広まり、日本の製造業でもその概念の普及が進みつつあります。
従来の工場との違い
従来の工場は、生産ラインや製造機器に機械が導入されているものの、人の手を必要とする運用方法が一般的です。
現場に人が常に張りついて、作業やデータ集計などを行う必要があります。人的リソースに頼ったアナログな管理であることが多く、品質を維持したまま生産スピードを上げることは困難であり、非効率的という側面があります。
一方、スマート工場はIoTやAIなどのデジタル技術が活用されています。生産性向上を実現するためのプロセスが効率化されている点が、従来の工場との違いといえます。スマート工場では、正確なデータ集計による情報の把握と課題の抽出、改善に向けた取り組みが可能です。
DXとの違い
DX（デジタルトランスフォーメーション）とは、ITやデジタル技術を活用して企業のビジネスモデルを変革する取り組みのことです。ビジネス環境は変化・発展を続けており、企業は次世代で勝ち残るため、企業価値や競争力を高める必要があります。
DX推進の取り組みは、日本企業が市場で優位性を保ち続けるためにも重要な課題となっています。
スマート工場も設備機器や工作機械にITやデジタル技術を活用し、生産性の向上を図る工場のことであるため、DXはスマート工場を実現するためのひとつの手段であると捉えられます。スマート工場を実現するにはDXが欠かせない取り組みであり、第一歩といえるでしょう。
スマート工場を導入するメリット
スマート化されていない従来の工場は多くの課題を抱えており、今後さらに深刻化が予想されます。スマート工場化は多くのメリットがあり、問題解決の手段となるでしょう。
製品品質の保証につながる
生産における製品品質のチェックは、重要な工程です。品質チェックを人の手で行っている場合は、検査するために知識や経験、スキルが求められます。そのため人材育成を行わなければならず、ヒューマンエラーのリスクを伴う懸念もあります。
スマート工場の取り組み例として、生産ラインに画像認識技術を用いたカメラを導入することで不良品を検知することが可能です。
AIに画像データを読み込ませ学習させることで、AIがパターンを読み取って不良品を検出し、この働きを繰り返すことで精度がさらに向上します。不良品を発生させるパターンも特定できるため、原因分析にも役立ち不良品を未然に防ぐ働きもしてくれます。
スマート工場が実現することで品質チェックの性能が向上し、不良品を防ぐ働きもしてくれることから製品の品質保証につながるでしょう。
人材不足の解消につながる
スマート工場による機器や設備の自動化によって省人化を図れるため、人材不足の問題を解決できる点が大きなメリットです。高齢化社会による労働人口不足は今後ますます深刻化が予想されており、生産性が上がらない、若手に技術を継承できないという問題が懸念されています。
これらの問題を解消するため、スマート工場の導入が有効的であると期待されているのです。IoTやAIの活用は、作業負担の低減や生産性を向上できることはもちろん、ものづくりの技術を継承し人材育成の役割も担います。
ベテラン技術者の技術を学習してデータベースに膨大な情報を蓄積していくため、若手技術者のスキルの分析や製品品質の判定にも活用できるようになります。スマート工場はさまざまな面から、人材不足の解消につながるメリットがあります。
働き方改革の推進につながる
スマート工場は、企業が取り組まなければならない働き方改革の推進にもつながります。働き方改革の実現に向けて2018年に「働き方改革関連法案」が成立し、2019年4月から順次施行されています。
働き方改革の推進に伴い、企業は生産性向上のためのイノベーションや多様な働き方を選択できるような環境や仕組みづくりが求められています。具体的には、「時間外労働の上限規制」、「有給休暇の取得義務」、「待遇差の是正」などの課題に取り組まなければなりません。
スマート工場を導入することで、これまで残業や休日出勤でまかなっていた作業を軽減でき、プライベートの充実や働くモチベーション維持にもつながります。
また、生産工程をカメラで監視するシステムを導入することで現場にいなくても生産ラインをチェックできるため、テレワークなどの働き方にも対応できます。スマート工場の導入は、働き方改革の推進にも有効な取り組みといえるでしょう。
コスト削減につながる
スマート工場が実現できれば、コスト削減につながります。設備や人の稼働が効率化され、省人化に伴い人件費を削減でき、機械に生産ラインを任せることで作業者はより高度な仕事に専念できるようになります。
そのほか、「不良品の発生を低減させ、材料費や廃棄コストを削減する」、「従来と同じ生産量を短時間で生産できるため、燃料コストも削減できる」といったコスト削減にもつながります。スマート工場の実現により相乗効果が生まれ、さまざまなコストカットが可能になります。
設備の故障を未然に防止できる
工場の生産性を高めるうえで、設備の故障を予知して未然に防ぐ「予知保全」が注目されています。「予知保全」は、工場内の設備や機器が最適に稼働できるように管理し、故障トラブルなどの予測や異常を検出します。
従来は、機械メーカーなどがメンテナンスや部品の交換時期について余裕を持って決めておく「予防保全」が基本でした。しかし、点検前に故障するリスクや必要のない部品も交換しなければならないといったデメリットがありました。
AIやIoT技術を活用したスマート工場化に伴い、機器や設備のデータの収集と分析をして、故障が発生する直前のタイミングで保全が行えるようになります。また、故障による急な稼働停止を防ぎ、安定的な生産ラインが実現できるでしょう。人による点検作業の工数や、部品交換のコストの削減にもつながるメリットもあります。
スマート工場を導入するうえでの課題
スマート工場は、メリットが多い一方で導入する際に課題が生じることもあります。
セキュリティ強化が必要となる
スマート工場を導入・運営するには、セキュリティ強化は重要な対策です。スマート工場の設備や機器は、ネットワークシステムの構築が必要となり膨大なデータ量を取り扱います。企業にとって重要な機密情報や顧客データなどが含まれているため、サイバー攻撃などにより機密情報が盗まれたりサーバーが停止したりといったトラブルも考えられます。
また、従業員による故意、過失による情報漏洩もひとつの原因です。万が一これらのトラブルが発生すれば、企業は信頼を失い大きな損害が出ることになります。
そのため、情報セキュリティに高度な知識と技術を持った人材を配置し、従業員への情報セキュリティ教育や社内の情報管理ルールの徹底などが対策として必要です。
デジタル人材の確保が必要となる
スマート工場を導入するために、デジタル人材の確保が課題です。工場内の機器や設備にIoT技術やAIなどを取り入れるため、専門的で高度な知識が求められます。
このようなデジタル人材は社内教育での育成は難しく、人材不足という問題によりデジタル人材の確保そのものが困難となる可能性があります。そのため、ITベンダーなど第三者の活用も視野に入れながら、スマート工場の導入を進めていく必要があります。
導入後の活用促進を図る必要がある
スマート工場に必要なAIやIoT技術の導入は、さまざまな問題を解決するための手段です。そのため、導入して目的が達成されるわけではなく、導入後の活用促進が行われなければ効果は得られません。
スマート工場での業務プロセスを定着させ、継続的に取り組むことが重要です。社内の各部門との調整や従業員のトレーニングなどに労力をかける必要もあり、社内プロジェクトとして推進を図るなど、体制を整える対策が必要となるでしょう。
莫大な設備投資費用を確保する必要がある
スマート工場を導入するために、設備投資費用を確保しなければならない点も課題です。AIやIoT技術を取り入れた機器や設備、データ蓄積のためのサーバーやクラウド、人材の育成や確保などにかかるコストは大きく、導入資金の確保が困難となるケースも考えられます。
スマート工場の導入は大規模に進めるのではなく、段階的にスマート化を図ることが一般的です。小規模な導入と検証を繰り返す方法を採用すれば、リスクも最小限に抑えられるでしょう。また、スマート工場への投資は国や自治体の補助を受けられるケースもあるため、情報を調べておくこともおすすめします。
スマート工場を成功させるためのSTEP
ここからはスマート工場を成功に導けるように、以下3つのステップを紹介します。
【STEP1】工場の現状を把握しデータ化する
まずは、工場内の現状を把握することからスタートさせましょう。従来の工場では、データ収集は目で見てメモをするといったアナログ手法が基本でしたが、データ収集をデジタル化することがスマート工場の第一歩です。
人の労力を使わずリアルタイムに必要なデータを収集・蓄積し、情報をもとに現状の課題抽出やスマート工場を構築する目標設定などを行います。
【STEP2】データを活用し生産体制の制御を行う
データの可視化と分析ができれば、受注量が多い時期やメンテナンス時期などを予測できます。その結果をもとに設備や機械、人に対する生産体制の標準的なモデルやパターンを作り出せます。
設備の動作を調整したり工程を見直したりしながら、生産体制の制御を行い最適化につなげていきます。
【STEP3】生産ラインの自動化につなげる
IoTやAIの活用による生産ラインの自動化につなげることが、スマート工場の最終的な形態です。
人の手を介さず設備や機器によってさまざまな判断ができ、生産計画や設備投資計画、経営戦略にも役立てられるように構築することで、効果的なスマート工場を実現できるでしょう。
まとめ
スマート工場はIoTやAIなどを活用して生産プロセスを高度化し、効率的な業務を行う工場です。企業が安定的に経営を維持し市場で勝ち残るためにも、スマート工場の導入は欠かせない取り組みといえます。しかし、導入を進めるうえでの課題もあるため、しっかりと対策しながら段階的に進めていくことが重要です。
セーフィーではクラウドカメラを提供しており、さまざまな業界の課題解決をサポートしています。工場内にクラウドカメラを導入することで、製品の品質チェックや作業のようすなどもモニタリングでき、トラブルがあれば映像をさかのぼって正確かつ迅速に原因究明が行えます。
工場の業務効率化や品質向上が可能となり、製造業界の多くの企業様にも利用されている実績があります。スマート工場をご検討の際は、ぜひセーフィーまでお気軽にお問い合わせください。
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