製造現場へのIoT導入のメリットや課題、導入ステップを徹底解説

こんにちは。現場の最適化を実現するソリューション「WORKFRONTシリーズ」で、品質向上・生産性向上・省エネ推進をご支援する日立ケーイーシステムズのライターチームです。

近年、製造現場での人手不足や設備の老朽化、生産性の低下などの問題を解決する手段としてIoTが注目を集めています。IoTを活用すれば、工場内の設備や生産ラインからデータをリアルタイムで収集・分析し、稼働状況の可視化や業務の効率化、品質管理の高度化など、さまざまなメリットが得られるでしょう。本記事では、製造業にIoTを導入するメリット・導入時に直面する課題・導入の流れを解説します。

WORKFRONT/IoT

製造現場のIoTとは

近年、世界的に製造業へのIoT導入がブームとなっており、工場全体のデジタル化を目指す「スマートファクトリー」が注目されています。

IoT（Internet of Things）とは、工場内の設備や機械などのモノをネットワークに接続し、データを収集・共有・制御する仕組みです。IoTの導入は、慢性的な労働力不足やグローバル競争の激化といった製造業が直面する主要な課題の解決策として、非常に高い期待が寄せられています。

製造現場におけるIoT導入のメリット

製造現場へのIoT導入により、さまざまなメリットが得られます。

生産ラインの見える化・効率化ができる

IoTを導入すれば、生産ラインの稼働状況・機械の状態・エネルギー消費などのデータをリアルタイムで収集・分析が可能です。これらの情報を可視化することで、工場全体の状況を把握し、効率的な運用ができます。

データで管理すれば、紙や手作業による記録と比べて、即時判断がしやすくなり、迅速な対応も可能になるでしょう。

また、従業員の動線や作業時間を分析することで、無駄な作業を減らし、業務の最適化が図れます。さらに、在庫状況をリアルタイムで管理することで、過剰在庫や欠品のリスクを軽減できるでしょう。

稼働の最適化が実現できる

IoTによるデータ収集は、生産ラインの最適化に大きく貢献します。リアルタイム監視で取得したデータを分析すれば、ボトルネックを特定し、生産フローの改善や無駄な稼働の削減もできるでしょう。

また、設備ごとのエネルギー使用量も把握でき、無駄な稼働によるエネルギーロスの削減にもつながります。さらに、過去データとの比較によって生産スケジュールの最適化が進み、コスト削減も実現可能です。

品質管理がしやすくなる

IoTの導入により、製品の品質向上と安定化が実現できます。温度・湿度・圧力などの製造データをリアルタイムで監視し、品質のバラつきを抑えられるため、異常の際にも即座に原因を特定し対処可能です。

さらに、AIの画像認識技術と連携すれば、品質検査の自動化や不良品の削減にもつながるでしょう。また、製造履歴や部品情報を記録することで、トレーサビリティを確保でき、問題発生時の迅速な原因追跡と対応ができます。

人材不足を解消できる

日本の製造業では、少子高齢化による人手不足や技術継承の課題が深刻化しています。IoTを導入すれば、巡回や点検などの定型作業を自動化でき、省人化と業務効率向上を同時に実現できます。

現場担当者は間接業務から解放され、重要なコア業務に専念できるでしょう。また、熟練技術者の経験や勘といった暗黙知をIoTデータとAIで可視化し、形式知として蓄積することで、技術継承の効率化にもつながります。

異常・故障を検知して予防保全につながる

IoTセンサーを工場設備に設置することで、稼働状態を24時間リアルタイムで監視でき、異常や故障の予防保全ができます。振動や温度などのデータを常に分析することで、異常の兆候を早期に検知し、計画的なメンテナンスを実施できるのが強みです。

さらに、リモート監視や自動通知機能により、現場にいなくてもトラブルへの迅速な対応が可能となり、生産停止などのリスクを大幅に抑えられます。

製造工場へのIoT導入の4ステップ

IoTを効果的に活用するためには、目的を明確にし、段階的に導入を進めていくことが重要です。

1.IoTを導入する目的の可視化

IoT導入を成功させるには、まず「何を改善したいのか」という目的を明確にすることが重要です。目的が曖昧なまま進めると、機器やシステムを的確に選定できず、期待した効果が得られない恐れがあります。

設備の老朽化・生産性の低下・人材不足など、現状の課題を整理し、IoTでどう解決するかを考えましょう。そのうえで、「生産効率の向上」や「設備保全の自動化」など、具体的な目標指標に落とし込むことで、導入効果を測定しやすくなります。

2.目標達成に必要なデータの特定と把握

目的が明確になったら、次に必要なデータを特定し、収集・可視化する段階に移ります。たとえば、生産性向上が目的なら「作業時間や稼働状況」、生産量などのデータを収集し品質改善なら「温度・湿度・圧力などの環境データ」が対象となるでしょう。

これらのデータはIoTセンサーで自動収集し、クラウドなどに蓄積します。それらを可視化することで、管理者や現場が状況を把握でき、記録や点検の手間を減らすことが可能です。

3.蓄積されたデータの分析

可視化されたデータは、改善点を探す目的で分析します。たとえば、生産量と不良率、稼働状況と効率の関係を分析することで、ボトルネックやムダを特定できるでしょう。

また、生産データと過去の受注・在庫情報を組み合わせれば、需要予測の精度が上がり、計画の最適化が可能です。さらにAIを活用すれば、人の目では捉えにくい異常や変化も検出でき、分析の質が向上します。

4.収集データの活用と自動化

分析で明らかになった課題に基づき、生産体制の自動化を目指します。IoTでは、センサーが取得したデータをネットワーク経由で送信し、温度や環境の変化を自動で検知でき、設備の遠隔監視や制御が可能です。

たとえば、データに応じてコンベアの速度調整、不良品の自動排除などが可能になります。最初から全体を自動化するのではなく、収益性の高いラインなどから小さく始めるスモールスタートが現実的です。

製造現場にIoTを導入する課題と対策

製造現場へのIoT導入には、メリットが多い一方で、さまざまな課題があります。

導入コストと維持管理の費用

工場のIoT導入には、大きな初期コストが必要です。費用には、センサーやネットワーク機器などのハードウェア・IoTプラットフォームや解析ツールといったソフトウェア・既存設備との連携にかかるシステム開発費などが含まれます。さらに、インターネット回線の利用料やサブスクリプションのランニングコストも視野に入れなければなりません。

負担を軽減するには、クラウド型プラットフォームやレンタル・月額サービスを活用し、初期費用を抑える方法が有効です。また、特定ラインに限定して導入し、効果を確認したうえで全体展開する「スモールスタート」を行うとコスト面でのリスクが軽減できます。

セキュリティ管理とリスク

IoT導入により、設備や製造ラインが常時ネットに接続されることで、サイバー攻撃のリスクが高まります。不正アクセスによる設備停止や誤作動、データ漏えいなどの被害が懸念されます。従来のFA機器は外部ネットワークと接続しない前提でしたが、IoTでは接続が前提となるため、セキュリティ対策が必要です。

リスクを軽減するには、通信の暗号化・多要素認証・権限管理の強化・ファームウェアの更新などが必要となるでしょう。また、IoTプラットフォーム選定時は、暗号化や多層のセキュリティ機能が充実しているかで判断するとよいでしょう。

導入後のデータ活用

IoTで大量のデータを収集しても、活用できなければ十分な効果は得られません。主な課題には、データの可視化が不十分で意思決定に活かせないことやデータが分散していて一元管理できないこと、リアルタイム分析が難しく手動で時間がかかることなどがあります。さらに、データ管理にはコストや手間がかかり、分析には専門知識も必要です。

課題の解決には、ダッシュボードによる可視化・データクレンジングによる整理・クラウド連携によるリアルタイム取得・AIの自動分析などを活用するとよいでしょう。導入初期は外部の専門企業に委託するのも一つの方法です。

ITに特化した人材の確保

IoTを成功させるには、構築・運用・保守を担うIT人材の確保が欠かせません。IoTの運用には、データ分析・ネットワーク管理・センサー設定・AIやクラウドとの連携など幅広いスキルが求められます。こうした専門人材の不足は導入の大きな壁となり、未経験のスタッフが対応すると、余計な時間やコストがかかるリスクもあるでしょう。

対策としては、導入・運用を委託するのが現実的です。加えて、社内での人材育成や研修を通じて基礎知識を身につけさせる仕組み作りが必要になります。また、専門知識がなくても使いやすいIoTプラットフォームを導入することで、人的負担を軽減することが可能です。

古い機械の処分

製造現場には、最新のFA設備と並んで古い機械も多く稼働しており、すべての機器をIoT対応に更新するのは現実的ではありません。そこで注目されているのがレトロフィットIoTです。

これは、古い設備にセンサーなどを後付けしてデータ収集を可能にする方法で、たとえば、信号灯にセンサーデバイスを設置したり、電流センサーを追加したりするなどの手法があります。

レトロフィットにより、古い機械を買い替えることなく、低コストで工場全体の可視化と生産性向上が実現できるでしょう。しかし、導入にはコストがかかるため、予算との相談が必要です。