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！

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工場の自動化（ファクトリーオートメーション）とは、人間の手で行ってきた作業を機械で代替し、生産工程を自動化するためのシステムを指します。ファクトリーオートメーションに使われる設備のことをFA機器と呼びます。

日本の製造業は1960年代ごろから高度成長期を迎え、生産工場の機械化が始まりました。ファクトリーオートメーションの目的は、単なる生産工場の機械化にとどまらず、原料の搬入から最終製品の出荷までの全ての工程を自動化し、新たな付加価値を生み出すことにあります。

ファクトリーオートメーションに使われる代表的な機械が産業用ロボットです。日本でも1970年代の半導体技術の発展を受け、生産ラインの加工・組み立て作業を代替する産業用ロボットや、検査や検品を自動化する産業用ロボットが早くから取り入れられてきました。

現代の生産工場では、AIやIoTなどの最先端技術を活用した産業用ロボットが活躍し、人の手によらない自律的な工場生産を実現しています。

導入コストが高い

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。

ファクトリーオートメーションの代表的な課題が高額な導入コストです。生産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必要不可欠です。

たとえば、細かい手作業を行う場合は「垂直多関節ロボット」、部品を移動させたい場合は「水平多関節ロボット」など、代替したい作業に合わせて産業用ロボットを導入する必要があります。産業用ロボットのコストダウンは年々進んでいるものの、一定量のロボットを投入するにはまとまった予算が必要です。

また、産業用ロボットを導入しただけでは工場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、産業用ロボットが効率的に働けるように付帯設備を導入する必要があります。したがって、生産ラインによっては大規模な設備投資が求められる可能性があります。

さらに、ファクトリーオートメーションを稼働させるには、保守運用を担当する技術者も必要です。産業用ロボットだけでなく、生産ラインの付帯設備や技術者の人件費など、その他のコストもふくめて費用対効果を検証しましょう。

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、完全に自動化できない作業があります。

たとえば、ベテラン労働者の勘やコツを要する熟練技能は、現在の産業用ロボット技術では自動化できない可能性があります。

とくに工場の自動化の障壁となっているのが、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って、人間の目では気づきづらい割れ・欠けなどを容易に発見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

とく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を導入し、生産ラインに産業用ロボットや付帯設備を設置すれば、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正常に稼働させつづけるには、従来よりも高額な保守運用費用が必要です。産業用ロボットに使われるパーツの経年劣化や、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必要です。もし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してしまうリスクもあります。

しかし、産業用ロボットなどの監視やメンテナンスを人手で行う場合、生産工場を自動化するというファクトリーオートメーションの導入目的に合致しません。ファクトリーオートメーションの稼働状況を遠隔監視するシステムを導入し、人の手によらない予防保全に取り組む必要があります。

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、生産ラインの知識だけでなく、産業用ロボットを始めとした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。

たとえば、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、ロボット本体の姿勢やアームの操作を生産ラインに合わせて微調整する作業のことです。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、外部パートナーを確保する必要があります。

また、ファクトリーオートメーションの保守運用に当たる従業員も、従来の生産ラインのメンテナンスの経験に加えて、ITやロボティクスの分野の知識が一定程度求められます。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などのハード面だけでなく、優秀な技術者を始めとしたソフト面の準備も必要不可欠です。

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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大切です。まずは産業用ロボットの導入コストを緩和するため、生産効率を高める工夫をしましょう。

産業用ロボットを効率的に運用するには、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必要があります。ファクトリーオートメーションの導入後に工場のレイアウトを大きく変更するのは容易ではありません。産業用ロボットを搬入する前に工場内のレイアウトを決めておきましょう。

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最初から判断するのは困難です。そのため、工場の自動化に取り組む場合は、スモールスタートを心がけましょう。

まずは生産工程の一部を産業用ロボットで代替することで、ファクトリーオートメーションの効果検証を行えます。工場自動化のノウハウを蓄積したら、いよいよ生産ライン全体の自動化に取り組みましょう。

工場内の遠隔監視システムを導入する

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セットで、工場内の遠隔監視システムを運用するのがおすすめです。

遠隔監視システムを導入すれば、人手をかけずに生産設備の状態をモニタリングし、異常があった場合は自動でアラートを慣らすことができます。また、遠隔監視システムによっては、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必要があります。

しかし、人件費の予算が乏しい場合、外部パートナーを活用するのは困難です。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、自社内部で技術者を育成できないか検討しましょう。

経済産業省の2022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（59.5%）」「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（27.2%）」といった取り組みを行っています。[注1]IT教育の充実やベテラン人材の活用により、ファクトリーオートメーションを担う人材を育成しましょう。

[注1]経済産業省：2022年版ものづくり白書[pdf]

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、工場内の機器や設備を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システムです。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。

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、遠隔監視システムなどのIoTソリューションを活用する方法も効果的です。

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