生産設備とデジタル技術の発展により、工場の生産能力や生産効率を飛躍的に向上させるスマートファクトリーが注目を集めています。資材やエネルギーの価格高騰やグローバル競争の激化、人手不足などの急速な経営環境の変化に柔軟に対応するために、工場のスマート化は競合他社に先駆けて取り組むべきテーマの1つといえます。
今回は、スマートファクトリーの概要や求められる理由・メリット、進め方について解説していきます。
スマートファクトリーとは
スマートファクトリーとは、製造に関わるさまざまなデータと最新のデジタル技術（IoT※1 やAI※2 など）を活用し、工場内の省力化や自動化、生産性や品質の向上、設備や工程の最適化などを継続的に行う次世代型の工場です。現場の状況をリアルタイムに把握し、データに基づいた判断と改善を行うことで、安定した生産と効率的な工場運営を可能にします。
スマートファクトリーの概念は、2011年にドイツ政府が提唱したインダストリー4.0（第4次産業革命）で示されました。インダストリー4.0は、製造プロセスをより円滑なものにし、バリューチェーンの変革や新たなビジネスモデルの構築をもたらすことを目的としています。
参考：総務省『平成30年版 情報通信白書 インダストリー4.0とは』
スマートファクトリーは、単に製造ラインを自動化することを指すものではありません。工場内の設備や工程、作業データを一元的に可視化・分析し、異常の早期検知や品質の安定化、多様化する顧客ニーズへの柔軟な対応などを可能にします。
こうした取り組みにより、属人化しがちな現場業務の標準化や、効率的な工場運営が進み、結果として企業の競争力向上や持続的な成長につながります。スマートファクトリー化は、製造現場を起点としたDX※3 の実現を目指す取り組みといえます。
※1 IoT（モノのインターネット）：さまざまなモノをインターネットに接続すること。
※2 AI（人工知能）：高度な学習や推論、問題解決、生成が可能なコンピューター上の知能。
※3 DX（デジタルトランスフォーメーション）：デジタル技術を活用した業務・事業の変革。
従来の工場とスマートファクトリーの違い
従来の工場では、生産や品質の管理が現場担当者の経験や勘に依存するケースが多く、紙ベースの情報や部門ごとのシステムにデータが分散・蓄積されがちでした。そのため、状況把握や意思決定に時間がかかり、トラブル対応も事後的になりやすい傾向があります。生産最適化の取り組みも、設備・工程単位や部門単位に限定されることが一般的です。
一方、スマートファクトリーでは、センサーやカメラから取得した生産データをリアルタイムに収集・可視化し、AIなどを活用して分析を行います。これにより、設備の異常を事前に把握したり、不良発生の要因を特定したりすることが可能となります。結果として、担当者による属人化が解消され、客観的で最適な判断が可能となるため、品質の安定化や安定的な稼働の維持、工場全体での歩留まり率の向上などが期待できます。
また、省力化や自動化が進むことで、人手不足の影響を抑えつつ、現場担当者が改善活動や付加価値の高い業務に注力できる環境が整います。スマートファクトリーは、製造現場の安定稼働と継続的な改善を実現し、変化の激しい市場環境に対応できる工場づくりを支える重要な取り組みです。
スマートファクトリーが求められる理由やメリット
スマートファクトリーが求められる主な理由やメリットは以下の7つです。
- 深刻化する人手不足と技能継承の限界
- 生産性向上と国際競争力の維持・強化
- 多品種少量・短納期への対応
- コスト削減と収益構造の改善
- 品質安定と不良・トラブルの未然防止
- デジタルツインによる効率化
- 持続可能性・環境対応への要請
それぞれを解説します。
深刻化する人手不足と技能継承の限界
日本の製造業では、少子高齢化により熟練作業者の引退が進み、人手不足と技能継承の困難さが深刻化しています。熟練作業者の経験や勘に依存した属人化は特に大きな課題です。定年退職だけでなく、転職や休職によっても業務が滞るリスクがあるからです。
スマートファクトリーでは、作業工程、ノウハウ、品質をデータ化し、特定の人物に依存しない生産体制を構築します。これにより省人化と安定的な生産が実現でき、従業員の働きやすさと技能継承のしやすさも両立が図られます。
生産性向上と国際競争力の維持・強化
国内の製造業は、グローバル化によって世界のさまざまな企業とも競争にさらされています。スマートファクトリー化が進む先進国の製品や、より低コストで生産される新興国の製品と競合する場合も多いです。こうしたグローバルでの競争が進む現代では、さらなる生産性の向上と国際競争力の維持・強化が不可欠です。
スマートファクトリーによる生産性の向上は、国内での競争優位性だけでなく、グローバル市場との競争にも勝ち残る可能性を高めます。グローバル企業との競争に負けない生産性が確立できれば、自社がグローバル市場に打って出るチャンスも拡がります。
多品種少量・短納期への対応
市場や顧客のニーズは多様化しており、同一商品を大量に生産することよりも、多品種を少量に生産することの重要性が増しています。また、市場や顧客ニーズの変化も早く、競合他社との競争を優位に運ぶためには、より短納期を目指す必要性も増しています。
スマートファクトリーは、IoTやAIを活用して設備や工程をリアルタイムに把握し、生産計画や生産工程を柔軟に変更することが可能です。また、工場全体のデータが連携することによって、原材料の仕入れから納品までの工程も迅速化・最適化されます。これにより、従来よりも納期が短縮され、顧客や取引先からの評価を高めることが期待できます。
コスト削減と収益構造の改善
地政学的リスクの高まりや、世界的なインフレの進行、原材料やエネルギーの需要増大などによって、生産コストの上昇や収益性の低下が課題となっている企業も多いです。しかし、従来式の生産体制では大幅なコスト削減や生産性の向上が難しく、収益性の抜本的な改善が進まないケースも増えています。
スマートファクトリーは、工場全体で生産性の向上を目指す取り組みです。生産に関わるあらゆるデータや問題点が可視化され、継続的な生産効率の改善が行われます。これにより、アイドルタイムや過剰生産、原材料やエネルギーのロス、不良品の発生、出荷や納品待ちなどのロスが減り、無駄なコストの削減や歩留まりの向上による収益力の改善が期待できます。
スマートファクトリー化には、新たな初期投資や維持管理コストも発生しますが、中長期的な視点で業務改革や製造DXを進めることが大切です。
品質安定と不良・トラブルの未然防止
工場で生産される製品の品質は、企業の信頼性やブランド力に直接的な影響を与えます。安定した品質で生産し、不良品や納品後のトラブルを出さないことが、企業業績の向上には欠かせない要素となります。しかし、目視や人の経験に頼った検査では、より早く、より多様な生産が求められる製造現場に完全に対応することは難しいです。各工程で検査や検品は行われていますが、工程が複雑でスピードが求められる現場では、検査をすり抜けてしまった製品が不具合やトラブルを起こすリスクがあります。
スマートファクトリーでは、センサーやカメラで収集したデータをAIが解析し、製品の品質や製造設備の不具合をすべての工程でリアルタイムにチェックできるようになります。不良品を高精度で検出でき、定点監視しているデータから製造設備の交換時期や故障の予兆を早期に検知し、未然にトラブルを防ぐことも可能です。これにより製品の品質向上が目指せるだけでなく、突然の故障で製造ラインが停止したり、生産能力が低下したりするリスクを減らせます。
デジタルツインによる効率化
デジタルツインとは、工場内の設備や生産ライン、工程の状態をデジタル空間上に再現し、現実の工場とリアルタイムに連携させる技術です。IoTセンサーや各種システムから取得したデータをもとに現場をデジタル上に再現することで、実際の稼働状況や生産進捗、品質状態などを高い精度で把握できるようになります。
デジタルツインを活用することで、現実の工場と連動したデジタル空間上で稼働状況を可視化できるので、現場の設備や稼働状況の確認にかかる時間も大幅に削減できます。設備の稼働率や停止時間、作業進捗なども一元的に管理できるので、作業導線の無駄や待ち時間の発生などのボトルネックも特定しやすくなります。
また、デジタルツイン上で生産計画や工程条件を変更し、その結果を事前に検証できるため、現場での試行錯誤や手戻りを減らせます。設備配置の見直しや作業手順の改善などもシミュレーションを通じて検討でき、改善活動のスピードと精度が向上します。
スマートファクトリーの実現手段として、デジタルツインの需要が高まっています。現場の可視化と分析、シミュレーションを通じて無駄を削減し、工場全体の生産性向上と効率的な運営を実現する重要な手段となるからです。
持続可能性・環境対応への要請
年々深刻化する地球温暖化の影響や、世界的なSDGs（持続可能な開発目標）や、ESG投資（環境、社会、ガバナンスという非財務情報を評価した投資手法）への関心の高まりから、製造業においても事業の持続可能性の高さが求められています。また、日本は2050年にカーボンニュートラルの達成をコミットしており、温室効果ガス（GHG）排出量の多くを占める企業の脱炭素化への動きが加速しています。
カーボンニュートラルの達成に必要な温室効果ガスの排出削減は、自社が直接的に排出する温室効果ガスの排出量であるScope1だけでなく、電力調達によって間接的に排出されるScope2も求められます。また、温室効果ガスの排出量が多い大企業では、仕入れ先から納品先に至るまでのサプライチェーン全体で排出されるScope3の削減も求められています。
こうした背景から、顧客や取引先、金融機関、投資家などの企業を取り巻くステークホルダーは、企業や工場の持続可能性の高さや、製造活動が環境に与える影響を重要な評価指標の1つとしています。そのため、環境負荷を抑えた生産活動を行い、地球にやさしい製品を安定して供給する工場づくりが、長期的な企業の成長には欠かせない要素となっています。
従来の工場においても、リサイクル資源の活用や廃棄物の削減、省エネ、再エネ活用などの持続可能性を意識した取り組みは進められてきました。しかし、工場全体の温室効果ガスの排出削減やリサイクル活用などの進捗状況を正確に把握することは難しく、工場内に散在するデータがカーボンニュートラル達成を阻害するボトルネックとなり得ます。
スマートファクトリーでは、工場内の生産設備や生産ライン、作業工程に関するデータがリアルタイムに収集できるため、温室効果ガスの排出量やリサイクルの進捗状況、廃棄物の処理状況、再エネの活用状況なども一元的に管理が可能です。これにより、自社の環境対策への貢献度やカーボンニュートラルの達成状況などを、ステークホルダーに発信することができます。
また、競合他社よりいち早くスマートファクトリー化を実現することで、Scope3の温室効果ガス削減も求められている大企業から、新たな生産や既存製品の増産などのオファーが来る可能性が高まります。
スマートファクトリーの進め方
独立行政法人 情報処理推進機構 (IPA)では、スマートファクトリーの進め方を以下のステップで紹介しています。
- 目的の明確化
- 目指す姿の決定
- 適用範囲の決定と目標設定
- 現状調査と課題の抽出
- 解決策検討
- スマートファクトリーの設計
- スマートファクトリーの構築・導入
- モニタリング
参考：独立行政法人 情報処理推進機構 (IPA) 社会基盤センター『製造分野 DX 推進ステップ例』
①目的の明確化
スマートファクトリーを構築するためには、最初にDX推進の目的を明確にすることが大切です。
経済産業省の『デジタルガバナンス・コード3.0』によれば、DXは「企業がビジネス環境の激しい変化に対応し、データとデジタル技術を活用して、顧客や社会のニーズを基に、製品やサービス、ビジネスモデルを変革するとともに、業務そのものや、組織、プロセス、企業文化・風土を変革し、競争上の優位性を確立すること」とされています。
参考：経済産業省『デジタルガバナンス・コード3.0～DX経営による企業価値向上に向けて～』
顧客や社会のニーズに対し、自社がどのような貢献や価値を提供できるのかを分析し、DXの目的を明確にする必要があります。目的を明確にするためには、以下の2つの分析手法を活用することが有効です。
①As-Is 事業ドメイン分析
As-Is 事業ドメイン分析は、顧客・ニーズ・ノウハウ（強み）の3点視点から、現在の自社の事業価値を把握・整理する手法です。
- 顧客：現在のお客様は誰か？
- ニーズ：現在の顧客は何を求めているか？
- ノウハウ（強み）：自社の提供しているノウハウや強みは何か？
3つの視点から自社の現状を棚卸しし、現在の事業価値について考えてみましょう。
②To-Be 事業ドメイン分析
To-Be 事業ドメイン分析は、自社の将来の姿やあるべき理想の姿から、今後の自社の事業価値を構想・定義する手法です。
- 顧客：新たなお客様は誰か？
- ニーズ：新たにどのようなニーズを求めてくるか？
- ノウハウ（強み）：新たなニーズに対応するためのノウハウや強みは何か？
3つの視点から自社の今後を想像し、将来の事業価値について考えていきましょう。
顧客や社会のニーズに対応するためには、 顧客や社会のニーズを起点に、自社の経営理念・ビジョンと照らし合わせ、「なぜスマートファクトリーが必要なのか」を定義します。 単に「効率化したい」「新技術を使いたい」といった動機では途中で挫折しやすくなるため、本質的な目的を明確にすることが大切です。
②目指す姿の決定
DX推進の本質的な目的が明確になったら、その目的をどのようにして実現するのかを決めていきます。To-Be 事業ドメイン分析の「ノウハウ・強み」に、新しいニーズに対応するために保有しなければならないノウハウ・強みが記載されているはずなので、それをどのようにして保有していくか、どう実現するかを検討していきましょう。
スマートファクトリーは、製造DXを実現するための手段の1つです。その他にスマートプロダクト※4 やスマートサービス※5 もありますが、ここではスマートファクトリーを目指すべき姿として解説を進めていきます。
※4 スマートプロダクト：データとデジタル技術を活用した新たな価値を提供できる製品。
※5 スマートサービス：データとデジタル技術を活用した新たな価値を提供できるサービス。
③適用範囲の決定と目標設定
企業の生産活動に関わる業務は非常に広範囲に及ぶため、まずはスマートファクトリーを導入する適用範囲を決めます。対象を広げすぎると失敗しやすいため、スモールスタートを意識して段階的に進めることが有効です。まずは製造プロセスを中心に取り組みましょう。
適用範囲を決めたら、スマートファクトリーの目標を設定します。スマートファクトリーが実現した際の成果を、目標値として定量的に表しておくことが求められます。
例えば、目標値を定める指標には以下のような項目があります。
- 納入リードタイム（受注してから出荷するまでの日数）
- 製造リードタイム（ラインインからラインアウトの日数）
- カスタマイズ生産品目数（カスタマイズ生産した製品数）
各項目の現在値を調査し、スマートファクトリーで達成したい目標値を設定しておきます。ここで決めた目標値は、のちのモニタリングのステップで達成度合いを判断する指標となります。
④現状調査と課題抽出
適用範囲と目標設定ができたら、次は現在の業務フローを見える化し、デジタル化が必要な部分や重複して作業を行っている部分、情報が活用されていない部分、生産活動においてボトルネックとなっている部分などを抽出し、現状の課題を洗い出していきましょう。
また、『DXを実現するためには？』といった新たな切り口での課題抽出も行っていきましょう。例えば、「顧客からのカスタマイズ要望に臨機応変に応えるためには？」や「業界の常識を覆す圧倒的なスピードで納品するには？」といった大きな視点で課題抽出を行うことも大切です。
⑤解決策の検討
抽出された課題に対する解決策を検討しましょう。課題の中には、紙の電子化や担当者の変更などで比較的容易に対応できるものがあるかもしれません。一方、長年にわたってボトルネックとなっている課題や、大きな視点で抽出した課題については、一朝一夕で解決できるものではないことが想定されます。
課題によって解決策を導き出すことが難しい場合も考えられますが、ここで大切なことはIoTやAIなどのデジタル技術の活用を検討することです。今までの常識や従来の考え方ではできなかったことが、昨今のデジタル技術を使えば可能になることが多くなっているからです。デジタル技術の活用は、スマートファクトリーを成功に導くためのカギといっても良いでしょう。
⑥スマートファクトリーの設計
スマートファクトリーの仕組みを構築するうえでの課題とその解決策をもとに、自社のスマートファクトリーを設計します。現状の業務フロー（As-Is 版）をベースにして、今後の解決策を加えた業務フロー（To-Be 版）を作成していきます。
To-Be 版業務フローは、オペレーションの変更や業務手順の変更といった改善レベルのものから、業務を変えることや新たな仕組みを作るといった大掛かりな改革レベルになる場合があります。理想がすべて実現できれば良いですが、本当にその仕組みが運用できるかという観点も考慮し、スマートファクトリーの設計を行っていきましょう。
⑦スマートファクトリーの構築・導入
設計したスマートファクトリーの仕組みを構築・導入します。構築・導入するシステムは、生産管理システムのような基幹系システムがベースになりますが、ほかにも設備稼働システムや、品質管理システムも対象となります。
スマートファクトリーを実現する方法として、導入コストの削減やスムーズな立ち上げが期待できるクラウドベースのアプリケーションや、SaaS※6 パッケージソフトウェアなどの最新の仕組みも検討してみましょう。最新の技術やこれまでにない視点が自社に取り込まれ、より効率的な生産活動が実現できるかもしれないからです。
※6 SaaS（サース）：ソフトウェアをインターネット経由で利用できるサービス。ユーザーはインストール不要で、そのまま機能を使える仕組み。
⑧モニタリング
スマートファクトリーが稼働したら、期待された効果をあげているかを定量的に評価するためにモニタリングを行いましょう。最新のITシステムの導入や業務改革の実行が目的化されるのを避けるために、計画時に設定した目標値が達成されているかを確認することが大切です。稼働開始から半年までは月1回、運用が落ち着いてきた場合でも3か月に1回は継続的にモニタリングを行いましょう。
製造DXで大切なことは、当初の目標が達成できてもできなくても、そこで取り組みを終わらせないことです。より効率的な改善を目指したり、新たな目標値を設定したりして、スマートファクトリー化の取り組みを継続していきましょう。
スマートファクトリー推進時の注意点
スマートファクトリーは、製造業であれば誰しもが羨む仕組みや考え方であり、競合他社に先駆けて目指すべき姿です。しかし、この仕組みを実現していくためには、時間も労力もかかります。スマートファクトリーが実現できたとしても、生産性が多少上がっただけで終わってしまっては労力と成果が見合いません。
取り組みが途中で挫折したり、中途半端な成果で終わったりすることがないよう、「他社の追随を許さない圧倒的なニッチトップ※7 になる」などの高い目的を掲げ、自社が目指すべき理想の姿を追求し続けていきましょう。
※7 ニッチトップ：誰もがやらないことや、やりたいけどできないことでトップを取ること。
まとめ スマートファクトリーについて
今回は、スマートファクトリーの概要や求められる理由・メリット、進め方について解説しました。
スマートファクトリーは、単なる省人化や効率化の手段ではなく、製造業が持続的に価値を生み出すための製造DXの実現手段の1つです。スマートファクトリーを成功に導くためには、IT技術の導入や自動化を目的にするのではなく、製造DXの本質的な目的を明確にし、自社が目指す理想の姿を決定していきましょう。
競合他社に先駆けてスマートファクトリー化を実現することで、生産効率の向上や競争優位性の確保、先進的な環境対応が目指せ、自社の長期的な成長と高い持続可能性が期待できます。
GREEN CROSS PARKのDX
東急不動産が展開する産業まちづくりプロジェクト「GREEN CROSS PARK（グリーンクロスパーク）」は、スマートファクトリーをはじめとした次世代の産業活動を支えるため、まち全体に先進的なDX基盤整備を行う構想のある新しい産業団地です。高速通信や自動運転技術の先行整備などにより、ここに集う産業に新たな可能性を広げます。
