プロセス最適化によるスマート製造の推進：インダストリー4.0実現への道

序論

業界ではしばしば、「インダストリー4.0を実現するにはまだ学ぶべきことがたくさんある」と言われます。学ぶべき知識の中で、プロセス（工程技術）は最も基本的で、最初に理解すべきものです。

工場の生産プロセス関連業務全体において、プロセス業務は基礎的かつ主導的な位置にあります。設備が工場の筋肉、センサーとネットワークが神経だとすれば、プロセスは工場の魂です。したがって、プロセスの改善は喫緊の課題です。

1. 既存プロセスのリーン最適化から始め、標準化・リーン化・強靭化を推進する

従来の生産方式であれ、インダストリー4.0環境下のスマートファクトリーであれ、リーンで安定した製造プロセスが必要です。これは現在の効率と品質問題を解決する根本的な道でもあります。

いわゆるスマートファクトリーの「知能」は、技術者が具体的な業務プロセスに基づき、一連の判断要因と思考ロジックを抽出して形成されるもので、人間の知能とは比較になりません。したがって、製造プロセスへの要求は従来の生産方式よりはるかに高くなります。現在の条件下では、不完全なプロセスは生産効率の低下と製品品質の不安定を招くだけですが、インダストリー4.0環境下では、不安定なプロセス手順で予測不能なエラーが発生し、スマートファクトリーの稼働停止と多大な損失を招きます。

2. 実際生産による検証法に頼らず、デジタルツインを導入する

プロセスをリーンかつ安定させるため、もはや実際の生産による検証方法に頼ることはできません。代わりに、インダストリー4.0の重要概念である「デジタルツイン」を導入しなければなりません。これは現実の環境と状態を仮想デジタル空間に統合し、シミュレートして現実の工場と全く同じバーチャル工場を作ることです。この仮想現実環境を用いてプロセス、フロー、計画を検証・フィードバック・改善します。加工プロセスの詳細であれ、マクロなプロセスレイアウト計画の運用であれ、バーチャル工場で検証試験が可能となり、作業の成熟度を大幅に高め、多くの時間とリソースを節約できます。

鋳造、溶接、板金、機械加工などの技術分野でシミュレーションを既に使用し始めていますが、現在の適用範囲は狭く、標準化も不十分です。今後は詳細な計画を策定し、シミュレーション環境を構築し、シミュレーション適用分野を拡大し、真に効果的なシミュレーションを実現し、全環境のリアルタイムシミュレーションを段階的に実現すべきです。

3. 技術的思考を変革する

すべての変化は思考の変化から始まります。従来の技術者の主な仕事は単一工程の工程規定を編纂することでした。将来、プロセス技術者の主な仕事は、プロセス思考のロジックを抽出し、巨大なプロセスデータベースを常に補完・改善・最適化し、プロセス知識データを維持することになり、実際のプロセス設計作業はコンピュータが完了する可能性があります。

プロセス手順は単一工程の形ではなく、複数工程の離散的なプロセスフローになります。製品品質を確保する前提で、プロセスルートを可能な限り柔軟にし、スマートファクトリーの意思決定システムにできるだけ多くの選択肢を提供し、様々な影響要因の総合分析を通じて最適ルートを選択・配置します。

時代遅れの伝統的な技術思想も排除すべきです。最も典型的なのは、クランプ合わせと本体公差のマーク習慣です。

現在の生産プロセスでは、工作機械でのクランプ合わせに多くの工作機械稼働時間を費やし、生産効率を深刻に低下させています。加工精度の継続的な向上と工作機械機能の増加により、クランプ合わせの問題は精密位置決め治具と工作機械の自己位置決め機能で実現可能です。

本体公差マークの習慣は、過去に汎用工作機械で加工していたため、人為的な加工公差外れの確率を減らし、製品合格率を高めるためのものでした。これにより製品の実際の加工サイズが正規分布から逸脱し、量産製品の品質安定性に不利です。

現在、CNC加工設備が広く普及し、加工精度は以前と比べて大幅に向上しています。プロセス寸法に本体公差マークを使用する必要はもはやありません。

4. ロボットとクイックチェンジ治具の応用を研究する

インダストリー4.0が目指す知能化は、人を置き換えることではありません。スマートファクトリーは無人工場ではなく、人と機械が協働してより高い労働生産性を達成することです。

そのため、スマートファクトリーでは人間の不安定要因を排除する努力が必要です。現在の製造業の状況から、高度な無人自動化生産を実現するのは現実的でも経済的でもありません。適切な工程にロボットを導入するのが、安定性と効率を向上させる最良の選択です。ロボットとクイックチェンジ治具の活用で、多品種少量生産に対応し、柔軟性を確保しながら生産効率と安定性を向上させられます。

5. 既存プロセス情報システムを統合し、単一データソースと相互接続を実現する

すべての業務を統一プラットフォームで運用することは、インダストリー4.0の重要な目標の一つです。以前、我々は情報化建設、特にプロセス情報化に多くのリソースを投資しました。様々な業務でプロセス情報化レベルは比較的高いです。しかし、既存の情報化建設には全体計画が欠け、各情報システムは比較的独立しており、情報リソースの共有がなく、情報の孤島を形成し、全体業務効率の向上に大きな障害となっています。したがって、現在では会社全体のレベルに立ち、プロセス情報システムを統一プラットフォームで統合し、情報システムの真の役割を発揮させる必要があります。

インダストリー4.0実現への道のりはまだ長く、学ぶべき知識もたくさんありますが、これらは問題ではありません。チャンスを捉え、実践的な計画を策定し、一歩一歩着実に前進すれば、この過程で自分たちを改善でき、インダストリー4.0はますます近づいてくるでしょう。

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