スマートファクトリー

SMART FACTORYの手引き

SMART
FACTORY

スマートファクトリー の 手引き
INDEX
はじめに‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ P.1

スマートファクトリーとはスマート化の第１歩‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ P2.

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ P.3

スマートファクトリーに向けたロードマップ
先進的スマートファクトリーの事例‥‥ P.4～6‥‥‥‥‥‥ P.7～8

MFCAとの連携‥ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ P.9～11
用語集‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ P.12

はじめに
スマートファクトリーとは、ドイツ政府が提唱するインダストリー4.0を具現化した先進的な工場のことです。センサーや設備を含めた工場内のあらゆる機器をインターネットに接続した上で、品質・状態などの情報を見える化し、情報間の因果関係を明らかにして、設備間、設備と人が協調して動作することで実現されます。
この度、静岡理工科大学准教授

加藤丈和様、株式会社大塚商会、富士電機株式会社のご協力を得て、中小企業様向けのスマートファクトリー実現に向けた手引きを作成しました。本手引きが、IoTを活用したものづくり改革の実現と収益改善、新たな雇用創出に繋がる一助となることを期待します。

1

スマートファクトリーとはSociety 5.0やIndustry 4.0 に対応したスマートファクトリーとは？
ポイントは、情報世界と物理世界の融合であるサイバーフィジカルシステムCPS（CyberPhysical System）です。決して難しいものではありません。
物理的対象の動きや相互作用をデータ化して解釈しますが、工場内の製品・部品、設備機械、人の動きなどの物理的対象の動きやそれらの相互作⽤をデータ化して、解析を行います。

CPS＝ Cyber-Physical System = 情報世界と物理世界の融合「万人参加型のスマートな産業・社会」
現状

・CPS における知覚・制御を可能にする人間拡張技術

・超スマート社会におけるデータ流通を促進するセキュリティ技術
・超情報接続社会のための情報入出力
デバイスおよび高効率ネットワーク
・マス・カスタマイゼーションに対応する次世代製造システムの実現

・人間理解に基づく豊かな生活支援環境
・超情報接続社会とクラウド型高度知能
・高性能3次元
迅速精密製造情報・データの価値創出による・革新的な AI 用ハードウエアと AI を使った進化するシステム

・複雑化するミクロ・マクロな問題に対し情報不足、理解不足のまま行われる意思決定・ニーズの超多様化と限定的なカスタマイズ

2030 年

超スマートな産業・社会

・物理社会をサイバー空間が補完

新しい Input

・デジタルものづくりに向けた革新的
計測技術

産業技術総合研究所「第4次産業革命への対応の方向性」
経済産業省「新産業構造ビジョン」を加工工場において重要な対象とは、
１．部品、製品の動き → ICTでスマート化
２．設備機械、工作機械の動き → 電力（エネルギー）を消費する＝電力の動きとして見る
３．人の動きまずは、短期間で効果が見込める電力のEMS（Energy Management System）の導入から入るのがおススメです。
（理由）・安価に計測しやすい、デマンドのピークカットで元がとれる。
・もの、設備、人の動きをデータ化するインフラを少しづつ整備できる。
・可視化、解析したデータに基づいて対策を行う企業文化を養うことができる。
・もの、設備、人の相互の動きを解析すればできることが広がる。

SMART FACTORY

2

スマート化の第１歩
EMS等の導入によって、設備の使用状況、電力使用状況のデータ化、可視化、個別機器の電力消費削減やエネルギー原単位で管理可能
エネルギーマネジメント

ピーク電力の削減、計画的電力使用、瞬間的なリソースマネジメントが可能

クラウド型EMSのシステムイメージ

3

SMART FACTORY

スマートファクトリーに向けたロードマップ
中小工場向けスマートファクトリーに向けたロードマップを示します。
大きくステップ１からステップ５で構成されますが事業所の状況に応じて取捨選択することも可能です。製品化のフローを設備・機械と作業（人の動き）の視点から分析し、改善・対策を通して生産性の向上に繋げていきます。
〈ステップ１〉 エネルギー及び設備、作業に注目したデータ収集・蓄積と見える化（EMS、ICT（AI/IoT）の導入）〈ステップ２〉 マネージメント及び故障通知・予測・分析と稼働率向上〈ステップ３〉 最適製造計画の策定〈ステップ４〉 ERP連携（工数、能力の改善とマスターの最適化）〈ステップ５〉 ロボット・自動化

スマートファクトリーに向けたロードマップ
効率化には現状把握と改善・対策がポイントです
データを元にＰＤＣＡ活動

生産性向上

STEP.2
稼動率向上

設備に注目

故障通知・予測・分析

STEP.1

設備向け

見える化
データ収集・蓄積
情報の可視化（設備・作業・実績）
・可動 停止の収集・稼働状態の収集・段取り メンテナンス 作業者
・生産カウント収集・作業者、作業時間
データを元に活動

あんどん化（迅速対応）

最適メンテナンス実現
ダウンタイムの削減
・予防保全
・予知保全
アシスト

人材育成／技術承継
ベテランのノウハウ継承
・技能のデジタル化
・標準化

データを元に活動

STEP.3

最適製造計画
最適スケジューリング
・工程計画の効率化
・計画、進捗、余力の見える化・作業者の最適配置
・設備の最適配置
・納期管理
・短納期化、在庫削減

STEP.4
連携
工数、能力の改善（マスタの最適化）
最適プロダクトミックス
原価管理
需要管理
調達管理
在庫管理

人材不足環境解消

・遠隔サポート・遠隔指導

連携

STEP.5スマートファクトリー
実現

ロボット・自動化
操業時間拡大(24時間）
・ロボットアーム導入
・不良品自動判定
・遠隔監視・制御連携➡
➡ 時間可動の実現
➡省人化

データ分析
ＢＩ／ＡＩ／ダッシュボード

作業者に注目SMART FACTORY

4スマートファクトリーに向けたロードマップ【可視化】製造ライン遠隔モニタリングサービス
クラウド利用で「いつでも、どこでも、データが見れる」（生産個数、サイクルタイム、ライン状況の把握）

送信機

受信機
・磁気センサー・光センサー・電流センサーなど
25

Copyright©2019 OTSUKA CORPORATION All Rights Reserved.

【障害通知・状況確認】ＩＤＩＳカメラ監視
障害時に通知を受け、障害時の状況を映像で確認
防犯対策、作業事故等の原因究明にも役立ちます
遠隔（管理側）

工場側

・LIVE（現在の状況）
・録画映像（異常時間の映像を確認）（異常はイベント一覧から確認）
生産設備
レコーダー
通知
故障信号入力ストリーミング

・１台のレコーダーで複数のカメラが接続可能
録画用ＨＤＤ 標準2TB（オプションで48TBまで拡張可能）
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5

SMART FACTORY

Copyright©2019 OTSUKA CORPORATION All Rights Reserved.

【不良品判定業務効率化】ＭＭEye
繰返し作業の自動化による作業工数の削減、品質向上
不良サンプルの類似画像を$,により自動生成することで、大量のサンプルデータ収集が不要です。

正常品画像を学習するだけで、高精度な異常検知が可能。

登録した対象を画像中から即時に抽出し、領域を算出。

多種多様な対象物が登録されたどこに属するか分類。

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Copyright©2019 OTSUKA CORPORATION All Rights Reserved.

【故障予知】ＭＭPredict（ライト）モータのデータをエッジデバイスで取得・前処理後、クラウドへ送信し故障を予知します

モータ駆動設備

故障予知結果の画面
MMLink-3G

フィールドバス
ネットワークエッジデバイス
アナログ入力
軸数分データ・モデル作成や故障予知結果の確認
・Webブラウザでのアクセスのため複数ユーザでの同時ログイン可能

・高速サンプリング機能（1ms以下）
・データ前処理機能
・1台当たりモータ8台に対応（設置場所に依存）

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SMART FACTORY6

先進的スマートファクトリーの事例〈富士電機株式会社

三重工場〉

同社は、「生産性と品質の向上」「安全・安心と省人化」と「省エネルギー」を実現するため、SCM（Supply Chain Management）、PLM（Product Lifecycle Management）の２つの軸からIoT化を推進している。省エネを含めた工場全体の最適化を図る「つながるスマート工場」の実現を目指している。

三重スマート化全体像（FEMS・VEMS・製造POPの融合）◆工場稼動情報（FEMS・POP）と自販機制御監視（VEMS）をクラウド環境に統合、エネルギーと操業のムダ・ムラを見える化し工場全体での省エネ・省コストと操業効率の最大化で工場スマート化を実現すると共に実証実験モデル工場として参画し、「三重工場に来れば富士電機省エネ機材の使用事例が体感出来る」工場を目指す！

概念図
電力
ガス

工場内電力見える化
FEMS

エアー

庫内温度

生産ﾗｲﾝ

生産状況見える化
POP

STEP2

STEP3

見える化

分かる化

最適化

温度/熱販売需要

自販機稼働状況見える化
VEMS

STEP1

三重スマート
クラウド

人員

電力
人員
生産実績
生産台数

総経費

圧
縮エネルギー

稼動時間時間© Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved.

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自販機省エネ技術の工場適応マトリックス
視点
自販機省エネ技術

熱 最 最
ロ 適 適ス 制 容
低 御 量
減

缶

自販機

ｶｯﾌﾟ

設備
乾燥炉

１

エコパネル方式（内箱ﾚｽ）

○

○

２

真空断熱材

○

○

○（3層化）

３

オールアルミ製熱交換器

○

○

４

学習省エネ機能○○○（着氷量）

５

ピークカット・ピークシフト機能

○

○

６

蛍光灯調光機能（INV/LED）

○

○

○

７

深夜停止機能○○○（着氷量）

８

コンパクト設計

９

ヒートポンプ機能

○

○

○
○

工場

乾燥炉

施設

空調
空調
照明

待機電力

○
○

温水空調

© Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved.

7SMART FACTORY

22

SCM軸ではIoTを活用した生産設備・ラインの自動化を推進している。PLMでは、標準化、デザイン化、CPS（Cyber-Physical System）活用を推進している。CPS活用による生産設備の準備、工場見える化ダッシュボードの表示、生産ライン設計の高度化・効率化、多変量解析による品質改善・（富士電機技報2018 vol.91 no.3 p.143より）予兆保全が特徴である。

スマート化取組み結果■エネルギーの見える化と魅せる化（全体）■空調エネルギーの見える化■エネルギーの見える化と魅せる化①工場全体、エリア別の瞬時／累積の使用量、発生費用の表示※来場者にも三重工場の実態を理解※従業員に使用量と発生費用を認識させ、省エネ意識を高める（啓蒙活性）②エネルギー費用の見通し精度の向上■空調エネルギーの見える化①エリア、時間毎に空調使用状況を見える化※使用する側の省エネ意識を高める※省エネ委員会のアクションを高める■エネルギーの分かる化■塗装粉体工程■エネルギーの分かる化①外箱溶接、塗装、組立工程のライン設備に関しては、生産台数に対するエネルギー使用量がエネ監データより、読み取ることができるようにした（製造・施設部門向け）※電力、蒸気、エアーの時間単位の使用量※ムダ・ムラの判定⇒省エネ改善レベル■エネルギーの最適化（制御）①原単位（製品1台の生産エネルギー）の設定と予測／実績回収は継続②課題：単体設備までの生産計画／実績回収システムの構築と単体設備のエネ監視システムの拡大■塗装前処理工程© Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved.

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スマート化の取組み状況と今後の展開
実施

エネルギー用途

生産設備

用水

省エネ改善

分かる化
（ムダ・ムラの判定）

単体設備の稼動監視（ＮＣＴ・プレス）生産計画と稼動状況の差異判定

照明点灯・コンセント使用の把握

生産計画に合った照明・ｺﾝｾﾝﾄ使用判定

エアー

使用量の把握生産計画に合った使用量・洩れの判定

空調温度・空調電力量の把握

生産設備最適化（制御）
生産計画に合った予測と実績回収

チョコ停止・
待機ロスの排除生産計画に合った予測と実績回収

ＬＥＤ化の拡大
自動点灯・消灯拡大

ﾃﾞｰﾀ
確認

生産計画に合った予測と実績回収エアー⇒電気転換エアー洩れ削除

運転状況の要否判定

ﾃﾞｰﾀ
確認

温湿度に連動した自動制御

比例制御の拡大
空調機更新

使用量の把握生産計画と稼動状況の差異判定・設備劣化判定（断熱・ﾊﾞｰﾅ劣化）

ﾃﾞｰﾀ
確認

生産計画に合った予測と実績回収

断熱性能の向上
チョコ停止・待機ロスの排除

蒸気使用量の把握

生産計画に合った使用量・洩れの判定

ﾃﾞｰﾀ
確認

生産計画に合った予測と実績回収蒸気⇒ＨＰ化orヒータ化

空調温度・空調電力量の把握

運転状況の要否判定

ﾃﾞｰﾀ
確認

温湿度に連動した
自動制御

ＥＨＰ化拡大

使用量の把握設備温度の把握、冷却温度による要否判定

照明・コンセントガス

ライン設備のみ

システム化
見える化（使用状況の把握）

電力部分実施・拡大中

生産設備

ﾃﾞｰﾀ
確認

冷却温度と連動した自動制御■分かる化⇒エネ監データを確認⇒ライン設備の生産台数と使用量より判定可能■最適化（制御）⇒原単位の設定と生産計画に合った予測と実績回収構築⇒2016年度継続© Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved.

25

SMART FACTORY

8MFCAとの連携〜新たなステップ〜

FEMSと連携したMFCAの先進的な実践モデルの提案
MFCAは、マテリアル（材料とエネルギー）に注目した原価管理手法であり、製造工程におけるマテリアルのフローとストックを物量と金額単位で測定する会計システムです。工程ごとの原材料、エネルギー、廃棄物コスト及びシステムコスト（加工費＋設備の減価償却費）を明らかにし、製品にならない廃棄物などを負の製品としてとらえ、それに係る原材料・エネルギーのコストや加工費についても正確な計算をするところが特徴です。2011年9月にISO14051として国際標準化されました。
下記に概要を示します。

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〈FEMSと連携したMFCAの事例〉
・FEMSによる機器ごとの電力使用データを分析する。
・カメラ映像を活用し、作業ごとの時間を計測し、システムコストの分析を行う。

9SMART FACTORY  /(%# では製品になったマテリアルを正の製品、製品にならなかったマテリアルを  負の製品として、基本的なマテリアルロスを定義します。
  京北商会様の製材工場では下図に示すように、工程毎に投入されるマテリアルを  正の製品と廃棄物・排出物・排液（負の製品）に区分することが出来ます。

マテリアル

原板

丸太

加工前の丸太板材

加工前の丸太

電気工程

原板の入荷

丸太の入荷

製材加工

乾燥

製材加工装置トラック

トラック

ギャングソー

電気乾燥室（送材車付帯角材板材

板材

チップ原料

結束テープ

結束テープ

カビ止め剤

梱包材

梱包

梱包

防カビ処理

チップ加工

結束機

結束機

防カビ槽台車鋸機）

フォークリフ フォークリフ
ト製材所A社の原板加工のプロセスにおけるMFCAの導入事例
正の製品
加工前の原板 加工前の丸太
角材
板材
板材
角材製品
板材製品

廃棄物

養生材

排出物

エンジン排ガス

排液

チップ原料

チップ原料

挽き粉

挽き粉

未回収挽き粉エンジン排ガス

集積集塵機

排風機

トA社
A社

チッパー
（粉砕機）

挽き粉

未回収挽き粉

板材製品

（KD材）

（ＫＤ材）

（グリーン材）

養生材

養生材

薬剤容器

チップ材

挽き粉

マテリアルバランス集計表

2019年
2019年

廃熱
カビ止め剤

p. 11

上記のマテリアルバランス集計表は、工場の工程全体で計算され、マテリアルの種類別にロスの
上記のマテリアルバランス集計表は、工場の工程全体で計算され、マテリアルの種類別にロスの総量と材料費としてのロス金額を表します。（参考値）
総量と材料費としてのロス金額を表します。（参考値）
マテリアルロスが工場の中でどのような位置づけになるのか、全体像を把握することが目的です。
マテリアルロスが工場の中でどのような位置づけになるのか、全体像を把握することが目的です。
従来のMFCAの手法では見落とされていたエネルギーコストやシステムコストも詳しく見える化
従来のMFCAの手法では見落とされていたエネルギーコストやシステムコストも詳しく見える化
することが可能になります。
することが可能になります。

SMART FACTORY

10

マテリアルバランス集計表を元にMFCA計算結果を下記のグラフと表に示します。

１１月生産分 （単位円）
40,000,000
35,000,000
30,000,000
25,000,000
20,000,000
15,000,000
10,000,000
5,000,000
-

投入
原板
燃料リスト
産業廃棄物

正の製品
A

丸太Ａ
燃料車両

B

有価回収物

負の製品

丸太Ｂ

潤滑油

梱包用テープ

薬剤

エネルギーコスト

システムコスト

２５，０１１，
３５０２１，４６１，１０９６５９，
９１０７，９６８，
５３４

１，６５８，８８０

１，８１０，
４６０

１，５７８，
４１８

６０１，
３８０

９３７，
０９９

３７，
３００

３７，
３００

３７，
６２７

３７，
６２７

４，
２９１

４，
２９１

１２，
４００

１２，
４００

６６，
３４３

６６，
３４３

３０，０００３０，０００
１２０，０００

２７７，
３７２

１８８，
８９１

８８，
４８２

１，４５８，
７３６

８５４，
８１９

６０３，
９１７

上記図上の負の製品の金額の大きい赤色丸印に着目して、原因分析を行った結果、次の改善策が判明しました。
・購入丸太の価格と売価の価格交渉根拠の見える化とサイズ変更の余地
・中間製品を工場内で自動加工する機械の新規導入

11

SMART FACTORY〈スマートファクトリーの手引き 用語集〉
IoT(Internet of Things)

CPS（Cyber-Physical System）

モノのインターネット。様々な「モノ」がインターネットに接続され、情報交換することにより相互に制御する仕組み。現在の市場規模は、800億ドルと予測されている。

実世界（フィジカル空間）にある多様なデータをセンサーネットワーク等で収集し、サイバー空間で大規模データ処理技術等を駆使して分析・知識化を行い、そこで創出した情報・価値によって産業の活性化や社会問題の解決を図っていくもの。

AI（Artificial Intelligence）
コ ン ピ ュ ー タ サ イ エ ン ス の 一 分 野 で、言語の理解や推論、問題解決などの知的行動と人間に代わってコンピューターに行わせる技術。

インダストリー4.0
製造業におけるオートメーション化及びデータ化・コンピュータ化を目指す今日の技術的コンセプトにつけられた名称。サイバーフィジカルシステム、モノのインターネット、クラウドコンピューティングなどが含まれる。

Society5.0
サイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間(現実空間)を高度に融合させたシステム
により、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会。

コネクテッドインダストリーズ
2017年3月経済産業省が「人・モノ・技術・組織などがつながることによる新たな価値創出が日本の産業の目指す姿である」として提唱した概念。

MFCA（Material Flow Cost Accounting）
製造プロセスにおける資源やエネルギーロスに着目して、そのロスに投入した材料費、加工費、設備償却費などを「負の製品に掛かるコスト」として総合的にコスト評価を行う原価計算、分析の手法。
MFCAを使って分析、検討されるコストダウン課題は、省資源や省エネにもつながっていく。

ERP（Enterprise Resource Planning）
企業資源計画。システムを指す場合は、企業の基幹業務を統合して総合的な経営を行っていくためのシステム。

FEMS（Factory Energy Management System）
工場全体のエネルギー消費を削減するため、受配電設備のエネルギー管理や生産設備のエネルギー使用・稼働状況を把握し、見える化や各種機器を制御するためのシステム。エネルギー使用量を監視し、ピーク電力の調整や状況に応じた空調、照明、生産ライン等の運転制御等を行う。

SMART FACTORY

12一般社団法人 京都知恵産業創造の森 スマート社会推進部〒600-8009 京都市下京区四条通室町東入函谷鉾町78
TEL. 075-353-2303 e-mail smart@chiemori.jp
URL https://chiemori.jp/smart
2020年2月発行

本事業は、京都府が厚生労働省の「地域活性化雇用創造プロジェクト」の採択を受けて、京都府・京都市をはじめとする産学公・公労使の「オール京都」体制で実施する「京都の未来を拓く次世代産業人材活躍プロジェクト」の一環として取り組むものです。