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生産設備に関する記事

工場自動化に必要な階層レベルとは?メリット・デメリットも解説!

インダストリー4.0やIoTが普及している中、自社の工場の自動化はあまり進んでいないと悩んでいる方も多いと思います。

工場の自動化は事業規模や生産量に応じて、自動化のレベルを設定した方が良いものとなります。今回の記事では、工場自動化のレベルについて解説を行い、そのメリット・デメリットにも触れていきましょう。

もし、工場自動化のコンサルティングを受けて、

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  • 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
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1.工場の自動化レベルは6段階

工場自動化は、国内ではファクトリーオートメーション(FA)と呼ばれます。ファクトリーオートメーションは、物流・搬送に限らず、部品調達、管理、製造ライン、生産計画など、工場運営にかかわる幅広い工程の生産を柔軟にすることを目的として自動化することを指します。

ファクトリーオートメーションという言葉は和製英語で、国際的にはCIM(Computer Integrated Manufucturing)という表現が、工場自動化を表現する際に用いられます。CIMを用いる際には、工場における様々な情報を統合していくことにより効率化を行なう際に用いられることが一般的です。

ここでは、工場の自動化を考える上での、CIMシステムの垂直統合型の階層レベルについて紹介していきます。工場における工作機械、NC制御、物流管理、生産計画など多くの情報は、6つのレベルに分類することができます。

引用:https://www.saaj.or.jp/shibu/kinki/fa-shiryo.html

(1)レベル1 Equipment:装置レベル(イクイプメントレベル)

レベル1は、NC加工機やロボット、圧縮機・流量機・アクチュエータなどの稼働などの操作や実行そのものを指します。

レベル1 :装置管理
機能 :ロボット、NC工作機械、自動検査装置、搬送機器、物流機器、自動組立
制御に使用する機器 :ロボット
計画・期間
制御サイクル
:数秒~数分間のサイクル

(2)レベル2 Station:装置制御レベル(ステーションレベル)

レベル2は、NCコントローラや設備コントローラ等などの装置制御や操作指示の制御など指します。

レベル2 :ステーション管理
機能 :NC制御、自動倉庫制御、自動試験機制御、物流制御
制御に使用する機器 :PC、CNCコントローラ
計画・期間
制御サイクル
:数秒~数時間のサイクル

(3)レベル3 Cell:工程制御・監視レベル(セルレベル)

レベル3は、レベル2の個別に制御されている機械や装置を、協調制御や時間制御、工程制御を行う機能レベルのこと指します。

レベル3 :セル管理
機能 :DNC制御、加工セル制御、組立セル制御、搬送制御
制御に使用する機器 :セルコントローラ
計画・期間
制御サイクル
:数時間~数日間のサイクル

(4)レベル4 Section/Area:工程管理レベル(エリアレベル)

レベル4は、レベル3の機械や装置で構成された生産ラインの監視制御、工程の計画、品質、物流管理など、生産機械同士の問題点を改善対処する機能レベルのことを指します。

レベル4 :工程管理
機能 :工程計画、工程管理(加工、組み立て検査、包装)、物流管理
制御に使用する機器 :FAコンピュータ
計画・期間
制御サイクル
:数日から数習慣

(5)レベル5 Facility/Plant:生産計画管理レベル(工場管理)

レベル5は、工場部門・設計部門・研究所部門などの各機能の経営的な管理システムおよび関連統括機能システムのことを指します。例えば、生産管理システムなどで、資材所要量計画システムと資材の納入・在庫・出庫管理システムからなる情報システムで、何を・いつまでに・いくつ購入・生産するかを決定し、何をいくつ・いつまでに・納入/出庫するかを決定するもの。

レベル5 :工場管理
機能 :研究・開発、設計、生産計画、製造指示、生産管理、人事管理、品質管理
制御に使用する機器 :汎用コンピュータ
計画・期間
制御サイクル
:数週間から数ヶ月

(6)レベル6 Enterprise:経営管理レベル(企業レベル)

レベル6は、企業におけるCIMの最上位に位置し、企業、企業軍全体の統括する経営・管理システムおよび関連統括機能システムをいう。経営計画立案および予算実績、差異分析、改善計画、収益計画、販売需要予測や原価および在庫の予算実績管理などがある。

レベル6 :経営管理
機能 :経営計画、投資計画、利益計画、開発計画、販売需要予測、物流計画
制御に使用する機器 :ホストコンピュータ
計画・期間
制御サイクル
:計画は数ヶ月から年単位

参考文献:産業図書『CIMからIMS』中西康二著

2.工場自動化のメリット

ここまでは、工場自動化を考える上での階層レベルを解説してきましたが、実際に工場の自動化を行うことでのメリットを解説していきましょう。

(1)省人化・効率化が可能

直接的な効果として、作業や工程を自動化することで、そこにかかっていた人員を削減できたり、チョコ停などを排除することができることで、省人化・効率化できることがメリットであると言えます。

(2)品質の安定化

工程における品質を一定にするためには、現場作業者に対して教育訓練やOJTによって、一定の習熟度に到達してもらう必要があります。しかし、作業や工程を自動化することにより、作業者の習熟度によらず一定の品質を得ることができる点もメリットです。

(3)生産のリードタイム短縮

工場では計画・指示待ち、情報処理待ち、加工処理待ち、検査待ちなどの多くの待ち時間が存在します。工場を自動化し、ボトルネックとなっている待ち時間の部分を自動化してあげることで、生産のリードタイムを短縮することができるのは大きなメリットです。

(4)競争力向上

先に紹介した工場自動化によるメリットが継続的に得られることとして、他社よりも競争力のある企業体質になっていきます。競争力向上はメリットであり、工場自動化により最終的な目的であるとも言えます。

3.工場自動化のデメリット

ここまで、工場自動化によるメリットを解説してきましたが、デメリットについても解説していきましょう。

(1)自動化に伴うコストが発生する

工場の自動化には、センサやプログラムの追加ないしは設備導入が必要となります。現状の工程を維持することに対して追加のコストが発生することはデメリットであると言えます。そのため、費用対効果を事前に検討を行い、投資額を回収できることを確認しておくことが必要となります。

(2)自動化するにも検討工数がかかる

導入コスト以外にも、現状の作業や工程を分析し、何を自動化し、どのような改善効果を期待するのかを明確にしておく必要があります。

そのためには、作業や工程を熟知した人員の協力を仰ぎながら検討を行う必要があります。

現状維持するよりも検討工数がかかってしまうことはデメリットであると言えます。時間をかけてでも自動化する価値を事前に明確にしておく必要があると言えます。

4.工場自動化におすすめのメーカー・ロボットシステムインテグレータ3選

株式会社FAプロダクツ

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【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692(代表)
https://jss1.jp/

【営業品目】

  • 産業用ロボット
  • 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
  • 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
  • 治具の設計・製作

【実績】
NM社(電子部品の製造販売)、HS製作所(情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売)、TT社(ショッピングセンターなどリテール事業)、SM社(自動制御機器の製造・販売)、OR社(自動車安全システムの製造販売)

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