インダストリー4.0とは？設計原則やIoTとの違いを解説

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インダストリー4.0とは、日本語に訳すと「第4次産業革命」で、ドイツ政府が産官学の三位一体で進めている製造業の新たなアプローチのことです。

従来の生産工場の製造プロセスと、IoT・AI・ロボティクスなどのデジタル技術を組み合わせて、リアルタイムなビッグデータの活用や、生産ラインの自動化・自律化を推し進めることを目的としています。

人と製造機器だけでなく、生産工場のさまざまな機能がネットワークを通じてつながり、リアルタイムで学習することで、あたかも工場が「自分で考える」かのような高度な自律化が可能です。

新製品の開発や既存製品の改良が飛躍的にスピードアップするだけでなく、生産設備の故障や損耗に前もって対処するなど、製造業の人手不足問題にも対処できます。

インダストリー4.0は企業経営に直接関わる人だけでなく、生産現場で働く労働者にも深い関わりがあります。企業内のすべての人間が最新のテクノロジー情報を入手し、インダストリー4.0に向けた準備をすることが大切です。

インダストリー4.0の根幹を支えているのが、「スマートファクトリー（考える工場）」です。

スマートファクトリーとは、生産工場に関わるあらゆる人間、製造機械、情報システム、生産拠点などをネットワークでつなぎ、ビッグデータをリアルタイムに活用することで、工業生産を著しく効率化する仕組みを指します。

とくに従来のライン生産とセル生産の長所を取り入れ、高付加価値の製品を大量に生産することを可能にした「ダイナミックセル生産」が注目を集めています。

実際にスマートファクトリーの先進国であるドイツでは、複数の中小工場をネットワーク上でつなぎ、それぞれの強みをダイナミックに組み合わせることで、生産コストの削減と製品価値の向上を達成した事例があります。

リアルタイムで学習するスマートファクトリーは、もはや人間が逐一指示する必要がなく、生産材料が少なくなれば自動で発注し、ダウンタイムの保守作業もあたかも自分で考えているかのように自律的に行うことができます。

消費者のニーズが多様化し、製品のライフサイクルがどんどん短くなっていくなか、迅速な商品開発が可能なスマートファクトリーの重要性が増しています。

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インダストリー4.0には、相互運用性・情報透明性・技術的進歩・分散型決定の4つの設計原則があります。

人・モノ・システムを互いにつなぐ「相互運用性」

相互運用性とは、工場生産に関わるすべての人・モノ・システムをつなぐことを意味します。

さまざまなセンサーやデバイスが連携し、リアルタイムにデータを収集することで、自律的な意思決定が可能になります。製造機械を直接接続するだけでなく、モノとモノをつなぐ「モノのインターネット（IoT）」、人と人をつなぐ「ヒトのインターネット（IoH）」といったデジタル技術を活用し、工場内や各生産拠点間をネットワークで密接に結びつけるのが目的です。

工場を取り巻くさまざまなデータを可視化する「情報透明性」

製品や製造機械に取り付けられたセンサーやデバイスを通じて、生産過程で生じた膨大な量の情報やデータが、管理者やオペレーターの手元に集まります。

ビッグデータから製品の長所や短所を見つけて製品開発に役立てたり、出荷された商品を追跡して顧客の需要を分析したり、さまざまな情報活用が可能です。

生産現場で働く人々をサポートする「技術的補助」

インダストリー4.0ではセンサーやデバイスを使い、人の目では視覚的に理解するのが難しい情報などを集め、データ収集をサポートすることが可能です。

また、人間にとって重労働となる作業や、危険にさらされる作業を産業ロボットで代替し、より安全で快適な労働環境を作ることもできます。

可能な限り生産ラインを自律化する「分散型決定」

スマートファクトリーにおいてとくに重要なのは、自律的な意思決定を可能にするための「サイバーフィジカルシステム（CPS）」を用いた分散型意思決定です。

CPSとは、センサーなどを通じて現実世界から収集した情報をサイバー空間で定量的に分析し、ふたたび現実世界へフィードバックする仕組みのことです。人間による承認が必要な決定や、安全性に関わる例外的事項をのぞき、生産機械がCPSを通じて自ら高度な意思決定をすることが可能です。

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インダストリー4.0と「モノのインターネット（IoT）」の違いはどこにあるのでしょうか。

IoTとは、インターネットを通じてモノ同士がつながることを意味します。従来は、ネットワークに接続されるのはコンピューターやサーバーなどのIT機器に限られていました。

今ではスマホやタブレット、デジタル情報家電、さらには生産工場で使われるさまざまな生産機器やロボットなどもネットワークに接続できるようになりました。

たとえば、IoTを生産工場に活用することで、ネットワークを経由して生産機械を遠隔操作したり、生産機械に取り付けたセンサーからデータを送ってもらったりすることができます。

インダストリー4.0においては、ただモノとモノがネットワーク上でつながるだけではありません。モノやヒト、製品やサービス、情報システム、外部にある生産工場や機器メーカーなど、工場生産に関わるすべてのものを互いに接続することができます。

たとえば、ネットワークを通じて、複数の中小工場がそれぞれ生産工程を受け持ち、あたかもひとつの生産工場であるかのように機能させることも可能です。ひとつの業務プロセスを完全に自動化・自律化したり、ほかの業務プロセスと組み合わせてさらに生産ラインを効率化したり、IoT技術だけではできないことも可能なのがインダストリー4.0です。

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