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スマートファクトリーとは？ 意味や目的、メリットを解説

2024.4.19

急激な為替変動や資源価格の高騰、人材不足など外部環境の変化により、製造業にとって厳しい状況が続いています。この状況を打開する方法として注目を集めているのが、スマートファクトリーの実現です。

この記事では、スマートファクトリーの概要や目的、スマートファクトリーに取り組むメリットや実現に向けた流れを解説します。

スマートファクトリーとは

スマートファクトリーとは、工場の設備や基幹システムなどをネットワークで接続することで、生産性や品質の向上や業務プロセスの改善を継続的に行っている工場のことです。

スマートファクトリーの原型は、ドイツ政府が2011年に掲げた「インダストリー4.0」にあると言われています。スマートファクトリーを実現するには、以下の設計原則を理解しておくことが重要です。

• 相互運用性：工場内の設備やシステムが相互に接続され運用されること
• 情報の透明性：取得できるさまざまなデータを蓄積・見える化し、分析すること
• 技術的な補助：人には危険、もしくは難しい業務をデジタル技術でサポートすること
• 分散型決定：それぞれの設備やシステムが、自律的に意思決定を行うこと

インダストリー4.0

インダストリー4.0は第4次産業革命という意味合いを持ち、スマート工場を中心としたエコシステムの構築を目指しています。ドイツ連邦政府が2011年に発表した「2020年に向けたハイテク戦略の実行計画」の一部として提唱されました。

インダストリー4.0は、「相互運用性」「情報の透明性」「技術的な補助」「分散型決定」の4つの設計原則に基づいて推進されており、スマートファクトリーを実現する上で重要な概念となっています。

人間、機械、その他の企業資源が互いに通信することで、製造時期や納品先などのバリューチェーン変革や新たなビジネスモデル構築をもたらすことを目的としています。

スマートファクトリーとIoT・AI

スマートファクトリーを構築するために、さまざまなテクノロジーが活用されています。

• IoT：ネットワークに接続可能なセンサを設備に搭載し、他のWebデバイスとの接続を行う
• クラウド：IoTデバイスで取得した大量のデータを蓄積し、分析を行う
• AI・機械学習：大量のデータ分析を効率化し、人の作業では得られない分析結果を得る
• エッジコンピューティング：データをクラウドに集約せず、データを収集・生成した端末で分析を行う
• サイバーセキュリティ：ネットワークに接続された機器を悪意ある攻撃から守る

IoTやAIをはじめとしたさまざまな技術を組み合わせながら導入することで、スマートファクトリーを実現することが可能です。

スマートファクトリーが注目を集める理由

「2023年版ものづくり白書」では、製造業を取り巻く環境の変化として予測困難な事象の発生や脱炭素、人権保護の実現などが挙げられています。また、エネルギー価格や原材料価格の高騰、人材確保・育成の必要性が大きな課題とされています。

これらの課題を解決するために、サプライチェーンの強靭化やビッグデータの取得・分析による情報の見える化が必要とされています。情報の見える化にはスマートファクトリーの実現が効果的です。

大企業のうち製造過程や流通状況の見える化に取り組んでいるのはおよそ3割。実施したいと考えている企業も合わせると9割程度を占めています。

一方で、中小企業に目を向けると取り組んでいる企業は2割に満たず、実施したいと考えている企業も合わせても6割弱。大企業とは乖離があると言えます。

関連記事：なぜ製造業では人手不足が深刻なのか？　データから考える人手不足の理由と対策

スマートファクトリーを実現する7つの目的

経済産業省中部経済産業局は、スマートファクトリーの実現に向けたロードマップを定義しており、その中でスマート化実現の7つの目的を紹介しています。

1.品質の向上

スマートファクトリーでは膨大なデータを取得・分析し、その結果を活用します。そのことで不良率の低減や品質の安定化、ばらつきの低減につながるような製造プロセスへの改善が可能です。

また、作業を自動化すれば、人為的なミスや作業者の違いによるばらつきも低減できます。さらに高性能なセンサを活用すれば、人の目では見つけられない不良品も抽出可能となるでしょう。

このようにデジタル技術を活用した取り組みを積み重ねることで、品質向上を実現できます。

関連記事：品質保証と品質管理の違いとは？ 仕事内容、連携、スキルアップ方法について解説

2.コストの削減

製造時のデータを膨大に取得して分析することで、材料の使用量を削減、歩留まりを向上させることが可能です。さらに、自動化の進展で人件費の低減も期待できます。

また、サプライチェーンの適正化によって、受発注に関する情報と生産に関する情報とを連動させることも可能です。これにより、設備の稼働状況の調整によって故障機会を低減さえ、在庫量の最適化も実現できるでしょう。

3.生産性の向上

設備や人員に関する情報を連動させることで、稼働率の向上を実現できます。

また、設備の故障を予防できれば、突発故障による稼働停止を避けられます。計画的な保全業務によって担当者の負荷低減にもつながるでしょう。

4.製品化・量産化の期間短縮

工場のスマート化により、製品設計や生産ライン設計に必要な期間を短縮できます。また、設計と製造の連動により設計情報を速やかに工場に伝える仕組みが構築できれば、仕様共有に要する時間も大幅に短縮できるでしょう。

さらに、新たな作業が追加される際にも、作業者が慣れるまでに必要な期間を短縮できます。

5.人材不足・育成への対応

デジタル技術の活用によって、業務の難易度は低減します。その結果、経験やスキルにとらわれることなく、多様な人材を活用しやすくなります。

口伝の技術もデータによって可視化できます。これにより、人材育成の効率化も実現できるでしょう。

関連記事：技術伝承とは？ 暗黙知と形式知、技能伝承との違い、行わない場合のリスクと成功させるコツ

6.新たな付加価値の提供・提供価値の向上

汎用性の高い生産ラインの構築により、多様なニーズに対応できます。複数種類の製品を同一ラインで流すことにより、空いたスペースや資金を有効活用できるようになるかもしれません。

膨大なデータを元に新たな加工技術を導入できれば、新しい製品の開発にもつながるでしょう。

7.その他（リスク管理の強化）

作業者の不注意やミスによって、労働災害や品質不良を引き起こしてしまうリスクは常にあるものです。しかし、作業の自動化によって人の介在を減らすことができれば、リスク低減につながります。

また、万が一労働災害や品質不良が生じた場合でも、蓄積されたデータを活用することで生産計画の調整や応援対応が可能となります。

スマートファクトリー導入のメリット

デジタル技術を活用したスマートファクトリーの導入により、以下のようなメリットを期待できます。

生産工程・状況の可視化

設備の稼働状況や作業者の動きなどをIoTセンサで取得し、それをクラウドに集約、AIアルゴリズムで分析することで、従来は分からなかった生産に関する情報を可視化できます。

可視化した情報は、作業品質・製品品質の確認やトラブルの早期発見と解決、設計へのフィードバックなど、さまざまな用途に活用できます。

自動化・省力化

デジタル技術を導入することで、従来は作業者が担っていた業務をIoTシステムやロボットに任せて自動化でき、省力化につながります。

作業を自動化することで人の手が空くだけではなく、作業者の違いによるばらつきの低減や作業速度・検査品質の向上など、生産性や製品品質が向上するというメリットもあります。

関連記事：製造業における省人化とは？ 注目される理由、省力化・小人化との違いを解説

予知保全による保全最適化

設備に合わせたIoTセンサを導入すれば、生産設備の稼働時間や駆動回数、加工時の電流値などさまざまなデータを取得できます。これらのデータを的確に分析することで、設備保全業務の効率化に繋がります。

例えば、切削加工設備の場合には、モーターの駆動時間や通電電流の時間軸波形などの取得が効果的です。

故障が発生すると生産を止めざるを得なくなり、大きな機会損失につながります。そこで、スマート化の推進によって事前に故障タイミングを推定し、計画に予知保全を行えばそのようなリスクを減らすことができます。

関連記事：予防保全とは？ 事後保全や予知保全との違い、導入メリット・デメリット

需給予測精度の向上

スマートファクトリーでは、工場内部のデータだけでなくサプライチェーン全体のデータを連動させることを目指します。外部からの受発注に関するデータをうまく活用することで、需給予測の精度を向上させられるでしょう。

1年間の情報だけでは、外部・内部環境における特殊事情の影響を受けることが想定されます。そこで、複数年データを保管して必要なタイミングで確認できるようにしておきましょう。

大量のデータ分析はAIに任せることで、需給予測精度の工場を実現できます。

スマートファクトリーの導入に向けた流れ

経済産業省では、スマートファクトリーの導入に向けた流れを「スマートファクトリーロードマップ」として定義しています。スマートファクトリーを実現したい場合には、このロードマップを活用するといいでしょう。

目的に応じたロードマップの選定

スマートファクトリーロードマップは、スマートファクトリーを実現する際の目的に応じて複数用意されています。例としては品質の向上やコストの削減、人材不足・育成への対応などが挙げられます。

それぞれのロードマップはStep1からStep3の流れで構築されており、目的に合わせたロードマップの選定と、それぞれのStepに応じたポイントを押さえることが重要です。

Step1：スマート化の構想決定

Step1は、スマートファクトリーを構築するための事前準備や構想を作りこんでいく段階です。

スマートファクトリーの実現においては実施事項が多く関係者も多いため、関係各所が協力して進めていく必要があります。そのため、会社のトップである経営層が強い意志をもって活動を牽引し、目的や目標、対応範囲を明確にして社内の共通認識にすることがポイントです。

実現に向けて動き出した際に困らないように、誰が何をするか、どのような順番で取り組むか、評価基準・判断基準はどうするのかなどを事前に構想しておくことが重要です。

Step2：トライアル・システム導入

Step2では、Step1で構築した構想に基づいて、実際に導入するシステムの選定や運用を確認するためのトライアルを行います。

スマートファクトリーの実現は、工場の生産だけではく、生産技術や調達、設計など広範囲に影響を与えます。トライアルの際には局所最適ではなく全体最適を重視しましょう。

また、最初から大規模に始めてしまうと軌道修正が難しくなってしまいます。最初はスモールスタートで始めるといいでしょう。

Step3：運用

Step2で導入が完了したら、Step3では運用を開始します。

スマートファクトリーでは仕事の進め方が従来から大きく変わるため、実運用の中で苦労することは多いでしょう。そこで、従業員のモチベーションの低下を防ぐためにも、導入による効果を共有することが重要です。

改善を繰り返して運用することで、構想段階で期待した成果に近づけることが可能です。また、デジタル技術とものづくりの双方を理解した貴重な人材を育成することにもつながります。

スマートファクトリーを進める際のポイント

スマートファクトリーは、製造業におけるさまざまな課題を解決できる可能性を秘めています。しかし、以下のようなポイントに気を付ける必要があります。

デジタル化推進に向けた文化の醸成

製造業の中でも歴史が長い企業や中小製造業では、デジタル技術を活用する習慣がない場合も多くあります。新たな技術の導入に対して不安や抵抗が強い場合もあり、スマートファクトリー化の失敗要因になる可能性があります。

デジタル化に対するネガティブな感情を解消するのは簡単ではありません。そのため、デジタル化を一気に進めていくのではなく、少しずつ進めて徐々に効果を体感してもらい、現場従業員にポジティブな印象を持ってもらえるように地道に取り組むことが大切です。

デジタル化を実現する人材の確保

スマートファクトリーには多くのデジタル技術が必要ですが、社内に知見のある人材がいない場合が多いでしょう。導入のモチベーションが高かったとしても、人材がいなければ導入は進みません。

デジタル技術を扱える人材は計画的に育成することが重要です。しかし、人材育成にはある程度の時間が必要であり、人材育成は短期間では実現できません。

そこで、短期的には外部の専門知識を持った人材をうまく活用しデジタル化を推進し、中長期的には自社人材が活躍できるように育成を進めていくと良いでしょう。

セキュリティ対策

スマートファクトリーでは、ネットワークによってIoTセンサや生産管理システム、調達システムなどが接続されます。ネットワークが大きければ大きいほど攻撃を受けた際の影響規模が大きくなってしまいます。

セキュリティの不備により自社製品の生産ができなくなり、納入先の生産ラインを停止させてしまう事例もあり、損害賠償が多額になるケースも少なくありません。

攻撃を受けない、もしくは攻撃を受けても影響を最小限にとどめられるようにセキュリティ体制を構築することが重要です。

セキュリティに関しては技術的な難易度は高いため、外部の専門家の協力を得ながら堅固なネットワークを構築する必要があります。

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