製造業が注目したいITトレンド~インダストリー4.0~

インダストリー4.0とは?製造業におけるスマートファクトリーを実現して現場の負担やリスクを軽減

製造業が注目したいITトレンド~インダストリー4.0~

「インダストリー4.0」というのを聞いたことはありますか?これはドイツが政策を進める産業プロジェクトの一環であり、日本では「第4次産業革命」といった意味となります。

18世紀後半に行われた「第1次産業革命」から続く、第4段階目の産業革命であり、日本の製造業界でも、インダストリー4.0の動向について注目を集めています。

インダストリー4.0には、どのような設計原則があるのか。インダストリー4.0の内容や仕組みなどを紹介します。

インダストリー4.0とは?

インダストリー4.0とは、2011年にドイツ政府が発表した、人類史上4回目の産業革命のことです。

18世紀後半に行われた第1次産業革命では、蒸気機関を動力とした作業の機械化。19世紀後半に行われた第2次産業革命では、石油と電力の活用による生産性の向上。20世紀後半に行われた第3次産業革命では、IT技術の導入による生産ラインの自動化がなされ、それに続く4次産業革命(インダストリー4.0)では、「スマートファクトリー(考える工場)」が目指されています。

スマートファクトリーとは、一言で言えば「AIによる完全自動化」のことです。現在、生産ラインの自動化が実現されていますが、それは完全に自動化されているわけではなく、人間の介入を必要とします。生産自体は自動化されているとしても、設定の変更や資材の導入、製造に適したパーツの取り換え、さらには、電源のON・OFFも含め、様々な部分で人の介入は欠かせません。

ですが、スマートファクトリーが実現されれば、それらの人の介入は必要なくなります。機械が必要な設定や動作を勝手に判断して実行しますので、人間からの指示やサポートは必要なくなるでしょう。

もちろん、作業内容によっては人の手が必要になる場合もありますが、それでも、現在の状況と比べ、格段に人手が不要になります。

インダストリー4.0の実現は、製造の機械が「道具」から「従業員」に変わると言っても過言ではありません。

4つの設計原則

インダストリー4.0は、以下4つの設計原則によって考えられました。それぞれどのような内容なのか確認をしてみましょう。

  • 相互運用性
  • 情報の透明性
  • 技術的アシスト
  • 分散的意志決定

相互運用性(Interoperability)

相互運用性とは、互いに情報のやり取りをすることです。相互に緻密なやり取りを行うことで、より正確な情報の受け渡しができるようになります。

これは、システム同士だけではなく、人間同士でも重要なことです。企画を決める際、互いに意見を出して話し合うことで、相互運用性が適応されています。作業の基本である「放送・連絡・相談(放連相)」も、情報のやり取りをすることから、相互運用性の一環と言えるかもしれません。

リアルタイムにやり取りできれば、より正確な内容で作業が進められます。インダストリー4.0によって機械が従業員になる以上は、しっかりした相互運用性が必要になるでしょう。

情報の透明性(Information Transparency)

情報の透明性とは、相互運用性によって集計した情報を、分かりやすく可視化することです。

相互運用性によって情報を集めるのは大切ですが、それがどのような内容なのか分からないと意味がありません。スマートファクトリーによって機械だけが分かっていても、人間が理解できていないと製品開発や販売戦略に活かすことはできないでしょう。

そのため、集められたデータは必ず可視化する必要があります。さらに言えば、営業などの他部署でも一目で分かるよう、仮想モデルやフローチャートなどもあると、より助かります。

インダストリー4.0によって主役となるのはAIなどではありますが、情報を活用するのは人間です。インダストリー4.0によって完全自動化したとしても、人が理解できるようにする必要があります。

技術的アシスト(Technical Assistance)

技術的アシストとは、サポート機械によって、人間の作業を補助することです。

インダストリー4.0では、相互運用性によって様々なセンサーやデバイスと連携することができます。夜間の監視や他拠点への指示など、人の力だけでは難しいことも、機械の力でなら簡単にサポートが可能です。

さらに、重い物を運ぶといった重労働、有毒な液体を扱うといった危険な作業なども、産業用ロボットで代用できます。

インダストリー4.0が実現されることで、人の負担やリスクを、大いに減らすことができるでしょう。

分散的意志決定(Decentralized Decision-making)

分散的意志決定とは、スマートファクトリーによる自律化のことです。サイバーフィジカルシステム(Cyber-Physical System:CPS)と呼ばれるシステムを使うことで、自律的な意思決定を可能にします。

サイバーフィジカルシステムとは、センサーなどによって集めた情報を、デジタル空間で分析し、現実世界にフィードバックするシステムのことです。大まかにまとめると「集めた情報を、分かりやすくまとめて表示するシステム」と思ってください。情報の仕分けや解析はシステムが行いますので、人は質問するだけで答えを知ることができます。

つまりは、サイバーフィジカルシステムによって、機械自らが答えや結果を出すようになります。そして、その答えを基に、効率的な作業ができるようになるわけです。

もちろん、危険性を伴う場合など人間の指示を求める場合もありますが、普段の業務程度なら、勝手に行ってくれるようになるでしょう。

インダストリー4.0によって実現すること

インダストリー4.0の実現によって、人間の負担が大きく減ります。技術的アシストによって大部分の作業が機械へと変わりますので、人がすることはほとんどありません。

今までは数十人体制で行っていたことも、機械のオペレーター数人だけで回すことができるようになるわけです。場合によっては、別の部屋でオペレートすることもでき、作業現場にいる必要もありません。近年、生産の問題点として挙げられている、人手不足の解消になるでしょう。

また、機械によって最適な指示が出せますので、生産効率も上がります。余分を作らないライン操作や、不良品が出ないための管理も徹底しており、製造における様々なムダが省かれます。

さらに、作業中の安全性も確保されます。危険なことは全て機械がしてくれますので、人間がリスクを負う必要はありません。

インダストリー4.0が実現することで、製造の仕組みが大きく変わり、より効率的で安全な製造現場へと変化するでしょう。

ただ、便利になると同時に、失業率が増える問題点も抱えます。今まで人がしていたことが機械に変わりますので、逆に人が必要なくなるからです。

これは、第1次産業革命の時にも起きた出来事であり、その際も多くの人が失業者となりました。インダストリー4.0でも同じことが生じると考えられており、「AIが人の仕事を奪う」とも言われています。

インダストリー4.0は将来性を望まれている反面、実現を望まない人も少なからず出てくると考えられます。

軸となるテクノロジー

インダストリー4.0は、様々なテクノロジーによって成り立ちます。それぞれどのようなテクノロジーなのか、知っておきましょう。

IoT(Internet of Things)

IoTとは、インターネットを通じてモノ同士がつながるシステムのことです。今までは、同じサーバー経由でのみデータのやり取りができていましたが、インターネットにつながることで、より広く、それこそ、世界中のネットワークとつながり、指示や遠隔操作ができるようになります。

相互運用性を実行するために欠かせないテクノロジーであり、スマートファクトリーの要とも言えるでしょう。

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AI(Artificial Intelligence)

AIとは、人工知能のことです。機械に様々なことを学ばせることで自律化を促し、それによって、最適な指示が出せるようになります。

インダストリー4.0の根幹部分であり、IoTと合わせて無くてはならないテクノロジーです。

ちなみにですが、AIは「無から有を考える」ことはできません。AIは「人間のように考えて行動」しているように見えるかもしれませんが、実際には、様々な情報を学習させ、その学習内容の中から、最適なプランを組み合わせて実行しているに過ぎないわけです。

人間のように、「教えてもいないことを思いつく」のは現在の技術では難しいです。もちろん、将来的には実現する可能性もありますが、現時点では「機械が意志を持つ」わけではありませんので、勘違いしないようにしてください。

クラウドコンピューティング

クラウドコンピューティングとは、インターネット上で情報を管理するシステムのことです。世間一般にも広がっているテクノロジーであり、「クラウドサービス」の名前を聞いたことがある人も多いのではないでしょうか?

AIの学習には膨大なデータが必要であり、単一のデバイスだけでは、到底保存しきれるものではありません。相互運用性によって常に新しい情報も手に入れており、すぐに保存限界に達してしまいます。

そのため、保存先をインターネット上にすることで保存限界を解消します。保存データが少ないことで動作も早くなり、一石二鳥と言えるでしょう。

さらに、大型の記憶媒体や高性能の演算装置も不要になります。それによって、コストの削減につながり、クラウドコンピューティングを使わない機械と比べ、安く導入ができます。

エッジコンピューティング

エッジコンピューティングとは、近くのサーバーと作業を分担し、データのやり取りを軽くするシステムのことです。

システムとしてはクラウドコンピューティングに似ていますが、クラウドコンピューティングは情報全てをインターネットに送信してデータ処理をするのに対して、エッジコンピューティングは事前に加工し、軽くした情報のみをインターネットに送信してやり取りをします。

データ量を減らせば、インターネットへの負担を減らせ、通信速度が速くなります。リアルタイムで指示が出せるようになり、状況への対応が向上するわけです。

また、必要最小限のデータしかインターネットに送信しませんので、データ漏洩のリスクを減らせます。万が一、データ漏洩しても全体の一部であり、データ漏洩による影響を最小限に抑えられるでしょう。

セキュリティ

セキュリティとは、悪質なウイルスなどからデバイスを守るシステムのことです。インターネットに繋がることで、ウイルスやハッキングなどのリスクが高まりますが、しっかりしたセキュリティを構築することにより、それらリスクから守ることができます。

普段使用しているパソコンやスマートフォンにもセキュリティーソフト(ファイアウォール)が組み込まれており、ネットワークをつなげる際には、無くてはならないシステムと言えます。

デジタルツイン

デジタルツインとは、収集した情報を基に、デジタル世界で再現するシステムのことです。デジタル世界で仮想モデルを再現することにより、実演によるリスクを下げることができます。

例えば、新しい商品を作るとします。本来なら、作っては問題点を改善するトライアンドエラーを繰り返しますが、毎回商品を作るのは資材と時間のムダです。必要なのは分かりますが、可能ならムダを省きたく思います。

ですが、デジタルツインで仮想モデルを作ることにより、実際に作る必要はなくなります。仮想モデルでトライアンドエラーもできますので、時間の節約にもなるでしょう。

また、商品の売れ行きをシミュレートしたり、都市開発を3Dモデル化して説明したりなど、現実世界では難しいことでも、デジタルツインでなら実現可能です。

他にも、人間の仮想モデル作成による治療プランの考案など、医療業界も含めデジタルツインは、他業種でも必要とされつつあるシステムと言えるでしょう。

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日本におけるインダストリー4.0(Connected Industries)

ドイツでインダストリー4.0の政策が実施される一方で、日本ではコネクテッド・インダストリーズ(Connected Industries)が発表されました。

「Connected Industries」とは、2017年に経済産業省が打ち出した概念のことであり、「人、モノ、技術、組織などがつながることで、新しい付加価値を生み出す」内容となります。

これは、「データの共有・利活用」「データ活用に向けた基礎整備」「さらなる展開」からなる3つの横断的な政策を基にしており、以下3つの柱から成り立っています。

  • 人と機械・システムが対立するのではなく、協調する新しいデジタル社会の実現
  • 協力と協働を通じた課題解決
  • 人間中心の考えを貫き、デジタル技術の進展に即した人材育成の積極推進

大まかな意味としては、「新しい技術と、企業や国家間の協力によってできることが広がり、その政策に対応するためデジタル技術に精通した人材を育てる」といった内容です。「デジタル化社会によるグローバル化を見越した政策」とも言えるでしょう。

また、具体的な取り組みとして、5つの分野に重点をおいて取り組んでいます。

  • 自動走行・モビリティサービス
  • ものづくり・ロボティクス
  • バイオ・素材
  • プラント・インフラ保安
  • スマートライフ

コネクテッド・インダストリーズは、製造業を含め、将来のデジタル化社会を見越した政策です。インダストリー4.0とは方向性が少し異なりますが、どちらも生活を楽にする目的があり、将来的に期待される政策と言えるでしょう。

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まとめ:現場の負担やリスクを軽減して製造業に革命を起こす第4次産業革命

インダストリー4.0の実現は、製造業界に革命を起こします。今まで人の手が必要だったことは全て機械へと変わり、製造における負担やリスクが一切なくなるからです。

また、全てが機械化されることで、製造現場におけるムダも解消します。最も効率的な作業プランを実施するのはもちろん、細かな製品管理により、不良品はほとんど生じません。仮に問題が生じても、機械自らが問題点を指摘し改善してくれます。

将来的には、数百人規模のラインを数人程度で管理することも可能になり、問題とされてきた人材不足の解消にもなるでしょう。

離職率などの問題もありますが、それでも、実現によって多くの人や企業が助かるのは事実です。できることが広がり、今よりも技術革新につながります。

インダストリー4.0に限ったことではありませんが、機械の自律化(AIの発展)は、他業種でも大きな影響を与えます。将来どのように政策が進むのか。時代に取り残されないよう、今後の動きに注目するようにしてください。

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