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大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー

ホワイトペーパー

中小企業でも大丈夫!ロボット導入によるスマートファクトリーの実現方法をお教えします。

ロボットの導入によって生産現場の大幅な効率化が期待できます。「でも大企業でないと厳しいでしょう。ウチには関係ないよ」と思っていませんか?そんなことはありません!中小企業でもロボット導入によるスマートファクトリーは実現できます。
中小企業でも可能なロボットの導入方法をお教えします。

このカタログについて

ドキュメント名 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
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取り扱い企業 ミツイワ株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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Foresight Innovating Company 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。 ロボット導入であなたの生産現場も スマートファクトリー © 2020 mitsuiwa corporation
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01 各業界で広がる協働ロボット導入の動き――その背景とは 深刻化する少子高齢化 日本初の産業用ロボットが誕生したのはおよそ半世紀前のこと。それ以降、産業用ロボットは発展を続け、現在まで日本のモ ノ作りの現場を支えてきました。産業用ロボットと聞けば、自動車の大工場で溶接していたり、重いパーツを持ち上げたりし ている姿を想像する人も多いでしょう。 ⦆ 産業用ロボットは、自動車産業や電気・電子産業などを中心に普及してきましたが、近年、様々な分野へ利用が拡大しつつあ ります。食品、化粧品、医薬品の「三品産業」などは、その代表例です。 ⦆ ロボットの導入を急ぐ大きな要因は、急速に進む少子高齢化による人手不足。日本の総人口は、2008年の1億2,808万人を ピークに、減少に転じました。生産年齢人口は今後、大きく減っていくのは確実で、労働力不足が深刻化する中、企業が生き 残るためには、ロボットの活用で省力化・省人化を進め、生産性を高めていくしかありません。 ■産業現場にも大きな影響を与える高齢化 15000 高齢化率(65歳以上人口割合) 総人口 50 12000 40 総 9000 30 高人 齢 口 化 ( 率 万 ( 人 6000 20 % ) ) 3000 10 0 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060(年) そこで今、大きな注目を集めているのが「協働ロボット」です。協働ロボットは、人間と同じ場所で、人間と協調して働け るロボットのことです。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 1
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従来の産業用ロボットとは何が違う? 産業用ロボットは本来危険なものです。力は強いし、動きは早い。人間にぶつかれば、大ケガする恐れがあります。そのため、 モーターの出力が80W以上のロボットは、周囲を柵で囲って、人間が近づかないようにする必要がありました。 しかしこれだと、柵で囲めるだけの広いスペースがある工場でしか導入できない。大がかりな設備が必要なため、導入できる のは大量生産の大規模な事業者に限られてしまうでしょう。 協働ロボットへのニーズの高まりを受け、日本では2013年に規制緩和が行われ、出力80W以上のロボットでも、一定の安全 基準を満たしていれば、人間と同じ場所で働けるようになりました。柵が不要なため、柔軟な生産ラインの構築が可能で、小 規模な事業者でも、ロボットを導入しやすくなっています。 従来、人間とロボットの作業空間が分かれていたときには、それぞれの作業内容も大きく分離していました。しかし協働ロ ボットだと、たとえばロボットが重いものを支えて人間が位置を微調整するなど、人間とロボットの得意なことを組み合わせ た、より柔軟な共同作業が実現できます。 人間の作業を代替しやすいよう、双腕型の協働ロボットも増えてきています。腕が2本あれば、片手で部品を押さえて、もう片 方の手で部品を取り付けるといった、人間に近い作業が可能。設置スペースも人間一人分程度なので、既存の設備を活用しや すく、導入コストを抑えることができます。 従来のロボット 協働ロボット ・柵で囲い、近づけないように制限 ・基準を満たせば柵なしで設置することが可能 ・ロボットのみで完結する作業しかできない ・人間とともに作業を行える 協働ロボットは人間と同じ空間で動くことが前提のため、安全性にも配慮されています。具体的な機能はロボットごとに違 いますが、人間に接触したら停止するようになっていたり、表面を柔らかい素材で覆ったり、様々な対策が取られています。 規制緩和が実現した背景には、このような安全技術の向上がありました。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 2
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02 大企業だけじゃない、ロボット導入のメリット 中小企業でもロボットは使える? 「ウチみたいな中小企業ではロボットなんてとても…」→大丈夫です! 「ウチにはロボットが分かる人もいないし…」→大丈夫です! 以前の産業用ロボットは、大企業の大工場を中心に使われてきました。それは、設備投資の金額が大きく、生産ラインの変更 も大変だったことから、大量生産でなければ、導入が難しかったからです。 しかし協働ロボットであれば、既存設備の中への導入がしやすく、設備投資の費用を抑えることができます。ロボットに動き 方を教える"ティーチング"も簡単になっており、多品種少量生産への対応は比較的容易です。コスト・技術の両面から、中小 企業でもロボットを導入できる環境が整ってきました。 また前述のように、これからは人手不足の深刻化が予想されます。「人手は欲しいけど、そんなに高い給料は払えないし…」と いう問題は、むしろ中小企業でこそ深刻でしょう。この問題の打開策として、期待されるのがロボットの導入です。 たとえば年間人件費が400万円で省人化率が1人だった場合、設備投資に2,000万円かかったとしても、その投資はたった5 年でペイします。その後は人件費分だけ利益となるため、トータルで10年使えば、ロボットの導入により、2,000万円の利益 を生み出すことになるわけです。 ■導入後の試算  例)省人化率1人のロボット導入(1人分の仕事がまかなえるロボットを導入した場合) 人件費 導入費 400万円/1年 2000万円/初期のみ 人件費 ロボット 差額 1年目 400万円 2000万円 -1600万円 5年目 2000万円 2000万円 0円 10年目 4000万円 2000万円 +2000万円 ロボットの導入で期待できる効果は、コストだけに留まりません。単純な作業をロボットに任せ、人間はより付加価値を高 める作業にシフトすることで、企業の競争力が向上します。また過酷な作業から開放されるなど、労働環境が改善した結果、 離職率の低下やモチベーションの向上も期待できます。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 3
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システムインテグレータの役割 ただ、いざロボットを導入したいと思っても、どこから手を付ければ良いのか、分かりにくいかもしれません。 実はロボットは「完成品」ではなく、それ単体では仕事ができません。買えばすぐに使える自動車や家電製品とは、そこが大 きな違いです。ロボットは、モノを掴むハンド(エンドエフェクタ)や、位置を合わせる治具など、周辺も含めた全体的な「システ ム」として考える必要があります。 大企業であれば、社内の生産技術部門がノウハウを持っており、独自にロボットシステムを構築できますが、中小企業には専 門の部署が無い場合の方が多いでしょう。 そのような時に心強い味方となるのが「システムインテグレータ」(SIer)です。SIerは、ユーザーに代わってロボットシステム を構築してくれるサービスを提供しています。2018年には、業界団体として「FA・ロボットシステムインテグレータ協会」 (SIer協会)が発足しており、ミツイワも幹事企業として参画しております。 ロボット導入の定量的・定性的効果を最大化するには、部分最適ではなく、将来を見据えた全体最適が欠かせません。具体 的な導入プロセスについては次節で詳しく述べますが、ユーザーから要望を聞き取り、現状の業務プロセスを分析して、いか に最適なシステムを提案できるかは、システムインテグレータの腕の見せ所です。 ■SIerは中小企業への最適なロボット導入をサポートします ロボットメーカー 中小企業の工場 導入不可 × ロボットはデフォルトでは細かい設定はされてない 中小企業規模では自分たちだけで 現場に応じた設定は導入者側で行う必要がある 現場に応じた設計を行うのは難しい ロボットメーカー 中小企業の工場 スムーズな導入 SIer (システムインテグレータ) Sierが現場の要望に応じて システムの設計や導入のための 最適なロボットを調達 環境整備を行う 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 4
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意外なところでロボットが活躍中 すでに、ロボットは様々な分野・用途で使われています。いくつか導入事例を紹介しましょう。 (出典:経済産業省 一般社団法人日本ロボット工業会監修 『ロボット導入実証事業 事例紹介ハンドブック2016』) 事例1 リネンクリーニングのタオル結束工程(ミツイワ事例) ロボットの導入前は、人間がタオルの束を1つずつ結束していましたが、作業量が多い重労働となっていました。タオルのよう な柔軟物は、ロボットにとって扱いが難しいものですが、コンベア機能を付けたハンドを開発してロボットシステム化を実現。 作業者の人数は3人から2人に減り、労働生産性は1.5倍に向上しました。 事例2 南部鉄急須のホーロー工程 伝統的な南部鉄急須の製造では、サビ止めのために行う内面のホーロー引きにロボットを導入しました。それまでは熟練の 技術者が行っていましたが、急須専用のハンドを開発して、急須の持ち替えを含んだ連続作業を実現。省人化に加え、生産量 も増加したことで、労働生産性は2.64倍に向上しました。 事例3 車載用安全装置部品のトレー移送及び整列工程 作業内容自体は難しくなかったものの、単純作業は、人間がやるとミスしたり、時間のバラツキが出やすい。品質向上、コスト 削減、急激な増産への対応を目的としてロボットを導入したところ、人数は4分の1、労働時間は7.5分の1になり、労働生産 性は45倍と劇的に向上しました。ユーザーへ好印象を与える効果もありました。 事例4 鋳型の成型工程 従来は、射出成型機を使った一連の作業を全て人手に頼っていましたが、その中の可動作業や清掃作業など、負担の大きい 作業をロボットシステム化しました。これにより、生産性は一時的に低下したものの、重作業からの開放を実現。今後、さらに 後工程も追加でロボットシステム化することで、全体最適を見据えた生産性の向上を取り組んでおります。 事例5 パン生地の焼型への投入工程 パン生地は柔らかく、粘着性があるため、従来、ロボット化は難しいと言われていました。しかし、ハンドの素材と形状を工夫 することで、自動化に成功。労働生産性は3.3倍に向上しました。それに加え、無人化による衛生環境の向上も実現。さらに、 毛髪などの混入を予防するという効果も期待できます。 御社の作業も、ロボットシステム化できる可能性は大いにあります。無理だと思い込まず、まずはお気軽にご相談ください。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 5
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03 スマートファクトリー化におけるロボットの導入プロセスについて ロボットを導入する最適な手順 それでは、実際にロボットを導入する場合のプロセスについて、具体的に見ていくことにしましょう。 ロボットシステムの構築プロセスを最適化する管理手法として、経済産業省と日本ロボット工業会は「RIPS」(ロボットシステ ム インテグレーション 導入プロセス標準)を公開しています。RIPSでは、以下のようなプロセスが定義されました。 1. 準備フェーズ(引合、企画構想) 2. 設計フェーズ(仕様定義、基本設計、詳細設計) 3. 製造フェーズ(製造、出荷前テスト) 4. テストフェーズ(総合テスト、ユーザーテスト) プロセス(工程) 概要 顧客内にて自動化要件の取りまとめ及び、費用対効果から予算を検討。 引合 準備 ⇒それを基にしたシステムイメージを提案。 フェーズ 企画構想 要望の要件化。自動化システム構想イメージ(ポンチ絵)を提案し、 全体の概要見積もりを提示。 構想イメージ(詳細)作成及び、要素技術検証の実施。 仕様定義(有償) 実運用考慮のうえ要件を確定し、見積もり前提条件を明確化。 設計 フェーズ 構想イメージ(詳細)から、機能のユニット化。基本設計 また、ロボットや必要な部品の調達。 詳細設計 基本設計を受けて、各機能ユニット内容の具現化。 製造 詳細設計を基に、加工・組立・配線・プログラミングなどの実作業。 製造 フェーズ 出荷前テスト 組み上がった自動システムの内部動作確認。 また、顧客による出荷前立会検査。自動化システムとしての内諾を得る。 実際の使用環境での動作確認。 テスト 総合テスト システムインテグレータ側の最終確認となる。 フェーズ ユーザーテスト 顧客による最終検証。実際の運用に則した検証。(最終確認) 稼働後 運用保守サポート 定期メンテナンスを含む保守サポート。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 6
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1. 準備フェーズ ( 引合、企画構想 ) 準備フェーズでは、システムインテグレータが顧客からヒアリングを行い、要望を元にシステムを提案、概算見積もりを提示 します。提案内容と概算見積もりに合意すれば、プロジェクト化し、設計フェーズに移行。準備フェーズは要素技術検証工程 が無ければ、基本的に無料なので、納得できなければ、この段階で断念しても問題ありません。 現場を最も熟知しているのは、顧客自身です。準備フェーズでは、予め現状の作業内容を整理し、ロボット化したい工程、必 要な精度や生産量などの要求を明確にしておくと、システムインテグレータとの話がスムーズに進みます。ここが曖昧なまま だと、せっかく導入しても使いにくいシステムになってしまう恐れがあります。 顧客内にて自動化要件の取りまとめ及び、費用対効果から予算を検討。 引合 準備 ⇒それを基にしたシステムイメージを提案。 フェーズ 企画構想 要望の要件化。自動化システム構想イメージ(ポンチ絵)を提案し、 全体の概要見積もりを提示。 2. 設計フェーズ ( 仕様定義、基本設計、詳細設計 ) の設計フェーズからは、実際の開発になります。システムの設計を開始する前に、まずは仕様を決める必要があるのですが、 じつはこの仕様定義がかなり重要。システムは、この仕様定義を元に作られます。家の土台のようなもので、最も重要なプロ セスと言えるでしょう。しっかり時間をかけ、決めていく必要があります。 仕様定義では、3Dのビジュアルツールを活用するなどして、より具体的な運用イメージを提示。同時に、要件、開発範囲、ス ケジュール、コスト等を明確にします。 これが曖昧なまま開発を進めると、途中で変更が多くなり、手戻りが頻発しかねません。設計以降の実作業に入ったタイミン グでの仕様変更は、品質の悪化、開発費の増大、納期の遅れを招く原因となるため、この段階でしっかり要件を定義すること が肝心です。何か疑問点などがありましたら、何でも遠慮無くお伝えください。 構想イメージ(詳細)作成及び、要素技術検証の実施。 仕様定義(有償) 実運用考慮のうえ要件を確定し、見積もり前提条件を明確化。 設計 フェーズ 構想イメージ(詳細)から、機能のユニット化。基本設計 また、ロボットや必要な部品の調達。 詳細設計 基本設計を受けて、各機能ユニット内容の具現化。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 7
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3. 製造フェーズ ( 製造、出荷前テスト) 製造フェーズでは、詳細設計に基づき、ハードウェア・ソフトウェアを作成し、動作確認を行います。問題が無ければ、最後の テストフェーズに移行します。 製造 詳細設計を基に、加工・組立・配線・プログラミングなどの実作業。 製造 フェーズ 組み上がった自動システムの内部動作確認。出荷前テスト また、顧客による出荷前立会検査。自動化システムとしての内諾を得る。 4.テストフェーズ ( 総合テスト、ユーザーテスト) 実際の使用環境に設置して、顧客による最終検証を実施します。それらが完了すれば、いよいよロボットシステムの運用が開 始。稼働後は、定期メンテナンスなどの保守サポートが提供されます。 実際の使用環境での動作確認。 テスト 総合テスト システムインテグレータ側の最終確認となる。 フェーズ ユーザーテスト 顧客による最終検証。実際の運用に則した検証。(最終確認) 稼働後 運用保守サポート 定期メンテナンスを含む保守サポート。 RIPSを活用することで円滑なロボット導入が可能に こうした各フェーズにおいて、円滑にロボットの導入を進めるために、何より重要なのは、顧客とシステムインテグレータの間 で正確なコミュニケーションを心がけ、食い違いが無いようにしておくこと。誤解があると、そのたびに手戻りが発生し、工期 や費用を圧迫することになります。 RIPSは、そのために有効なツール。作業工程とドキュメントを標準化することで、開発を見える化、状況を正確に共有できま す。異業種のシステムインテグレータと顧客とでは、使う単語や常識が異なる場合も多々ありますが、共通の言葉でドキュメ ントを策定しておくことは、誤解の低減に繋がるでしょう。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 8
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04 スマートファクトリーが現場を変える 次世代の工場「スマートファクトリー」 また近年、単なる現場のロボット化に留まらない「スマートファクトリー」が大きく注目され始めています。スマートファクト リーは、設備の稼働状況や従業員の作業状況など、あらゆるデータをIoTの活用で収集、取得したビッグデータをAIで解析す ることで、工程全体を効率化・最適化します。 スマートファクトリーは、設計、生産管理、販売・調達等の情報システムとも連携。生産現場の状況に応じて、リアルタイムに 計画を修正するなどして、さらなる品質向上、コスト削減、生産性向上を実現します。うまく活用すれば、新たな付加価値の提 供も可能になるでしょう。 ■従来の工場 各システムや現場が独立したりうまく連携してないため情報の遅れや無駄がある システム 製造ライン × × × × 生産管理 設計 販売・調達 システム システム システム 現場の機械 作業者 ■すべてがデジタル連携されたスマートファクトリー それぞれがリアルタイムでスムーズに連携し効率化、最適化が可能に クラウドなどで包括的にデータを管理し 相互がスムーズに連携 生産管理 設計 販売・調達 現場の機械 作業者 システム システム システム スマートファクトリーの実現には、情報システムとロボットシステムの統合が欠かせません。ITだけ、ロボットだけのシステム インテグレータは多いですが、ミツイワはその両方を得意とするのが強み。生産設備からITまで、各レイヤーのプロジェクト 管理を適切に行い、ワンストップでサービスを提供することができます。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 9
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IoT は手段であって目的ではない スマートファクトリーは「生産現場のデジタル化」であると言えます。これを実現するためのキー技術がIoTですが、IoTを導 入する前の準備段階として、まずは現状の徹底した見える化が必要です。ここで、収益、業務プロセス、顧客ニーズなどを体系 化し、しっかり可視化しておきます。 それからIoTの導入を開始。必要なセンサーの選定、データ通信技術の決定、セキュリティの確保などを行い、リアルタイムの 可視化を実現します。その後、ビッグデータの解析と予知、AIによるリアルタイムの制御自動化などへと、必要に応じてステッ プアップしていきます。 ここで1つ大きなポイントは、スマートファクトリー化は一度に全て完成するものではないということです。まずは小規模な データ収集から始め、段階を踏みながら1つずつ検証し、次の段階に進んでいく。これが、遠回りに見えても実は成功への近 道です。いきなり大規模な開発を進めようとすると、失敗する確率が高くなってしまいます。。 ■スマートファクトリー=生産現場のデジタル化までの順序 IoT導入前 IoT導入後 ス マ ー ト IoTするために必要な前提条件 IoT化していく要件 フ ァ 1 2 3 4 5 6 ク 収益の可視化 業務プロセス 顧客ニーズ リアルタイム BIGデータ リアルタイム ト の可視化 の可視化 の可視化 解析と余地 の制御自動化 リ ー 必要なテクノロジー 必要なテクノロジー 必要なテクノロジー の ・センサー ・データ蓄積 ・AI ・データ通信 ・解析基盤 実 ・セキュリティー 現 ただ、こうしたスモールスタート時には、一般的に、投資対効果が出にくいことも事実。一時的には、生産性が下がってしまう ことさえあるかもしれません。しかし、長期的な視野に立ち、粘り強くプロジェクトを進めることが何より重要と言えるでしょ う。 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 10
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スマートファクトリーの導入はミツイワにおまかせください これまで、ミツイワは様々な業種のお客様のスマートファクトリー化をお手伝いしてきました。 今後、工場のスマートファクトリー化はさらに拡大していくと見込まれます。 スマートファクトリーの導入をご検討の方はぜひミツイワまでお問い合わせください。 Foresight Innovating Company お問い合わせ先 Webサイト sales-info@mitsuiwa.co.jp https://www.mitsuiwa.co.jp/ 中小企業でも大丈夫 ! 大企業だけじゃない。ロボット導入であなたの生産現場もスマートファクトリー 11