工場の生産ライン自動化における課題とは？基礎知識から成功のポイントまで解説！

工場の自動化(ファクトリーオートメーション)とは？

工場の自動化(ファクトリーオートメーション：FA)とは、生産現場での効率性や生産性の向上を目的として、人間が行ってきた作業を機械が代替するソリューションを構築する取り組みです。FAに用いる設備は「FA機器」とも呼ばれ、その代表例として産業用ロボットや自動搬送装置、監視ソリューション等があります。

日本の製造業は1960年代ごろから急成長を遂げ、ファクトリーオートメーションの導入が進みました。その目的は単なる生産工場の機械化だけではなく、原料の搬入から最終製品の出荷までの一連の工程を自動化し効率を上げること、さらに新たな付加価値を生み出すことにあります。1970年代には半導体技術の発展により、加工・組立や検査・検品を行う産業用ロボットが生産ラインに導入され、労働力の代替を果たしました。

現代の生産工場では、AIやIoT等の最先端技術を活用し自律的に判断・作業を行う産業用ロボットが増え、さらなる工場自働化が進んでいます。これにより、生産性向上やコスト削減、安全性の向上といった多くのメリットが期待されています。

工場の自動化における課題

しかし、ファクトリーオートメーションにはいくつか課題があります。ここでは、ファクトリーオートメーションにおける4つの課題についてみていきます。

導入コストが高い

ファクトリーオートメーションの大きな課題の1つは、導入コストの高さです。工場を完全に自動化するためには、産業用ロボットの導入が可欠であり、それぞれの作業内容に合わせたロボットの導入が必要です。例えば、細かい手作業を代替するには「垂直多関節ロボット」、部品の移動には「水平多関節ロボット」が適しています。しかし、これらのロボットを一定量導入するにはまとまった予算が必要であり、初期投資のハードルが高くなります。

さらに、ロボットの導入だけでは生産ラインの自動化は実現しません。それぞれの生産ラインに合わせて、産業用ロボットが最適に機能するようにするための付帯設備の導入も必要です。これには、コンベヤやセンサー、品質管理ソリューション等が含まれ、生産ラインによっては大規模な設備投資が求められる場合もあります。

また、ファクトリーオートメーションの運用には、デバイスのメンテナンスやトラブル対応ができる技術者の配置も必要です。産業用ロボットのメンテナンスコストや付帯設備の保守費用、さらに技術者の人件費といった追加コストが発生します。そのため、導入コストだけではなく、運用・保守にかかる総コストを含めた費用対効果の検証が必要です。

完全な自動化ができない場合がある

ファクトリーオートメーションを導入しても、すべての作業を完全に自動化できるわけではありません。

例えば、ベテラン労働者の勘やコツを要する熟練技能は、現時点の産業用ロボット技術では再現が難しい場合があります。

特に工場の自動化における大きな課題となっているのが、部品や最終製品の検査工程です。AIを活用した画像認識技術の発展により、人間の目では見逃しやすい微細な割れや欠けを検知できるようになりました。しかし、検査工程の自動化には以下のような課題が依然として残っています。

• 検査する部品や最終製品の種類が多い場合、1種類の産業用ロボットでは対応できないケースがある
• 検査精度が低い産業用ロボットも多く、AIを活用した産業用ロボットには高額な導入費用がかかる

特に検査対象の種類が多い場合、検査対象ごとに産業用ロボットをカスタマイズする必要があるため、検査工程を完全に自動化するのは困難です。そのため、多品種少量生産を行っている生産工場の場合、検査工程の自動化には工夫が求められます。

故障リスクがある

また、ファクトリーオートメーションの導入に伴い、生産ラインに産業用ロボットや付帯設備を設置することで、故障リスクが高まります。

ファクトリーオートメーションを安定して稼働させ続けるには、従来よりも高額な保守運用費用が必要です。産業用ロボットの部品の経年劣化や生産ラインの配線の老朽化、付帯設備のメンテナンスに加えて定期的なグリスアップやバッテリー交換も欠かせません。また、想定外のトラブルが発生した場合、ファクトリーオートメーションが機能不全に陥り、生産ライン全体が停止するリスクもあります。

しかし、産業用ロボットや付帯設備の監視やメンテナンスを人手で行うのは、自動化を目指すファクトリーオートメーションの目的に反します。そのため、ファクトリーオートメーションの稼働状況を遠隔監視できるソリューションを導入し、人の手を介さない予防保全の実現に取り組むことが重要です。

優秀な人材の確保が必要

こうしたファクトリーオートメーション特有の課題を解決するためには、生産ラインの知識に加え、産業用ロボットや最先端のテクノロジーに詳しいIT人材を確保する必要があります。

例えば、産業用ロボットを導入する場合、ロボットの「ティーチング」が必要です。ティーチングとは、産業用ロボットの動作条件を設定し、生産ラインに合わせてロボット本体の姿勢やアームの動きを微調整する作業を指します。このティーチングにはロボティクスの分野の専門知識が求められるため、自社に技術者がいない場合は外部パートナーの協力が必要です。

さらに、ファクトリーオートメーションの保守運用を担当する従業員は、従来の生産ラインのメンテナンス経験に加えて、ITやロボティクスの分野の基礎知識も求められます。このように、ファクトリーオートメーションを成功させるには、産業用ロボットや生産ライン設備等のハード面だけでなく、優秀な技術者を確保する等ソフト面の充実も不可欠です。

工場自動化成功のポイント

産業用ロボットの生産効率を高める

工場の自動化を成功させるには、ファクトリーオートメーションの課題を解決することが重要です。まず、産業用ロボットの導入コストを抑えながら生産効率を高める工夫が求められます。

産業用ロボットを効率的に運用するtためには、生産ラインの流れや従業員の作業動線を見直し、工場内のレイアウトを最適化することが必要です。ファクトリーオートメーション導入後に工場のレイアウトを大きく変更するのは困難なため、産業用ロボットを搬入する前に工場全体のレイアウトを慎重に検討しておきましょう。

スモールスタートで自動化に取り組む

ファクトリーオートメーションには、自動化できる作業とできない作業があります。しかし、どの作業が自動化できるのかを最初から正確に判断することは困難です。工場の自動化を進める場合は、スモールスタートを心がけることが重要です。

まずは生産工程の一部を産業用ロボットで代替し、ファクトリーオートメーションの効果を検証します。このように工場自動化のノウハウを蓄積してから、生産ライン全体の自動化に段階的に取り組むことが望ましいです。

工場内の遠隔監視ソリューションを導入する

ファクトリーオートメーションを導入すると、生産ラインの故障リスクが高まる可能性があります。そのため、ファクトリーオートメーションの導入と併せて、工場内の遠隔監視ソリューションを運用することがおすすめです。

遠隔監視ソリューションを導入すれば、人手をかけずに生産設備の状態をモニタリングし、異常が発生した場合は自動でアラートを発することができます。また、一部の遠隔監視ソリューションによっては、生産設備が故障・停止する前に予防的なメンテナンスを行う「予防保全」も実現可能です。

高度技能の継承に取り組む

工場の自動化を実現するには、ITやロボティクスに精通した技術者を確保することが重要です。

しかし、人件費の予算が限られている場合、外部パートナーの活用が難しい場合もあります。すでに高度技能を持った人材が社内にいる場合は、技能継承に取り組み、自社内で技術者を育成する方法を検討することが効果的です。

経済産業省の2024年版ものづくり白書によると、企業は技能継承のため、「退職者の中から必要な者を選抜して雇用延長、嘱託による再雇用を行い、指導者として活用している（70.5%）」「技能継承のための特別な教育訓練により、若年・中堅層に対する技能・ノウハウ等伝承している（23.6%）」といった取り組みを行っています。^※IT教育の充実やベテラン人材の活用を通じて、ファクトリーオートメーションを担う人材の育成を進めましょう。

出典：経済産業省「2024年版ものづくり白書」(令和6年11月15日利用)

uprのIoTソリューションであらゆる管理を自動化

工場の自動化なら、uprの工場・製造業向けIoTソリューションを活用しましょう。

uprが提供するファクトリーIoTパッケージは、工場内のデバイスや設備をIoT化し、生産工程を見える化するための機能をパッケージ化したソリューションです。通信プロトコルにはModbusを利用しているため、FA機器をネットワークで接続し、一元管理することができます。

HTTPをベースにしたシンプル設計のため、ITの知識がない方でも運用可能な点もファクトリーIoTパッケージの強みです。

まとめ

ファクトリーオートメーションを導入すれば、生産工程を自動化し、人手によらずに生産ラインを稼働させることができます。一方で、工場の自動化には「導入コストが高い」「完全な自動化ができない場合がある」「故障リスクがある」「優秀な人材の確保が必要」といった課題もあります。

ファクトリーオートメーションを初めて導入する場合は、スモールスタートを意識し、できるところから少しずつ自動化しましょう。また、遠隔監視ソリューション等のIoTソリューションを活用する方法も効果的です。