4-3 工場を可能な限りバーチャル化サイバー・フィジカル

4-3 工場を可能な限りバーチャル化
サイバー・フィジカル・システムにお任せ
→ 長く無駄な時間の排除
50
機械・人間の稼働が定常状態に達するまでの試行錯誤の長い立ち上がり
をコンピュータにお任せ → 一気に短縮。
イメージ図
立
ち
上
が
り
定常状態
時間
機械の立ち上がり･・・長い試行錯誤をコンピュータ内で短時間でシュミレーション
人間の立ち上がり・・・長い試行錯誤をコンピュータによるサポートで一気に短縮
サイバー・フィジカル・システム（CPS; Cyber Physical System）
現実空間
（フィジカル空間）
仮想空間
（サイバー空間）
実データの取り込み
機械と人間の双方を含めた最適な
作業工程を一旦、コンピュータ内で
シュミレーションして確認
機械と人間の双方に対してガイダンスを提供
チューニング
コンピュータ内で、開発、設計、製造の試行錯誤や最適化が行われるため、現実の
世界で試行錯誤を何度も繰り返してようやく最適化にたどり着くというプロセスが無く
なり、格段にスピードアップされる。
52
出典）富士通
53
昔から、職人技は教えてもらうものではなく他人の技を盗め、と言われてきたが、
現代はそのような悠長なことを言っていたら国際競争に負けてしまう。若い作
業員は、画面から動作を指示されて短時間で熟練の技を習熟。
→ 三菱電機のシステムでは、生産性が3倍に
シーメンスのシステムでは、熟練作業員に達するまで通常5年のところ、
3ヶ月で可能
年配の熟練作業員は移動の仕方、手作業、身体の動作などあらゆるものが無駄のない効率
的。だが、若くて経験の少ない若い作業員の動きは無駄が多く非効率。
熟練作業員に工場内GPSを付けて位置情報を取り込み、工場内に設置したライブカメラから
作業員の動きを取り込み（作業員の動きを解析するソフトウエアが既に市販）、作業員の身
体に取り付けた超小型センサーから身体の各部の動き方を取り込む。
可能な限り多くの熟練作業員の動きを取り込むことで、回帰分析により一種の法則性のよう
なものを導き出し、最も無駄のない効率的な動きとしてコンピュータが記憶。個性の強い熟練
作業員の動きは特異点として排除することも可能。
人間の動きと機械の動きを組み合わせた最も効率的な作業方法が、実際の現場に対して、
コンピュータからガイダンスが与えられ、作業員の無理・無駄な動きを無くして負担を無くする。
54
出典）富士通
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ボッシュのシステムでは、ブルートウースで熟練作業員や若い作業員とつなぎ、作業員
に応じた指示を出している。
実際に、ブルートウースで若い作業員が繋がって作業をしている様子
ドイツ・ザールラント州ホンブルグ市ボッシュ・グループのボッシュ・レックスロス社
農機・建機向け油圧機器工場の油圧バルブ組立ライン
出典）日刊工業新聞 2015年10月22日 57
フラウンホーファー研では、コンピュータ画像を見ながら、熟練作業の習熟訓練を行うシ
ステムを開発している。
出典）フラウンホーファー研
新たな生産ラインを立ち上げる際の数ヶ月に渡る長い試行錯誤を、コンピュータ
の中で一気にシュミレーションする。
工場のバーチャル化
が、工場全体に及ぶ
次世代ものづくりソリューション Meister
出典）東芝
59
富士通のシステムでは、工場内の生産工程だけでなく、企画・R&Dから販売・保守に
至る全工程に適用することで、生産性を大幅に向上。
出典）富士通
自動車メーカーなどで採用されている日本のものづくりの強さの源泉と言わ
れている「摺り合わせ型開発」が大幅に時間短縮し、スピードアップ。
［1］仮想大部屋会議
仮想 / 現実のあらゆる情報を手元に集約、可視化
仮想と現実を融合し、離れた場の雰囲気を感じる
必要な時、必要な所に自らの分身をテレポーテーション
開発リードタイムを大幅に短縮
出典）富士通
61
［2］設計／検証の自動化
過去の設計事例を知識化し、学習する
過去の設計の試行錯誤の蓄積から、設計ミスを徹底的に抑制
試作・修正の工数を大きく低減
出典）富士通
62
設計の段階では、設計者をサポートするために多くのデータベースが用意さ
れている。
材料を加工した場合にどのようになるかという加工条件データベースであった
り、「摺り合わせ」に用いる部品・材料に関するデータベース、熟練の職人が保
有する技能を蓄積したデータベース（その技能を回帰分析することで、ある特
定の職人の強い個性を特異点として排除することもできる）、過去の設計事例
（設計ミスを含む）など様々なデータベースを準備しておくことが可能である。
設計者をサポートするシステムには、学習機能、最適化機能、回帰分析機能
などが備わっているため、過去の前例のなかで最も優れたものを設計作業の
出発点とすることが出来る。また、過去の設計の試行錯誤を蓄積することで、
過去に誰かが犯した設計ミスと同じミスを犯しそうになるとアラームで知らせる
など、設計ミスを犯さずに、極めて短時間で設計が可能となる。
製品の設計作業はとどまることなく複雑化しており、エンジニアの負担は益々
増え、やがて限界に達すると予想されている。そのため、可能な限り設計を自
動化することでエンジニアの負担を軽減するものである。
63
設計ミスなどによる長い試行錯誤の設計工程を、ビッグデータ・データベースの
サポートで一気に短縮 → 設計者の負担を大きく軽減
設計者
クラウド
CAD/CAE
分類・編集されたビッグデータ・データベース
学習機能
最適化機能
回帰分析
エンジニアリング
・・・
○○○
データ
ベース
過去の
設計事
例データ
ベース
加工条
部品材
件データ料データ
ベース
ベース
職人の
技能経
験データ
ベース
生産ラインの数ヶ月に及ぶ長く無駄な立上げ期間や段替時間が大幅に短縮
［3］変化・変動への柔軟対応
ロボットの機種に依存しない動作プログラムを自動生成
ロボットが自律的に行動、部品のバラツキや設備の経年劣化に対応
出典）富士通
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設備停止や製造不良を大幅に低減
［4］ものづくりナビゲーション
開発 / 製造データから更新したモデルを元に製造状態を予測
品質、加工費、リードタイム
機能、性能マージン
設計値と実力値のギャップを開発・製造現場にフィードバック、双方の改善をナビ
ゲート改善の横展開を高速化
出典）富士通
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機密性○
コンピュータ内のバーチャル工場でシュミレーションしてみて、実工場に反映。実工場で
実際に行ってみて、不都合な部分があれば、バーチャル工場にフィードバックし、最適な
状態にチューニングされる。
67
出典）富士通
日本は「輸出力」で世界の競争に負けてい
る。特に、日本が競争力が強いとされて
きた品目でさえ負けている。
ドイツのSAP社もこれから、R&D、営業、サプライチェーン、製造、アフターサービスの
全工程に渡ってインダストリー4.0を展開する計画である。
出典）SAP
製品のライフサイクル
本社にビッグデータをフィードバック
顧客
発注
営業
企画開発
設計
工場
製造
梱包
発送
顧客
使用
再
利
用
解
体
インターネット
エンジニアリング統合
DMG森精機のケース；
5000人と1000台の最適な組み合わせの表を従来は長い時間をかけて職
人が作成し、工場の壁に貼り付け。
→今後は、コンピュータが一気に作成。
森雅彦社長へのインタビューから（抜粋）
出典）岩本晃一（2015b）
4-4 システム・オブ・システムズにより世界中の
工場を同時に最適化
部分最適でなく全体最適
72
サプライチェーン、バリューチェーン上にある全ての工場がネットに接続
A社の協力工場、グループ工場、系列工場
インターネット
A社の世界中の工場
水平統合（horizontal integration）
73
Ｄ工場
Ｅ工場
製
品
Ｆ工場
部品材料
Ｇ工場
Ｈ工場
Ｉ工場
Ａ工場Ｂ工場Ｃ工場
「1つの工場」
ネットに接続された全ての工場がバーチャル上あたかも「1つの工場」として、
全体がシステムとして稼働する
A社が世界中に保有する工場、協力工場、取引企業の工場など、サプライチェーン、
バリューチェーン上にある全ての工場がネットに接続される。
ネットに接続された全ての工場がバーチャル上あたかも「1つの工場」として、全体が
システムとして稼働するため、単独では出来なかった数多くの新しい事が「自律的」
かつ短時間で出来るようになり、全体が「最適化」されて「生産性」が大幅に向上する。
また例えば、ある工場である取り組みをしたところ、良い結果が出たとする。それが
瞬時に世界中の工場に伝達され、実践される。一部で実現された最適レベルに世界
中の工場を瞬時に合わせることができる。
個々の工場の制御システム同士を接続し、全体として最適化を目指すシステムを、
「システム・オブ・システムズ（System of Systems）」と呼ぶ。
→ 日立製作所が目指す「共生自律分散制御システム」
75
出典）日立製作所
【岩本所感】
強い会社の社長は気が短い。
「今すぐやれ」に応えるシステムと言える。
そして、作業員の無理・無駄な負担の軽減
人に優しい人間中心のシステム
生産性向上が、「％」でなく、「割」でカウントされていることに注意。
77
5 生産性向上のメカニズム新たなビジネスによる売上増
現在、考えられている中でも代表的な事例
将来の様々な可能性については、現在の知見では予測困難
1
例；日立製作所が製造メーカーとして提供する新しい「サービス」
大量生産の製品を売り切りにする時代の終わり
出典）日立評論 2014 Vol.96 No.12
2
事例
日立、英国の鉄道車両工場が１６年から操業－群雄割拠の時、ＩＴ技術で乱世
の覇者へ日刊工業新聞掲載日 2015年09月04日
日立製作所は海外で初の鉄道車両工場を英国に開設し、２０１６年から操業を始める。鉄道業
界は欧米や中国の企業が世界再編を仕掛ける群雄割拠の時代。日立も海外勢との受注競争や
買収抗争に競り勝ち、風雲児ともてはやされる。鉄道発祥の地・英国で日本流のモノづくりとＩＴ技
術を駆使し、乱世の覇者となりうるか。（編集委員・敷田寛明）
日立の鉄道事業は１９２１年に遡る。当時、山口県下松市にあった造船所を改修し鉄道車両の
生産を始めた。新幹線などの仕事を手がけて発展したが、路線が全国に網羅されると需要は頭
打ちになった。海外に活路を見いだそうと、大型の更新需要が予定された英国への参入を仕掛
けた。
９９年にプロジェクトを始動してから、およそ１０年。当初は仏アルストムなど世界大手に負け続
けたが、現地に製品を持ち込んで品質や性能の良さをＰＲし、総事業費１兆円の都市間高速鉄
道計画（ＩＥＰ）で競り勝った。その数、実に８６６両。これを機に英国工場の建設に踏み切り、海外
市場の本格開拓に乗り出した。
しかも海外では車両の売り切りビジネスではない。車両と保守サービスを一体的に提案しており、
ＩＥＰでは約２７年に及ぶ保守サービスも受注した。保守の技術にはＩｏＴを用いた。電機品や部品
の状態をセンサーで常に監視し、故障を未然に防ぐ仕組みだ。列車の遅延や運休を減らせるほ
か、状態次第では部品交換の時期も延ばせる。
保守で稼ごうとする秘訣は、まさにここにある。世界大手は規模で勝るものの、営業利益率は
５％前後にとどまる。日立も１５年３月期の利益率は４・８％だが、翌期は８・１％を見込んでおり、
２ケタの大台突破が現実味を帯びてきた。
3
日立製作所のＩＥＰ向け車両
4
5-1 「故障予知」サービスによる売上げ増
＊現在、世の中でIoT/M2Mビジネスと呼ばれているものの大部分が、これ。
5
時間の流れ
故障
故障
故障
故障
故障
機器の「寿命」とされる時期
6
「故障予知」サービスは、ビッグデータ解析による新しいビジネスとして現在、
実際に多くの企業で検討されている。
工業製品には、メーカーが「寿命」としている時期がある。だが、必ずしも全て
の機器が「寿命」の時期に正確に故障する訳ではない。
「寿命」よりも早く故障する場合もあれば、「寿命」を遙か超えて使える場合も
ある。
前者の場合、予期せずに故障されると企業活動の一部が停止し損失をもたら
すことがある。
後者の場合、まだまだ使えるのに新品と交換する必要は無く、最後まで使い
切ればコスト削減になる。
また機器の使用時間がメーカーの想定よりも大幅に長く、ほぼ全ての機器が
「寿命」まで保たない場合は、「もう1台どうですか」と営業することができる。
7
故障予知 ;
例1 建設機械メーカー
ショベルカーが工事現場で故障すれば、建設機械が稼働しない空白期間
が生じ、企業にとって損失となるため、ショベルにセンサーを取り付け、送ら
れてくるデータをモニターすることで、事前にショベルの故障を察知すること
ができる。
故障前に現場に飛んでいって部品を交換することにより、空白期間を無くす
るショベルカーの使用頻度が極めて高い場合は、もう1台の購入を勧めるこ
とができる。
例2 地方自治体
上下水道、ガス管、橋梁などの社会インフラにセンサーを組み込み、セン
サーから収集されるデータを解析することで、破損時期を事前に知ることが
出来る。
8
例3 検査機器メーカー
工場の検査工程で使用される検査機器にセンサーを組み込んでデータを
収集することで、検査機器の故障の時期を事前に把握できる。もし検査機器
が故障したまま放置されれば、正常な製品を不良品として判定するため、企
業にとって損失となる。
だがセンサーから送られてくるデータから、検査機器が故障状態に向かっ
ていることが事前に把握できれば、故障に至る前に検査機器を交換すること
ができる。
また、機器の「寿命」を過ぎても十分に機能する機器が把握できれば、検査
機器を最後まで使い切ることができる。
例4 工作機械メーカー
掘削部位に組み込んだセンサーから送られてくるデータにより摩耗状態を
把握することが出来るため、「寿命」よりも早く摩耗する場合には、早期部品
交換を勧める。
工作機械の稼働率が極めて高い場合には、もう1台の購入を勧める。
9
事例
出典）日立パンフレット
10
出典）日立パンフレット
11
センサーから得られるビッグデータを用いた橋梁
の遠隔「故障予知」サービス
出典）国交省
← 従来の熟練作業員による監視
センサーによるビッグデータを用いた監視
↓
データを収集、解析することで、「故障」を事前に予測することも可能。
出典）富士通
■ 中小（中堅）企業のビジネスチャンス
事例
売上高は年
平均7%増
出典）三浦工業
72%×55%＝40% 国内トップシェア
出典）三浦工業株式会社
IoTという言葉が使われる遙か
以前から実施
出典）三浦工業株式会社
出典）三浦工業株式会社
事例
出典）日経産業新聞 2015年8月28日
18
事例
明電舎、１６年度からＩｏＴ活用し水力発電所の設備を遠隔監視－稼働率の向上支援
日刊工業新聞掲載日 2015年08月27日
明電舎は水力発電所の設備を遠隔地から監視し予兆診断を行うクラウドサービス
を２０１６年度に始める。センサーやカメラを設備に搭載し、データを集めて分析。水
漏れなどを素早く把握し、故障を未然に防ぐ。山間部に立地する水力発電所は保守
作業の労力が大きい。ＩｏＴ技術を用いて、作業の効率化と稼働率の向上を支援する。
水力発電機メーカーのイームル工業（広島県東広島
市）と連携して取り組む。
明電舎は水車や発電機などの設備に振動セン
サーや音センサー、マイクロスコープを装着。イン
ターネットを通じ、明電舎のカスタマーセンターや顧
客の情報端末でデータを取得・閲覧する仕組み。蓄
えたデータは予兆診断に活用し、稼働率の向上につ
なげる。
クラウド環境を整えることで、複数の発電所を集中
監視できる。これにより山間部に点在する水力発電
所を巡回し点検する手間や時間を省ける。また騒音
や振動、水・油漏れ、軸振れなど状態変化を早期に
検出でき、故障する前に修理を行える。
21
事例
2015年5月13日株式会社コンテックプレス発表
M2M / IoTソリューション「CONPROSYS™」をグローバルに展開
計測制御・遠隔監視システムの強みを生かしたM2M / IoTプロダクトをグローバル市場
でシリーズ展開
タブレットPCなどのスマートデバイスから設備の稼働状況をいつでも確認することがで
きます。設備に異常があった場合は異常ステータスをEメールなどでお知らせする機能
も提供します。
22
5-2 販売した自社製品の最適な使用方法を顧客
に指南、そこから生まれた利益の一部を還元
23
米国ゼネラル・エレクトリック（GE）；インダストリアル・インターネット
ジェフ・イメルト会長兼CEO
「産業機器メーカーが未来を切り拓く唯一の道は、ハードウエアだけでなく、ソフトウエアを
活用し、膨大な情報を解析できる企業になることだ。」（注3）
10億ドル以上を投じ、2011年11月、カリフォルニア州サンラモンにグローバル・ソフトウエ
ア・センター設立、1000人以上のソフトウエア・エンジニアを一気に採用
顧客に最適運用ソリューションを提供するための共通プラットフォームとしての基本ソフト
ウェア「プレディックス（Predix）」及びビッグデータを収集保管するデータベース「データレ
イク（DataLake）」を開発
これまでGEが販売した産業機器；
航空機エンジン28,200台
風力タービン22,800基
貨物列車21,500両
ガスタービン3,900基など
これらが1％効率化されれば、15年間で、航空機エンジン300億ドル、発電機660億ドル、
鉄道270億ドルなどのコスト削減（GE試算）
→ サービス提供代として一部をGEに還元
24
ジェフ・イメルト会長兼CEO
出典）GE
25
GEが、製造メーカーとして提供する新しい「サービス」
1 産業用機器の販売
1 産業用機器の販売
2 機器が故障したとき、
修理するというサービス
提供
2 顧客が使用中のGE製
品から送られてくるビッグ
データを解析し、
従来
収益機会が1回から4回へ
（1）顧客が使用中の製品
の使用を最適化するよう指
南、顧客に利益をもたらす
→利益の一部をGEに還元
（2）「故障予知」で交換部品
の売上増
（3）GEが次の新製品開発
に活かす
→売上増
インダストリアル・インターネット
26
出典
27
出典）日経産業新聞 2015年9月16日
出典）GE
30
GEの製品群
GE aviation TRU engine
GE energy 3.2-103 Wind Turbine
GE power & water LMS100-PA+ Aeroderivative
Gas Turbine Package (116 MW)
出典）GE
32
航空機エンジン
に大量のセン
サーを設置
↓
ビッグデータ収集
出典）GE
33
＜航空機分野＞
350人の専属アナリスト
GE製エンジンに組み込んだセンサーから送られてくるビッグデータを解
析、それを機体、運航、気候、整備等に関するデータと共に解析するこ
とで、エアアジア社に対して、空港への進入航路、スロットルの噴かし方
などを助言
2014年は約1000万ドル以上のコスト削減
2014年には22社のエアラインが新規契約に応じ、データを提供
＜風力発電分野＞
エーオン（E.ON）の283基の風力タービンに組み込んだセンサーから送
られてくる温度、湿度、風速、風向などのビッグデータを解析、羽根の角
度を変えることで発電量が最大5％増え、タービン1基ごとの利益が最
大20％向上
34
ＧＥ本社
設計部門
解析部門
ビッグデータ
インターネット
センサー
センサー
顧客が使用中のGEの製品
航空機ジェットエンジン
風力発電所
35
エアアジアが当初使用していた
空港への進入経路
空港
GEが提唱した進入経路
36
GEが羽根の角度を提唱
出典）GE
37
GEは、日本におい
ても、同様のサービ
スを開始する。
出典）日経新聞 2015年8月21日
38
利益率が高い川上と川下において重点的にインダストリー4.0を投入するのが効果的
スマイルカーブ
＊最上流の製品企画の利益率と、最下流のサービスの利益率が高く、中間の製造・組立工程は利益率が低い
＊台湾のエイサー社のスタン・シー会長がパソコンの各製造過程での付加価値の特徴を述べたのが始まり
出典：経済産業研究所 RIETI モジュール化と中国の工業発展）
5-3 「単品生産」により消費者のきめ細かい要求
に応えることで、新たな需要の掘り起こし
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事例；中国華南理工大学ベンチャーアイランド
衣服製作プロジェクト「プライベート・テイラー」
衣服の「単品生産」
「中国製造2025」プロジェクトの一環
顧客は自宅のパソコンを見ながら採寸、パターン、デザイン、色などを選択
仮想空間上で仮縫いが行われ、出来上がった衣服を画面のなかにいる自分が着用
それに満足し、指示すれば工場にデータが送られる
工場で衣服製作が開始
72時間以内に自宅に届けられる
→ 既にサイバー・フィジカル・システムが実践
41
事例
フラウンホーファー研究所
オーダーメイド自動車「単品生産」の研究
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事例
ハノーバーメッセ2015 シーメンスのデモ工場
香水の「単品生産」
43
44
スマートファクトリーKLがハノーバーメッセ2013に出展した石鹸水の「単品生産」デモ工場
事例
ハノーバーメッセ2015 イッツオウルの「単品生産」のデモ工場
46
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48
「単品生産」でありながら、開発設計工数が数ヶ月から数分に短縮
49

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