工場自動化のためのステップ

春山周夏
春山技術士CE事務所

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1．はじめに

生産工場自動化の主な目的としては、生産効率の向上、品質の安定化、人件費削減、あるいは人手不足対策などがある。

特に人手不足に関しては
●2018年度版ものづくり白書の第１章、第１節、【１我が国製造業の業績動向】の中に「人手不足の深刻化などの課題も浮き彫りになってきている。」とあるように、日本の製造業全体が抱える問題となっており、自動化による解決が喫緊の課題であると言える。しかし、いきなり工場全体を自動化することは非常に難しい。

そこで本記事では第２章で自動化技術発展の歴史－産業革命とその恩恵－をふりかえり、第３章で工場の自動化レベルを自動車の自動運転レベルになぞらえて“０～５”の６段階にわけて、それぞれについて考えていく。

２章と３章をまとめたものを、産業革命の恩恵とそれによる達成可能な自動化レベルとして図１にまとめた。

一足飛びに全自動化を実現することは難しくとも、それぞれのレベルを実現する技術を把握して一つずつ進めていけば、必ず理想とする工場の姿を実現可能である。

◆あなたの工場の自動化レベルは今どこなのか？
◆短期あるいは中長期で実現したいレベルはどこなのか？

ぜひ確認していただきたい。

図１　産業革命の恩恵とそれにより達成可能な自動化レベル

2．産業革命とFA

18世紀末の第一次産業革命により蒸気という動力が得られ、軽工業が大いに発展した。そして20世紀初頭には電力が大量生産を支える動力源として広く普及した。

またこのころからリレー回路を使ったシーケンス制御と呼ばれる方法で一部の企業では生産工程の自動化が実現されてきた。

シーケンス制御とは「あらかじめ定められた順序又は手続きに従って制御の各段階を逐次進めていく制御」とJISに定義されている。そしてリレー回路とは、電磁力で接点を動作させ電気信号を伝達するための機器である電磁リレー（電磁継電器）を組合わせたものである。

リレー回路を使ったシーケンス制御を実現するには電気回路設計や制御方式などの専門知識と膨大な配線作業が必要であったため、その導入は大手企業などと限定的であった。

第三次産業革命のコンピューター導入と普及に伴いPLCという制御機器が作られた。

PLC（Programable Logic Controller）はラダープログラムという専門のプログラムを使いシーケンス制御を実現するもので、リレー回路に比べて圧倒的に省配線化が可能であった。PLCの普及により工場の自動化（FA:ファクトリーオートメーション）が多くの現場に普及した。

このころから製造実行システム、MESと呼ばれるシステムを開発・導入することで生産ラインの各部を接続して設備や作業者の進捗状況・各種データを一元管理する、いわゆる「見える化」が行われるようになった。さらにMESにより収集したデータに統計処理を施すことで良品・不良品を自動で判別するなど、より高度な自動化が一部では行われてきた。

しかしながらこれらの技術導入には高度なシステム系の専門知識や統計処理の専門家が必要であり、それらの導入はやはり大手企業に限るなど限定的であった。

PLCの登場により自動化が多くの産業に普及したように、通信技術の発達やデータサーバーの大容量化といったいわゆるIoT技術とディープラーニングに代表される機械学習というAI技術の発展（第３次AIブーム）により、従来は高度な専門知識が必要であったデータの一元管理や、その解析による高度な自動化がより多くの現場で実現可能になったのが第四次産業革命と呼ばれる現在と言える。