自動化の最高レベルが見られるのは

台湾の半導体製造施設でマルチドルプロセッサに使用されるシリコンウェハーが製造される際、それは原料の多結晶シリコンから生産され、初期段階から最終工程まで人間の介入なしで行われます。ウェハーは多くの工程段階を経ており、すべては医療手術室の空気よりも千倍清浄なクリーンルーム内で自動化技術によって管理されています。機械同士が連携して作業を完了させます。管理実行システム（MES）は進捗と進行中のプロセスを追跡します。何か問題が発生した場合は、人間のエンジニアの介入なしに自動で問題を修正し、そのイベントをデータベースに記録します。技術の予知保全機能により、機械のダウンタイムに合わせて保守作業がスケジュールされます。これは単なるロボット技術を超えた、すべての運用面が一体化された今日可能な最高レベルの自動化を示しています。このレベルがどのようなものかを理解することは、今日世界に存在し、各種製品の生産プロセスに役立つ自動化の種類を理解することにつながります。.

概要: 生産における最も高度な自動化レベルは、完全に統合され、データ駆動型で自己最適化する工場であり、一般にIndustry 4.0または無人製造（lights-out manufacturing）として知られています。この種の工場では、原材料の到着から完成品の検査・認証・出荷までのすべてのプロセスが自動化され、相互接続され、PLCやSCADAによる機械レベルの操作、MES（製造実行システム）による生産ラインプロセス、ERP（企業資源計画）による業務活動を含む複数のソフトウェア層によって制御されています。.

最高レベルの自動化の姿：完全統合された自己最適化工場

の 最高レベルの自動化 製造においては単一の機械や単一のソフトウェアプラットフォームではありません。それは顧客の注文を最小限の人間介入で出荷製品に変えるために連携する技術の積み重ね、すなわちアーキテクチャです。このアーキテクチャは3つの層からなり、工場が最高レベルで稼働するためにはそれぞれが存在しなければなりません。.

レイヤー1：物理的自動化－機械、ロボット、及び資材搬送。. 最も高度な運用レベルでは、自動化可能なすべての活動が実際に自動化されています。正しい見方では、生産ラインは単に半自動化された複数のステーションが手動で部品を移動させるものではなく、コンベヤシステムやそれに類似したものによって製品がシステム内の一つの位置から別の位置へ連続的に流れるものです。ステーションは組立、溶接などの複雑なプロセスに関連する一つまたは複数の操作を行い、作業者が部品の積み込みや取り出しを行いません。機械は特定のタイプに限定されず、多種多様な製品に対応可能な柔軟性を持っています。機械にはモーターやデバイスの状態を報告するセンサーなど、さまざまな装置が搭載されています。電気保護用途のデバイスを製造する企業にとって、レイヤー1にはMCB、MCCB、コンタクタの組立および試験に使用される製造ラインも含まれます。 MCB自動組立ライン 部品供給、組立、校正、試験、マーキング、仕分けを単一の連続フローに統合し、数秒ごとに校正済みかつ認証されたブレーカーを生産するシステムは、最高レベルの物理的自動化の例です。これらのラインに統合された試験ステーションの詳細については、当社のガイドをご覧ください。 MCB自動検査ラインとは では、すべてのユニットに対して実施される校正、磁気トリップ、高電圧試験について説明しています。.

レイヤー2：データおよび制御インフラストラクチャ—監視制御およびデータ取得（SCADA）システム、製造実行システム（MES）、デジタルスレッド。. 工場の設備は多くの有用なデータを生成します—プロセスパラメータ、品質データ、エラーコード、エネルギー使用量、サイクルタイムなど。最高レベルの自動化はこれらすべてのデータポイントを追跡し、プロセスの文脈を提供し、それを使用するシステムや人に供給する必要があります。SCADAシステムは、PLC、ドライブ、機械上のセンサーからリアルタイムで全データを追跡し、工場の概要を提供し、オペレーターにアラームや逸脱を通知するよう設計されています。MESはSCADAの上位で動作し、生産指示の管理、各アイテムのライン上での進行、ユニットごとのプロセスデータおよび品質データの記録を担当します。MESは認証および保証理解に必要なすべての情報を追跡可能なシステムであり、工場を出た後のすべての回路遮断器は校正情報、試験結果、製造に使用された機械、オペレーター、原材料の情報を示すことができます。ERP（エンタープライズリソースプランニング）システムはMESの上に構築され、注文、在庫、サプライチェーン、財務の管理を行います。のデジタル製造に関する研究は、この垂直統合をIndustry 4.0が約束する生産性、品質、柔軟性の向上を実現する最も重要な要因として特定しています。 マッキンゼー・アンド・カンパニー デジタル製造において、この垂直統合は、インダストリー4.0が約束する生産性、品質、および柔軟性の向上を可能にする最も重要な要素として特定されています。.

レイヤー3：インテリジェンスと自律性—予測分析、AI、およびクローズドループ制御。. 最も高度な自動化レベルは、発生事象を知らせるだけでなく、将来の展開について予測を提供し、人間の指示なしにその予測に基づいて行動を起こします。例えば、予知保全アルゴリズムは、重要なスピンドルやロボットジョイントの振動特性、モーター電流、温度などのパラメータを監視し、要素が故障して予定外の停止を引き起こす前に、次の予定されたダウンタイム中に保守を計画します。AI駆動のビジョンシステムは、ライン速度で各製品の品質を管理し、ルールベースのシステムでは検出できない欠陥を捉え、新たに出現する欠陥タイプを学習して識別します。クローズドループのプロセス制御アルゴリズムは、例えばサーマルトリップユニットの校正や溶接接合の品質パラメータなどの品質パラメータのレベルを監視し、プロセス変数を自動的に調整して、出力が仕様範囲内に留まるようにします。このレベルでは、人間の役割は機械を操作したり、製品を検査したり、情報を記録したりすることではなく、例外を管理し、システムで診断できないケースを調査し、必須の生産決定を行うことです。 国際ロボット連盟（IFR） そして Deloitte AI駆動の品質検査と予知保全の採用が増加していることが記録されており、その傾向は明確です：最高レベルの自動化は、工場が学習するレベルです。.

自動化ピラミッド：手動から自律までの5つのレベル

の 製造における自動化レベルは、最も単純なものが基底にあり、最も高度なものが頂点にあるピラミッドとして説明されることが多いです。以下の表は、5つのレベル、それぞれの主要な特徴、および各レベルが一般的に適している業界と生産量をまとめています。 レベル.

インダストリー4.0フレームワークと自動化のピラミッド

自動化レベルのフレームワークは他のいくつかのフレームワークでも認識されますが、最も一般的なのはドイツ科学技術アカデミー（acatech）を含む機関によって開発され、世界中のさまざまな製造業者やコンサルティング会社で使用されているインダストリー4.0成熟度モデルです。インダストリー4.0は、インダストリー1.0（機械化、蒸気機関）からインダストリー2.0（大量生産と電気）、インダストリー3.0（コンピュータとPLCの開発による一部プロセスの自動化）を経て、最終的に成熟度モデルの最終段階である完全自律型かつデータ駆動型の生産システムに到達する段階として定義できます。このガイダンスで詳述されている自動化レベルは、レベル0（手動）からレベル4（自己最適化）まであり、このモデルに適合しているため、製造業者はより良い生産への旅路における現在の位置と目標の両方を理解できます。実務的な観点からは、レベルのピラミッドは下から構築され、さまざまなタイプの機械が配置され、その後PLCやSCADAシステムを含む各種制御システムが続き、MESを経て最終段階のERPシステムに至ります。レベル4に到達するために単一の機械を購入するだけでは不可能です。自動化アーキテクチャのいかなるレベル間でも誤解がないようにすべての段階を通過する必要があり、そのため製造業者は少なくとも一つのプロセスの自動化から始める必要があります。例えば、この初期段階では、校正や試験などの品質に重要な一つのプロセスの自動化を開始できます。Benlong Automationがすべての製造プロセスで実施している原則は、PLCデバイス、HMI、通信を含むすべての機器が互換性を持ち、連携して動作することで、製造業者が完全自動化生産システムを実装できるようにすることです。.

よくある質問

高度な自動化とは何か？

製造における最高度の自動化は、インダストリー4.0またはLights-Out Manufacturingとして知られる統合されたデータ中心の自己最適化工場で見られます。この自動化により、生産プロセスは完全に自動化され、データはセンサーからERPへ垂直に流れ、工程間で水平に流れます。情報技術を活用した分析により、故障の予測や人間の介入なしにルーチン作業の実行が可能となります。ただし、人間の役割は戦略的であり、例外処理、システムの改善、および自動化システムの能力外の意思決定を含みます。.

自動化のレベルとは何か？

製造における自動化レベルは、5つのレベルの連続として見なされます：レベル0（手動操作）、レベル1（半自動セル—機械の助けを借りてプロセスを実行しますが、材料の取り扱いは手動）、レベル2（完全自動化ライン—プロセスと材料の取り扱いは機械によって行われ、1つの製品向けに配置されます）、レベル3（統合された柔軟な自動化—複数のラインが生産監視システムと自動化された材料取り扱いシステムによってネットワーク接続されています）、レベル4（自己最適化および自己管理の自動化—工場全体が統合され、知能化され、ほぼ自己調整されています）。.

レベル4の自動化とは何ですか？

レベル4の自動化は、最も完全な形態の自動化であり、予測的かつ自己最適化する工場を意味します。すべての材料取り扱いと生産プロセスは物理的に自動化されており、データはセンサーからERPまで、垂直方向および水平方向に完全に統合されています—サプライヤーから顧客まで；AIベースのアルゴリズムが予知保全と閉ループプロセス制御に用いられています。その結果、人間の介入を必要とせずに稼働可能な工場となり、戦略的監督、問題の修正、および継続的な改善の観点でのみ人間の役割があります。.

自動化のレベル3とは何ですか？

自動化レベル3は、スマートで柔軟な相互接続された工場を指します。このタイプの工場では、異なる自動化ラインが中央の製造実行システム（MES）を通じて結合され、生産指示を実行し、作業を監視し、各製品の品質情報を記録します。これらのラインはレシピを変更するだけで任意の製品バリアントに切り替えることが可能です。自動材料取り扱いは、自動誘導車両（AGV）、自律移動ロボット（AMR）、または工場内の自動材料保管の助けを借りて実装されています。完全に統合されたワークフローにより、センサーからMES、ERPシステムまであらゆるレベルでデータを取得できます。自動化レベル3は通常、自動車、医療機器、発電分野で実装されています。.

参考文献

• acatech — Industrie 4.0成熟度指数. ドイツ科学技術アカデミーによる、製造業者の自動化レベルとデジタル統合の評価および推進のためのフレームワーク。.
• マッキンゼー・アンド・カンパニー ― デジタル製造とインダストリー4.0. 垂直および水平のデータ統合の生産性と品質への影響、ならびに最高レベルの自動化を特徴付けるIndustry 4.0技術の投資収益率に関する研究。.
• 国際ロボット連盟（IFR） — 世界ロボットレポート. 業界別および国別のロボット導入に関する年間データ、ならびに自動化ピラミッドの上位レベルを特徴付ける柔軟で統合された自動化の採用率。.
• 国際自動化学会（ISA） — ISA‑95 エンタープライズ制御システム統合標準. 工場フロアとビジネスシステム間の垂直統合のためのアーキテクチャとデータモデルを定義する国際標準—最高レベルの自動化に必要なアーキテクチャ。.

自動化の頂点は、機械、アプリケーション、データ、プロセスが単に相互接続されているだけでなく完全に統合されている工場で実現されます。ここでは、顧客の注文がERP、MES、生産プロセス間をスムーズに移動し、各アイテムの品質関連データがシリアル番号に紐づけられ、アイテムのライフサイクル全体を通じていつでも利用可能であり、逸脱が人間のオペレーターが変化に気づく前に認識、特定、修正されます。このレベルを達成するには大規模な投資が必要です。品質に重要なプロセスの物理的な自動化から始めて、機械とMESを接続するデータインフラを構築し、インテリジェンス、AI、予測分析、クローズドループ制御の仕組みを用いて工場を自己最適化させることで、自動化ピラミッドを基礎から構築することによってのみ可能です。このプロセスは、半自動校正ベンチや組立セルを利用する電気機器メーカーによって開始され、適切な生産量、ROIの向上を証明する十分なデータ、技術使用の経験があれば、他のプロセスにも段階的に適用できます。Benlong Automationは、スタンドアロンおよび半自動機器を用いた工場から自動化ピラミッドを構築するために必要なあらゆる種類の機械を提供します。.