工場のIoT化で実現できること、メリットを解説

工場のIoT化とは

工場のIoT化とは、IoT（モノのインターネット）技術の導入により、工場の設備や機械、製造プロセスをネットワークに接続し、リアルタイムにデータを収集・管理・分析する仕組みを指します。従来の方法では得られなかった詳細な情報が得られ、プロセスの改善や効率化につながります。

工場におけるIoT化の具体的な内容としては、センサーによる設備の監視、製造ラインの自動化、遠隔操作などが挙げられます。センサーから得たデータをクラウドなどのネットワークを通じて収集・分析することで、異常の早期発見や品質管理の向上が可能になります。また、AI技術を活用することで、故障の予知や最適な生産スケジュールの立案が可能です。

さらに、IoT化によって得られたデータを見える化することで、経営者や管理者は迅速な意思決定を行うことができます。これにより、迅速な対応が求められる場面でも的確な指示が可能となり、生産性の向上が期待されます。IoT化は、工場をスマート工場へと進化させるための鍵となる技術であり、製造業全体の競争力を高めるために不可欠な要素です。

工場のIoT化でできること

工場のIoT化でできることを以下にて解説します。

稼働の見える化

工場では多くの機械が稼働しており、その状態をリアルタイムに把握することが非常に重要です。IoT技術の導入により、各機械の稼働状況をセンサーで常時監視し、データを収集できます。これにより、機械が正常に稼働しているかはもちろん、稼働時間や停止時間を正確に把握できます。具体的には、機械の温度、振動、消費電力などのデータを収集し、異常が発生した場合に即座にユーザーに通知する仕組みを構築します。たとえば、振動が正常範囲を超えた場合、異常を早期に発見し、直ちにメンテナンスを行うことで、大きな故障を未然に防ぐことができます。このように、運転の見える化は工場の効率化と安全性の向上に貢献します。

工場の生産性向上

工場のIoT化は、生産性向上に大きな効果をもたらします。各機械の稼働状況を細かく監視し、データを分析することで、プロセスを最適化できます。たとえば、ライン速度を調整し、ボトルネック工程を特定して改善します。さらに、データを収集することで、作業員の割り当てを最適化できます。これにより、各従業員の作業効率を最大化し、生産能力を高めることができます。また、IoT技術を活用して自動化システムを導入することで、人の手を介さずに作業を行える環境を整え、エラーやミスを減らすことができます。さらに、リアルタイムのデータ分析によって予測や対応が可能になり、生産計画の柔軟性を確保し、迅速な意思決定を可能にします。

工場のスマート化

工場のスマート化とは、IoT技術を導入し、工場全体で高度に連携したシステムを構築することを指します。スマート工場では、複数の機械やシステムが互いに通信し、効率的に連携します。たとえば、自動化された生産ラインでは、材料供給、製品検査、梱包などの全工程を調整できます。また、AI技術によって生産データを分析し、最適な生産計画を自動的に策定することが可能になります。これにより、在庫管理が最適化され、無駄な在庫の発生を防ぎ、コストを削減することができます。さらに、スマート工場では従業員の安全を確保するシステムも重要です。たとえば、危険な場所にいる従業員の動きをセンサーで監視し、安全確保のための措置を講じることができます。このようなシステムにより、工場のオペレーションは非常に効率的になり、生産性の向上だけでなく、品質の向上にも寄与します。

工場のIoT化の主なメリット

工場をIoT化することのメリットは多岐にわたります。以下に、その代表的なメリットを解説します。

スピーディーな意思決定と対応

工場のIoT化により、データをリアルタイムに収集・分析できるようになり、意思決定や対応のスピードが大幅に向上します。従来、個々の工程や機器の稼働を人手で監視していた場合、情報の取得や判断、指示伝達にどうしても時間がかかっていました。しかし、IoT化された工場では、各機器やセンサーから自動的にデータが送信され、担当者がすぐに確認できます。

たとえば、生産ラインで異常が発生した場合、異常検知システムがリアルタイムに反応し、即座に管理システムにアラートが送信されます。これにより、担当者は問題の早期発見と迅速な対応が可能です。このスピードが、結果的に生産の効率化、トラブルの未然防止、ダウンタイムの削減につながります。

設備保全活動と異常検知

IoT技術を活用することで、設備保全活動の効率化や異常検知の精度向上を図れます。IoTセンサーやデバイスが設備の状態を常時監視し、異常発生時には即座に通知することで、生産ラインの安定性を大幅に向上できます。

このシステムは、機器の振動、温度、圧力などの微細な変化をとらえ、トラブルの予兆をいち早くキャッチします。そのため、定期的なメンテナンスが必要になる前に問題箇所を事前に修理することができ、大きな故障を未然に防ぐことができます。

また、取得したデータを分析することで、設備の保全スケジュールを最適化し、予知保全を実現します。これにより、無駄な保全作業を削減し、メンテナンス効率の向上とコスト削減を実現します。また、設備の稼働率を最大化し、生産ロスを最小限に抑えることができます。

業務分担および人員配置の適正化

IoT化された工場では、作業の見える化により、最適な作業配置や人員配置が可能になります。各工程の作業状況や負荷をリアルタイムに把握できるため、適切なタイミングでの人員配置や作業のシフトが行えます。

たとえば、作業がピークを迎える時期には、あらかじめ人員を追加して対応できます。一方、稼働が少ない時期には、効率を落とさずに人員を減らし、生産性を最大化できます。これにより、業務量の偏りを防ぎ、スタッフのストレスを軽減することが期待できます。

技術の知識化および伝承

工場におけるIoTは、技術やノウハウの知識化・伝承にも大きく寄与しており、IoTシステムを活用することで、工程や作業に関する詳細なデータを容易に記録・蓄積できます。これにより、ベテラン技術者の経験や勘といった暗黙知を客観的なデータとして見える化し、形式知化することが可能です。

たとえば、あるプロセスではどのようなパラメータ設定が最も効率的か、どのようなトラブルが発生しやすいか、といった情報がデータとして残されます。そして、その情報は次世代のエンジニアや技術者に引き継がれ、彼らはそこから学び、スムーズに継承していくことができます。

工場のIoT化の課題と対策

IoT化を進める工場において、考慮すべき課題を具体的な対策と共に解説します。

初期投資コストと解決策

工場へのIoT導入において、初期投資コストは大きな課題の一つです。センサーやゲートウェイなどのハードウェアの購入、通信インフラの整備、データ管理システムの構築、従業員への教育・研修など、相応の資金が必要となります。そのため、ROI（投資対効果）が見えにくい段階でのIoT導入に二の足を踏む企業も少なくありません。

その解決策としてまず有効なのが「段階的導入」です。一気にIoT化するのではなく、効果が期待できる最小限のラインや工程から始めることで、コストを抑えながら導入効果を可視化できます。補助金・助成金の活用も重要です。国や自治体が実施しているDX推進支援制度を活用すれば、初期費用の一部をカバーできます。

さらに、近年は「サブスクリプション型」のIoTサービスも登場しており、初期投資の平準化手段としても有効です。また、既存設備との親和性が高く汎用性の高い機器を選定することで、システム構築や維持コストを抑制できます。

このように、IoT導入の成功には、費用対効果を冷静に見極めながら、柔軟な導入計画と支援制度の活用が欠かせません。

機器・通信選定の重要性

製造現場でIoTを導入する場合、初期段階での機器や通信手段の選定が非常に重要です。まず、目的と課題を明確にし、それを達成・解決するための条件を決めます。その上で、その条件を満たす機器の選定が必要です。

たとえば、配線や工事が困難な場合は無線通信設備が必要となり、大規模プラントでは通信距離や安定性に優れた通信方式が必須です。また、監視カメラの映像を利用した遠隔監視では、映像を伝送できる通信方式が求められます。

既存設備との接続性やプロトコルへの対応も見逃せない要素です。必要なデータ量や応答速度を明確にし、導入目的に応じて適切な機器や通信手段を選択することが、IoT導入成功への第一歩です。

セキュリティ対策の重要性

工場のIoT化を進める際に、セキュリティ対策は極めて重要な課題です。IoT技術の導入は情報をデジタル化し、ネットワークに接続されるデバイスの数が増えます。そのため、サイバー攻撃や情報漏えいのリスクが高まります。

まず、強力なネットワークセキュリティを確立しなければなりません。ファイアウォールや暗号化技術を採用し、外部からの攻撃を防ぎます。また、最新のセキュリティパッチを適用し、システムを定期的にアップデートすることで、セキュリティを維持します。

次に、アクセス管理を厳格に実施しなければなりません。従業員や外部業者のアクセスを制限し、認証技術を使って不正アクセスを防止します。多要素認証を導入すれば、より安全なアクセス管理が可能になります。

さらに、従業員に対するセキュリティ教育も重要です。従業員がセキュリティ意識を持ち、適切な行動を取ることで、内部からのセキュリティリスクを軽減できます。定期的なトレーニングやフィッシング対策を通じて、従業員のセキュリティ意識を高めます。

専門の人材が必要

工場のIoT化を成功させるためには、専門人材の確保が不可欠です。IoT技術には高度で専門的な知識が必要であり、適切な人材がいなければ、導入が遅れたり、運用が不十分になったりする可能性があります。

まず、社内の人材育成が重要です。既存スタッフを対象に定期的な研修を実施し、IoTシステムの理解度や運用スキルを向上させます。そうすることで、社内のリソースを活用しながらIoT化を推進できます。

次に、外部に依頼することも重要な手段の一つです。IoT導入の経験豊富なシステムインテグレーター、サービスベンダー、コンサルタントに依頼することで、導入の初期段階で必要なスキルセットやノウハウを提供してもらいます。この方法により、迅速かつ効率的なシステム導入が期待できます。

最後に、社内にキャリアパスを設定することも重要です。IoT技術に特化した職種を設け、従業員がその道を追求することを奨励します。そうすることで、従業員のモチベーションが高まり、長期にわたって専門的なスキルを身につけることができます。

工場をIoT化する手順

工場をIoT化するための具体的な手順を解説します。

目的の明確化と見える化

工場のIoT化を成功させるためには、まず目的を明確にし、見える化することが重要です。目的を明確にすることで、工場のどの部分を改善したいのか、どの業務を効率化できるのかを把握できます。そして、その目的を達成するための具体的な施策を立案することができます。次に、見える化によってデータや情報を視覚的に捉え、関係者全員で共有することができます。これにより、問題の早期発見と解決が容易になります。たとえば、生産ラインの稼働状況をリアルタイムで把握することで、問題が発生した際の迅速な対応が可能になります。

適切なデータの選定

IoT化を推進するためには、適切なデータの選定が不可欠です。取得するデータの種類や範囲を慎重に選ぶことで、より正確な分析や効果的な改善につなげることができます。たとえば、製造機械の稼働データや品質管理に関する情報など、具体的なニーズに応じてデータを選ぶことが求められます。また、必要なデータを選定する際には、それぞれのデータの取得にかかるコストや時間を評価し、最大限の効果を得られるよう最適なバランスを見極めることが重要です。

システム構築と動作確認

システム構築は、IoT化を進めるうえで欠かせない重要な工程です。まず、選定したデータを収集するために、センサーや通信インフラを導入します。次に、収集したデータを分析し、有益な情報を導き出すためのシステムを構築します。また、システムが正しく機能しているかどうかを確認するための動作確認も必要です。動作確認を通じて、システムが求められる性能を発揮し、データを適切に収集・分析できているかをチェックします。さらに、導入後もシステムの運用を継続し、定期的なメンテナンスや改善を行うことで、持続的な効果を得ることが重要です。

データの見える化と分析

IoT化された工場では、収集したデータの見える化と分析が非常に重要です。データを見える化することで、複雑な情報も視覚的に分かりやすくなり、現場の課題や改善点を素早く特定できます。たとえば、生産ライン全体の稼働状況やエネルギー消費量などをグラフやチャートで表示することで、関係者が次のアクションを判断するための根拠として活用できます。また、データ分析を行うことで、パターンやトレンドを把握できるため、異常の早期発見や予防保全にも役立ちます。こうした取り組みにより、工場の運営効率を最大限に高めることが可能になります。

設備の制御

工場のIoT化によって、設備の制御が大幅に改善されます。IoT技術を活用することで、設備の状態をリアルタイムで監視し、必要に応じて適切な制御を行うことが可能です。たとえば、温度や湿度の管理、機械の稼働状況、エネルギー消費などを細かく制御することで、より効率的な運営が実現できます。設備の制御精度が高まることで、故障の兆候を早期に察知し、トラブルを未然に防ぐことができるため、ダウンタイムの削減にもつながります。このようなIoTによる設備制御の進化は、工場全体のパフォーマンス向上に欠かせない重要な要素です。

工場のIoT化に役立つIoTゲートウェイ「SurfGate2」

工場のIoT化を進める企業にとって、適切なIoTゲートウェイの選定は重要です。IoT技術を導入することで、稼働状況の見える化や生産性の向上、設備保全や異常検知、さらに迅速な意思決定や対応が可能になります。しかし、機器ごとに異なる通信規格やプロトコル、インターフェースが存在する場合、必要なデータが取得できなかったり、既存設備との連携のためにデータ変換が必要となり、手間や追加コストが発生することがあります。また、システムが複雑化することで、管理やメンテナンスの負担が増大するケースも少なくありません。

ここで紹介したいのが、丸紅I-DIGIOグループが提供する産業用IoTゲートウェイ「SurfGate2」です。「SurfGate2」は、工場のIoT化をスムーズに推進するための重要な製品であり、Wi-FiやLTE、LoRaWAN、有線シリアルなどのさまざまな通信規格に対応しています。また、FTP、Modbus RTU/TCP、BACnetなどの多様なプロトコルにも対応したマルチゲートウェイです。さらに、Wi-Fi HaLow通信にも対応しており、長距離かつ最大1Mbpsの通信が可能です。Web UIによる簡単な設定も大きな特徴のひとつです。

「SurfGate2」は、工場内の設備やセンサーなどの機器を効率的に連携させることができ、高い信頼性と充実したセキュリティ対策により、安心してご利用いただけます。