2014年 - VECサロン

Industry 4.0とそのコンセプトについて

欧州ドイツの自動車メーカーの団体が、2008年頃から提案していた、MESの領域のKPI標準化は、2010年頃に具体的仕様検討を重ねてきたISO22400のKPI（Key Performance Index/Indicators）として整理された。

ISO22400で整理されたKPI項目

Efficiency indicators

1. Worker efficiency（労働生産性）
2. Allocation degree（負荷度）
3. Throughput（生産量）
4. Allocation efficiency（負荷効率）
5. Utilization Efficiency（利用効率）
6. OEE Index（設備総合効率）
7. NEE Index（正味設備効率）
8. Availability（設備有効性）
9. Effectiveness（工程効率）

Quality indicators

10. Quality ratio（品質率、良品率）
11. Preparation degree（段取率）
12. Technical usage level（設備保全利用率）
13. First pass yield （直行率）
14. Scrap degree （廃棄度合）
15. Scrap ratio（廃棄率）
16. Production process ratio（工程利用率）
17. Rework ratio （手直率）
18. Fall-off ratio（減衰率）

Capacity index

19. Machine capability index （機械能力指数：Cm)）
20. Critical machine capability index（クリティカル機械能力指数：Cmk）
21. Process capability index （工程能力指数：Cp）
22. Critical process capability index（クリティカル工程能力指数：Cpk）

Environmental indicators

23. Ratio of used material（材料使用率）
24. Harmful substances（有害物質）
25. Hazardous waste ratio （危険物質廃棄率）
26. Comprehensive energy consumption（総合エネルギー消費量）

Inventory management indicators

27. Inventory turns（在庫回転率）
28. Finished goods ratio（良品率）
29. Integrated goods ratio （総合良品率）
30. Production lost ratio（製品廃棄率）
31. Storage and transportation lost ratio（在庫輸送廃棄率）
32. Other lost ratio（その他廃棄率）

Maintenance indicators

33. Equipment load rate （設備負荷率）
34. Mean time between failures（平均故障間隔）
35. Corrective maintenance ratio（改良保全率）

2011年頃から、インターネットを利用したICT（Information and Communication Technology）やIOT（Internet of Things）の時代になり、生産現場の様々なデータや情報をクラウドで扱える時代になった。さらに、クラウドの時代になり、SCM（Supply Chain Management）やERP（Enterprise Resource Planning）やCRM（Customer Relationship Management）と連動して対応していく世界が広がる。更には、環境対策の報告を義務付けする法律が国別に成立したことで、扱うKPIの種類も増えた。

環境対策法規制の代表的なものを以下に挙げる

RoHS指令：RoHS（ローズ、ロハス、ロース、ロス）は、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合(EU)による指令である。2003年2月にWEEE指令と共に公布、2006年7月に施行された。

RoHS２指令：CEマーク改正に伴う
CCC：CCC制度（China Compulsory Certificate system、中国製品安全強制認証制度 ・中国強制製品認証制度 ・ 中国強制認証）とは、中華人民共和国国内に輸入される製品に対して国内技術の標準に適合し、輸入が認められるかを中国政府によって審査され認証が与えられる制度である。この制度は2002年5月1日から適用される。

REACH（Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of CHemicals、リーチ、リーチ法）は、欧州連合における人の健康や環境の保護のために化学物質とその使用を管理する欧州議会及び欧州理事会規則である。また、EU市場内での物質の自由な流通により、競争力と技術革新を強化することも目的にしている。
（REACHは化学物質とその安全な使用・取扱・用途(Use)に関する新しい欧州連合(EU)の法律である。それは、登録(Registration)、評価(Evaluation)、認可(Authorization)、および、規制(Restriction)制度を化学物質(Chemicals)に適用するものである）
作業環境評価基準

また、電力不足対策やエネルギー消費に関心が強くなった今では、商品単位の生産コスト内でのエネルギーコストまで管理する時代となった。

世界の中で、生産能力を持つ国でコストが低いところを選んで、しかも、物流コストが低い物流ルートを確保できる場所に工場を持ち、原料調達ルートと生産拠点と消費地をグローバルに結んで経営していくプラグメンテーション管理がクラウドを利用して採用している大手企業も増えてきた。

それらの課題を扱うのに、クラウドを利用したIndustry 4.0と称するソリューションをSiemensが2013年1月に発表したことで、今、世界中でその話題となっている。

このIndustry 4.0は、
- 1784年の第一次産業革命：機械化　木製の機織り機が機械で生産する時代変革
- 1870年の第二次産業革命：電機化　電力を使った電機で生産する時代変革
- 1969年の第三次産業革命：自動化　自動制御が実用化された時代変革
に次ぐ時代変革であると言うことで、第四次産業革命という意味でIndustry 4.0と言われている。

背景

この背景には、過去20年間で、欧州の製造業は世界市場で１０％以上のシェアを失った。それに対してこの20年間で、新興国が世界市場で占める割合は約４０％に倍増している。ドイツ国内に存在する工場も東欧州やスペインやトルコへ、中国へとシフトしていった。それによって、ドイツ国内の労働雇用問題が大きくなり、ワークシェアリングなどの施策を行ってきたが、それでも追い付かない。海外からの低賃金労働者を多く受け入れていた時代の影響も残っていることから、失業者が多くなり、大きな社会問題となっている。ドイツ政府としてもここで巻き返しをしたいところである。そこに、Industry 4.0というソリューションが出てきたことで国としての支援も加わり、拍車がかかっている状況にある。

日本における現場力はどうだろう。
自動車産業は、タイにマザー工場を置く企業が増えている。インドネシアの工場の労働者は、タイのトレーニングセンターへ研修に行く時代である。また、自動車工場の近くに生産拠点を考える部品供給企業もタイやインドネシアへ展開している。
石油や化学産業では、失われた20年間と言う耐えに耐えた期間から立ち上がろうとしているが、現実にはベトナムやインドネシアなどへ素材加工のプラント工場を建設し、グローバルに供給している事業方針に変わっている。
工作機械業界では、中国へ修理サービス工場を持って中国市場へ展開している企業もあれば、中国企業との協業事業にして、ものづくりの技術を共有する動きも一部にある。
タイで大洪水が起きた時、タイで生産していた製品を日本で生産することになったが、日本では既に生産していない製品であった為に、ものづくり指導をするタイの従業員が日本にやってきて「ものづくりノウハウ」を日本の社員に指導するという逆現象が起きている。
ものづくりの現場力は、日本という狭い国土からアジアというエリアに広がっているものの、日本国内の製造業離れは加速的に進んでいる。それでいて、中小企業では、低賃金の労働者が不足しているということで、海外の労働者を受け入れていく政策に転じている。この現象は、大手企業が部品供給する中小企業に低コストを要求することで、中小企業では低賃金労働者を雇用するしか生き残る道が無いという。しかも、国内での発注量が減っていることから中小企業でも少なくなった注文の競争で取引金額を上げることができないという。
現場力で人材力が低下している中で、技術伝承も難しくなっている。
自動化が進んで、緊急停止や立ち上げなどの作業に従事する機会が減ったことで、緊急時対処の経験ができない。雇用の問題で従業員構成がひょうたん型になり、技術伝承継承の流れが途絶えている。高度制御技術などのプロフェッショナルな技術が継承できなかったために、現場にその技術が残っていかない。それで企業の現場技術の強みがいつの間にか消えている。経営者もサラリーマン経営者が多くなって、現場を歩くことが少なり、現場技術力が消えていることに経営者が気づけなくなっている。
日本に現場力は、間違いなく低下している。

ドイツがIndustry 4.0を推進している中で、日本で同じことをしているだけでは、日本が抱えている問題を解決できるとは考えにくい。日本の現場力を活かした製造業の新しい時代変革を必要としているのではないだろうか。

Industry 4.0を実現していくには、現場から上がってくる様々なリアルデータを一時的にプールするデータベースが必要となる。この部分は、クラウドServerにSCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）もしくは、Historical Dataの製品やPIMS（Production Information Management System）やLIMS（Laboratory Information Management System）製品を持たせて数十秒から数分の周期で取り込んでいくことが可能であろう。10msecから1秒周期のデータは現場で収集して、ファイル形式でクラウドの上げていくやり方になろう。それらの現場から上がってくるデータは、それぞれ工業数値の属性を持ってBOMを形成し、そのBOMと属性つながりを持ったData Ware Houseを構成することになろう。
使う側には、オブジェクト単位でBOM（Bill of Material）を形成しAPIを使用して、共有するHMI(Human Machine Interface)を使用したデバイスで運用することになろう。
そして、各種KPIのAPIが存在し、オブジェクトの要請でAPIが使用できるというクラウド環境が求められ、SCMやCRM、ERPなども使用できる環境になるだろう。
これらがクラウドの中で連携していくには、MBSE（Model Based Systems Engineering）というモデリング連携仕様が共通した構成仕様として扱われなければ、APIやBOMの詳細仕様も決まってこない。
条件をつけたデータ群を扱う場合に、それを構成する全てのデータを演算処理していたのでは実用面が損なわれることが多い。そこで使われる技術がクラスタ（Cluster:集合データの特徴を代表するデータ）を扱った技術である。

日本の現場力を支える技術伝承はどうなっていくか。
ART（Augmented Reality Technology：拡張現実感をもたらす技術）が進化している。映画のアイアンマンやTVドラマのAlmost Humanなどでホログラフ表示と３D空間位置センサーを駆使したリアリティなバーチャル空間Interface Technologyである。
それから、既に一部の現場では採用しているCBM （condition based maintenance）予知保全、予防保全がある。

予知保全

予防保全とは、部品寿命で故障が起きた現象の中から故障の前兆を測定できるようにして、前兆をとらえて故障する前に検知する技術を利用して、部品交換時期を知らせる仕組みを持つ保全管理。

予防保全

予防保全は、過去の部品寿命時間を算出し、時期を予測して、部品交換時期を予測したり、調達計画や在庫管理を実施したりする管理手法。

次に、人間の脳の指示に反応して動作する遠隔ロボットの技術AHT（Augmented Human Technology）がある。
人間が入り込むことができない場所での作業を人間ならではの感性を含めた情報収集力や技能力を活かした作業を実現する技術として期待される。

ウェラブルコンピューティング技術も進んできた。
現場で使用する遠隔ツールとしてウェラブルコンピューティングを過去検討した時は、１ｍ高いところから飛び降りても壊れないハードディスクを開発したものをテスト運用してみたりしたが、今は、ハードディスクではなく大容量メモリチップを採用して作ることができる。無線通信技術も進んだことで、ウェラブルコンピューティングデバイスとしては軽いものが市販されるようになってきた。

日本版Industry 4.0を今後検討していくにどのようなことを検討していかなければならないかということで項目を挙げて整理してみると以下のような項目があるだろう。

1. 市場のニーズ動向
2. クラウドServerの基本機能の実地試験
3. 摘要・用途のビジョン
4. 情報の流れ確認
5. 現場力、技術伝承
   ・ART技術採用検討
   ・CBMの運用面対応検討
6. 現場からのデータ取り出し
   ・セキュア通信環境確認
7. 分散データからビッグデータまでの規範モデル設計
8. 用途別分類とオペレーションモデル設計
9. パイロット試験
10. 実用ビジネス

以上