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生産設備に関する記事

【製造業IoT】メリットや事例から見た導入ポイント解説!

昨今、IoTと呼ばれる技術により、あらゆるモノをインターネットにつなげられるようになりました。この技術を用いると、工場におけるあらゆる環境および作業から、大量の情報を吸い上げることができます。それによって、これまで気が付かなかった工場の課題をあぶり出し、カイゼンするというPDCAサイクルを高速に回すことが可能となっています。

現在、手軽に使えるIoTデバイスは普及してきており、技術的・コスト的な導入のハードルも下がっています。手軽にIoTを導入することで、工場の最適化に向けた施策を練るのによいタイミングと言えるでしょう。

そこで、製造業がIoTを導入する上で知っておきたいポイントをまとめました。以下で詳しくご紹介しますので、よければ参考にしてください。

もし、工場へのIoT導入のコンサルティングを受けて、

  • 設備の稼働率を向上したい
  • 品質を安定させたい
  • 物流を最適化したい
  • 作業を最適化したい

という場合は、お気軽に日本サポートシステムまでお問い合わせください。
関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。

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1.IoTとはなにか

IoTは”Internet of Things”の略で、日本語では”モノのインターネット”と訳されます。

従来、インターネットに接続するデバイスは、コンピュータやスマホのような端末でした。インターネットを介して、これらのデバイス同士が情報をやりとりしてきました。

IoTはこれらのデバイスだけではなく、あらゆるモノがインターネットに接続することを示します。インターネットに接続するモノ(=IoTデバイス)として身近な例を上げると、デジカメ・テレビ・冷蔵庫・炊飯器・洗濯機などの家電があります。これら家電の中には、インターネットに接続する製品が売られています。

さらに、メガネや腕時計など、身に着けるモノにもネットワークに接続する製品があります。身に着けられるデバイスという意味で、俗にウェアラブルデバイスと呼ばれます。

これらのIoTデバイスの多くは、通信機能の他にセンサ機能を持っています。このセンサ機能を活用することで、モノ自身がユーザに合わせて進化・成長できます。

その仕組みは、まずIoTデバイスが持つセンサが使用環境から情報を吸い上げます。次に、この情報をインターネットを介してコンピュータに通信し、コンピュータが情報を分析します。そして、コンピュータが次の最適なアクションをインターネット経由でデバイスに指示する、といった具合です。

この考え方はもちろん、一般生活だけではなく、製造業の生産現場にも適用できます。

生産現場では、製品・設備・治具・作業員など様々なモノ・人が動きながら生産活動を行っています。これらのモノ・人にセンサを取り付けることで、生産活動における様々な情報を吸い上げることができます。それらの情報を分析すれば、生産性向上・収益率向上のためのアクションを導き出すことも可能です。

2.製造業にIoTを導入するメリット

生産現場にIoTを導入することで、次のようなメリットが期待できます。

(1)設備の稼働率向上

設備が故障してしまうと、設備復旧まで生産活動は停止します。場合によっては、大きな損失を生み出しかねないリスクです。
IoTを導入すれば、設備の稼働状態を常時モニタリングし、いつもと違う状態や傾向を即座に把握できます。設備が故障停止する前に、計画に設備保全を行うこと(予兆保全)も可能です。

(2)品質の安定化

製品の加工を加工する際の品質は、設備・人・材料・環境要因など、さまざまな要因に左右されます。IoTを活用すれば、加工される部品そのものをカメラセンサや荷重計などを用いてセンシングし、加工条件の異常をモニタリングできるので、品質の安定化に繋がります。

(3)物流の最適化

モノの不足や滞留の状態を分析でき、最適な物流計画を立てやすくなるのも、IoT導入のメリットとしてあげられます。一般的なのは、生産ラインを流れる材料や製品そのもの、もしくは搬送用のトレイに、通信機能を持つタグを取り付ける方法です。

(4)作業の最適化

生産ラインで活躍する作業者にも、その位置が分かるセンサを取り付けることで、歩数分析や作業動線のムダを分析し、効率化ができます。

(5)匠の技の形式知化・伝承

熟練技師の作業をIoTデバイスによりセンシングすることで、匠の技を形式知化し、次の世代に伝承できます。たとえば、カメラセンサで溶接における溶接棒の角度を捉える、ウェアラブルデバイスで作業中の視線の動きをモニタリングする、などです。

3.IoTを導入する上で知っておきたい成功の秘訣

工場に導入するIoTのシステム構成は、加工設備に取り付けるセンサ・センサの情報を設備外に取り出すPLC・情報をPCまで通信するイーサネット・情報を分析するPC(工場の管制室やクラウド上)と大がかりになることがあります。これらの要素を初めから全て構築するのは、労多くして功少なし、という状態になりかねません。

IoT導入を成功させるには、とにかくスピーディに、プロトタイプで検証してみるという姿勢が必要です。

まず明らかにしたいのは工場のIoT化の目的です。例えば、工場の最適化による生産性の向上などがそれにあたります。

通常、工場の最適化を考える場合、現状分析 → 課題抽出 → 対策検討 → 実施 というステップで進めます。現状分析で課題を抽出したら、次は対策検討です。このフェーズで、どのような情報があれば、課題を解決できるか検討します。その情報を吸い上げるために、用いるのがIoTデバイスです。

したがって、

  • まずは、欲しい情報を回収するために、どのような位置にどのようなIoTデバイスを配置するかを、簡素なプロトタイプを用いてスピーディに検証する。
  • 失敗すればすぐに次の方法を試し、スピーディに最適な方法を見つける

という姿勢が成功の秘訣となるでしょう。

例えば、ドリルによる穴あけ加工におけるドリルの摩耗による加工不良が問題の場合、工程を管理するには次のような方法があります。

  1. 製品そのものの加工結果を検査する
    この場合、製品そのものを測定し、不良を検出することになります。品質保証のために必要な手段ですが、不良品を作り込んでしまうためにムダが多く、最適な方法とは言えません。
  2. ドリル先端の状態を画像検査で検査する
    定期的に製品の加工を停止してドリルの状態を検査します。不良品発生は防げるものの、設備の稼働率が低下し、生産性が低下します。
  3. 加工時の物理現象を常時モニタリングし、状態の変化を検出する
    加工時にはいろいろな物理現象が起こります。穴あけ加工の場合、加工時に発生する音・加工時の振動・スピンへの加工負荷・加工物の温度上昇などの物理現象が起こります。

これらを常時モニタリングすることで、ドリルの摩耗状態を検出します。加工音が高くなる・振動が大きくなる・加工負荷が大きくなる・熱が発生する、などの物理現象とドリルの摩耗の因果関係を結び付けることができれば、不良が発生する前に計画的にドリルを交換できます。

このように加工時の物理現象をモニタリングすれば、不良品を作り込むムダを避け、設備の稼働率をムダに低下させることなく工程を管理することが可能です。

ただ、どのような物理現象を捉えると有効な工程管理の手段となるのか、という判断は実際にやってみないと難しい部分があります。そのため、いきなり大がかりのシステムを構築するのではなく、簡易なセンサキットなどを用いて、トライ&エラーで最適な手段を試すことが大切になるのです。センサには、熱・振動・光・音・磁気・流速などの物理現象ごとにありますので、いろいろ試してみるのが良いでしょう。

4.製造業とIoTはこれからどうなる?今後予想される関係性

IoTの導入は、製造業のさまざまな課題解決に貢献してくれるでしょう。ところで、こうした関係性は今後どうなるのでしょうか。製造業とIoTの関係性の歴史を振り返りながら、今後の展望を、製品のIoT化と工場のスマート工場化(※)の2つの面から見ていきましょう。

(※)工場内の様々なモノから吸い上げた情報を活用して、生産活動の効率化ができるような仕組みを整えた工場を、スマート工場と呼びます。

(1)製品のIoT化

従来の製品は、メーカーが市場のニーズを分析して要件を整理し、それに応じた機能を落とし込みながら製造・販売されてきました。つまり、製品の機能はユーザの手に届く時点で前もって決まっており、その機能がアップデートされることはありませんでした。

しかし、IoT化された製品では、ユーザの使用環境から情報を吸い上げた情報を活用し、インターネット経由で最適なアクションがデバイスに届きます。そうすることで、製品がユーザに合わせて進化していくということが起こります。

スマホがかなり普及したことも後押しし、身の回りの家電がスマホで制御できる機能や、スマホ経由でファームウェアをアップデートして進化する機能を搭載するようになってきました。

今後は、IoT技術に、高速通信技術5Gや人工知能(AI)の技術が加わることで、いまよりももっと多くのモノがインターネットにつながることが予想されます。あらゆるモノがIoT化されているため、あるIoTデバイスがセンシングした情報をもとに、別のIoTデバイスが遅延なく最適に制御されるようにもなるでしょう。

(2)工場のスマート化

2011年、ドイツにてインダストリー4.0という考え方が示されました。蒸気機関による第一次産業革命、石油・電力による第二次産業革命、コンピュータの登場・デジタルによる第三次産業革命。これらに続き、第四次産業革命は情報の活用による革命が起こると提唱され、その第四次産業革命をインダストリー4.0と命名しました。

このころから、各国が主導権をとるべく、同様のコンセプトを打ち出しました。アメリカではインダストリー・インターネット・コンソーシアム(IIC)、中国では中国製造2025という名称で活動しています。日本でも2017年に「Connected Industries」という名称を経産省が掲げました。いずれも、工場内の機器がネットワークを経由して相互に連携し、自律的に最適な生産活動を行うように制御されるスマートな工場の姿を描いています。

これらを具現化するべく、設備メーカや、設備の要素となる制御機器・通信機器メーカが、次々と工場をスマート化する設備・機器をリリースしています。これらを導入することで、製造業各社は、自社工場をスマート化することができる環境が整ってきています。

そのため、今後は、工場のIoT化で収集した情報を活用することで、工場の生産活動の最適化が進むだけではありません。製品のライフサイクル(規格・設計・生産・販売・使用・廃棄)全体を通して、業務の効率化・ユーザー体験の最適化・資源活用の最適化が進むと考えられます。

5.工場へのIoT導入検討でおすすめのメーカ・ロボットシステムインテグレータ3選

工場へのIoTの導入は、生産能力の改善に大きく寄与します。しかし、実際に施策を進める上では、現状を分析するためにどこからチェックするかなど、具体的な計画をひとつひとつ立てていかなければいけません。

そこでおすすめなのが、IoT導入に強いメーカやロボットシステムインテグレータに相談することです。多くの工場の相談を受け付けている専門会社に協力を依頼すれば、導入が現実味を帯びていきます。以下は、前向きに検討していただきたい会社です。

日本サポートシステム株式会社

【特徴】
日本サポートシステムは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

日本初!業界最大級

画像処理検証ラボ開設!ルール型の画像処理から、AIまでプロが診断、ご相談から装置制作までまるっと対応

【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)

三菱電機株式会社

【特徴】
PLC、センサ、モータ、ロボットなど幅広く取り扱うFA機器メーカです。なかでも、PLCの世界シェアは、シーメンス・ロックウェルに次ぐ3位です。

IoTにも力を入れており、各設備の稼働情報やセンサで取得したデータを、工場の基幹PCやクラウド上に吸い上げるときの中継器となる統括シーケンサを取り扱っています。この統括シーケンサは様々な通信規格に対応しているため、規格が合えば、専用の設備を新たに購入する必要がないのがメリットです。

【所在地】
東京都千代田区丸の内二丁目7番3号(東京ビル)
TEL 03-3218-2111
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/

株式会社キーエンス

【特徴】
センサ・PLC・制御機器・計測器・レーザ加工機などを手がけるFAメーカです。キーエンスの特徴はフットワークの軽い営業。近くの営業所に問い合わせると、すぐにデモ機を持参して扱い方を教えてくれるため「試しで使ってみたい」というときに声をかけたいメーカです。

【所在地】
大阪市東淀川区東中島1-3-14
TEL:06-6379-1111
FAX:06-6379-2222
https://www.keyence.co.jp/ss/products/controls/iot/

5.工場へのIoT導入に関するご相談は日本サポートシステム

本文でも紹介したように、IoT活用のコツは、まずやってみることです。スピーディにデータを収集し、PDCAサイクルを回すことを何度かやっているうちに、IoTデバイスを使ったカイゼンの文化が工場に根付きます。

とはいえ、はじめは何をすれば良いか分からない、ということもあるでしょう。

日本サポートシステムでは、ロボットSIerとしての立場から、工場における課題やその解決の知見を豊富に持っています。その知見を最大限活用し、工場へのIoT導入によるコンサルティングを行っています。IoT導入で工場の最適化を検討する際は、是非とも日本サポートシステムにお声かけください。

関東最大級のロボットシステムインテグレーター 生産設備の設計から製造ならお任せください

050-1743-0310 営業時間:平日9:00-18:00

本社:茨城県土浦市卸町2-13-3、相模原事業所:神奈川県相模原市中央区上溝1880番2 SIC3-317

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