インダストリー4.0とは何か、それを牽引するテクノロジーは何か?

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2023年6月8日
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18世紀の終わりから、私たちは複数の異なる産業革命を経験してきました。そして今、私たちは、製品の生産方法やさまざまな技術の自動化において、大きなデジタル変革の真っ最中にいます。この革命は、第4次産業革命、別名インダストリー4.0と呼ばれています。

1. Industry 4.0とは?

第4次産業革命、すなわちインダストリー4.0は、大きなバズワードの一つとして飛び交っています。インダストリー4.0をよりよく理解するためには、歴史を振り返る必要があります。

最初の産業革命は、1770年代に始まり、手から機械へ、農場から最初の工場へと移行しました。フライングシャトル、ウォーターフレーム、力織機などの革新的な技術により、布を織ったり糸を紡いだりすることが、より身近になりました。布の生産はより速く、より短い時間で、より少ない人手でできるようになったのです。

それから約100年後の第二次産業革命では、電気が来て組み立てラインができ、今日のような工場が建設されるようになりました。工場は広大に広がり、人々の生活は太陽ではなく時計で調節されるようになった。それは人々の生活にとてつもない変革をもたらしました。

第3の産業革命であるデジタル革命は、1970年代に始まりました。この時代は、電子機器やコンピュータのデジタル化、自動化を目撃しました。また、インターネットの発明や原子力の発見も特徴的です。

2. 1.0から4.0への産業の進化

インダストリー4.0の「何を」「なぜ」「どのように」を深く掘り下げる前に、まず1800年代以降、製造業がどのように進化してきたかを理解することが有益である。世界が経験した、あるいは現在も経験し続けている産業革命には、4つの特徴があります。

2.1. 第一次産業革命

1700年代後半から1800年代前半にかけて、第一次産業革命が起こりました。この時代、製造業は、人や動物の手による手作業から、水や蒸気を動力源とするエンジンやその他の種類の工作機械の使用により、人による労働をより最適化した形に進化したのです。

2.2. 第二次産業革命

20世紀初頭、世界は鉄鋼の導入と工場での電気の使用により、第二次産業革命を迎えました。電気の導入は、製造業の効率化を可能にし、工場の機械の機動性を高めることに貢献しました。この時期、生産性を高める方法として、アセンブリーラインのような大量生産の概念が導入されたのです。

2.3. 第三次産業革命

1950年代後半から、第3次産業革命が徐々に起こり始め、工場に電子技術、ひいてはコンピューター技術が導入されるようになりました。アナログや機械的な技術から、デジタル技術やオートメーション・ソフトウェアへの移行が始まったのです。

2.4. 第4次産業革命、またはインダストリー4.0

ここ数十年、インダストリー4.0と呼ばれる第4の産業革命が勃興しています。インダストリー4.0は、モノのインターネット(IoT)による相互接続、リアルタイムデータへのアクセス、サイバーフィジカルシステムの導入により、ここ数十年で重視されてきたデジタル技術をまったく新しいレベルへと引き上げるものです。

インダストリー4.0は、製造業に対してより包括的、相互連携的、全体的なアプローチを提供します。物理とデジタルを結びつけ、部門、パートナー、ベンダー、製品、人を超えたより良いコラボレーションとアクセスを可能にするのです。インダストリー4.0は、企業経営者が自社の事業のあらゆる側面をよりよく制御し理解することを可能にし、生産性を高め、プロセスを改善し、成長を促進するために即時データを活用することを可能にします。

3. インダストリー4.0を推進するテクノロジー

インダストリー4.0

第4次産業革命(Fourth Industrial Revolution)とインダストリー4.0は、基本的に同じ概念を指していますが、異なる文脈で使用されることがあります。

第4次産業革命は、世界経済フォーラムが提唱した概念で、現代の技術革新が経済・社会・産業に革命的な変化をもたらすという考えを表しています。これは、情報技術、ロボット工学、人工知能、バイオテクノロジーなどの領域での急速な進歩によって支えられています。第4次産業革命は、デジタル化と物理世界の融合、人と技術の相互作用、データの重要性などを特徴としています。

インダストリー4.0は、第4次産業革命の中でも特に製造業に焦点を当てた概念です。ドイツ政府が提唱したものであり、製造業におけるデジタル化と自動化の進展を指します。インダストリー4.0では、IoT(モノのインターネット)やビッグデータ、クラウドコンピューティング、人工知能などの技術を活用し、製造プロセスの自動化と最適化を実現します。生産設備やシステムが相互に連携し、リアルタイムでデータを共有し、生産性や効率性を向上させることが目指されています。

つまり、第4次産業革命は広範な経済・社会の変革を指す概念であり、インダストリー4.0はその中の製造業におけるデジタル化と自動化の具体的な取り組みを表しています。ただし、両者の間には重なりもあり、インダストリー4.0は第4次産業革命の一部として位置付けられることが一般的です。

いくつかの分野を含め、デジタル化とバリューチェーンプロセスの自動化が重要であることは分かっています。知っておくべき重要な領域について説明しましょう。

3.1 IoT(Internet of Things)

インダストリー4.0

IoT(Internet of Things)をはじめとするビッグデータ解析。これは、大量のリアルタイムデータを収集することを意味します。産業の場合、このデータは資源計画、顧客関係管理、生産ラインデータ、サプライチェーン情報、配送プロセスなどから収集することができます。リアルタイム分析に適用すれば、より良い意思決定のための洞察を得られるため、これはインダストリー4.0において重要な役割を果たします。

3.2 Industrial Internet of Things (IIoT)

インダストリー4.0

Industrial Internet of Things (IIoT)とは、ロボットや機械、設備にセンサースーツを適用することで、広範囲のリアルタイムデータを収集することができることを意味します。このデータを分析することで、産業界は生産性を最適化し、向上させることができます。最終的には、ダウンタイムを最小化すると同時に、顧客の行動を追跡することができるようになるのです。

3.3 3Dプリンティング

インダストリー4.0

3Dプリンティングは、主にプロトタイピングとストレートツーリングに使用されています。より耐久性の高い素材(チタン、スチール、アルミニウムなど)で3Dプリンティングが使用されているケースもいくつかあり、ガスタービンのコンプレッサーブレードの補修はその一例です。3Dプリンターで作られた金属部品のコストは、現在高いが、急速に縮小している。

3.4 自律型機械

インダストリー4.0

自律型機械は、プログラミング、組み立て、テスト、在庫管理、配送など、人間の介入を最小限に抑えることができる。ソフトウェアは急速に高度化し、同時に、よりユーザーフレンドリーになっています。例えば、オペレーターの入力に基づき、ロボットが制御ソフトを自己作成するようになります。消費者向け製品では、自動車の衝突回避や車線維持制御などが例として挙げられます。

3.5 デジタルツイン

インダストリー4.0

デジタルツインは、物理的なオブジェクトを反映するように設計された仮想モデルです。デジタルモデルは、内部設計、シミュレーション、デザインレビューに使用されます。全体の構造がモデルベースDになれば、どんなデジタルツインも簡単に抽出することができます。デジタルの世界は常に正確で完璧かもしれませんが、現実の世界はそうではなく、設計時と施工時のズレを処理する必要が常にあります。しかし、デジタルモデルは、シミュレーションや是正措置に役立ちます。

3.6 サイバーセキュリティ

インダストリー4.0

インダストリー4.0では、企業の資産や財産はほとんどがデジタル形式で提供され、クラウドストレージは露出とリスクを増大させています。運用上のデジタル障害は明らかであり、したがってITセキュリティは不可欠です。ロバスト性がキーワードとなり、デジタル資産を危険から守るための継続的な開発が行われるでしょう。

3.7 拡張現実(AR)

インダストリー4.0

拡張現実(AR)は、自然環境にデジタルデータを重ね合わせるもので、インダストリー4.0の中核をなすものです。現実世界では、ARは主にゲームに使われています。産業界では、知識伝達、トラブルシューティング、検査、トレーニングに映像ツールを使用するのが一般的です。スマートグラスはARに不可欠な要素であり、オペレーターや技術者が両手を自由に使える必要がある場合に使用されるのが一般的です。しかし、携帯電話やタブレットでも、ビデオストリームを一時停止することができ、両手を自由に使えるため、多くの場合、同じ機能を作り出すことができます。

4. インダストリー4.0を採用する上での課題や障壁は何ですか?

インダストリー4.0

インダストリー4.0の採用には、いくつかの課題や障壁が存在します。以下に代表的なものをいくつか挙げます。

4.1. 技術的な課題

インダストリー4.0は、IoT(モノのインターネット)やビッグデータ、人工知能(AI)などの最新の技術を活用するものです。これらの技術を実装するためには、既存のシステムやプロセスに対して大規模な変更やアップグレードが必要になることがあります。さらに、データセキュリティやプライバシーの問題も重要な課題となります。

4.2. 投資とコスト

インダストリー4.0の導入には、新しい技術や設備の購入、既存のシステムのアップグレード、トレーニングや教育プログラムの実施など、多額の投資が必要です。特に、中小企業や予算の限られた企業にとっては、これらの費用が障壁となる場合があります。

4.3. 人材とスキル

インダストリー4.0では、デジタル技術やデータ分析の専門知識を持つ人材が必要とされます。しかし、これらの専門知識を持つ人材は限られており、競争が激しいです。さらに、既存の従業員に新たなスキルを教育するための時間と費用も必要です。

4.4. インフラストラクチャー

インダストリー4.0の実現には、高速かつ信頼性の高いインターネット接続が必要です。しかし、一部の地域では十分なインフラストラクチャーが整備されていない場合があります。また、産業施設内でのセンサーやデバイスの設置には、適切なネットワークや電力の提供も必要です。

4.5. 標準化と相互運用性

インダストリー4.0の環境では、異なるシステムや機器が連携してデータを共有する必要があります。しかし、異なるベンダーやプラットフォームが使用する異なるプロトコルやインターフェースのために、相互運用性の問題が生じること

があります。標準化の取り組みが進んでいますが、まだ完全に解決されているわけではありません。

これらの課題や障壁を克服するためには、適切な計画と戦略、投資、教育プログラム、パートナーシップの形成が重要です。また、経営者や関係者の意識や文化の変革も必要となります。

5. インダストリー4.0は、労働力や職務にどのような影響を与えるのでしょうか?

インダストリー4.0は、労働力や職務に多くの影響を与えます。以下にその主な影響を説明します。

5.1. 自動化とロボット化

インダストリー4.0の基盤となる技術は、生産プロセスの自動化やロボット化を促進します。これにより、単純で繰り返しの多い作業や危険な作業が自動化されます。従業員は、より高度なタスクや価値のある活動に集中することができます。ただし、一部の労働者にとっては、自動化によって仕事が減少する可能性があります。

5.2. データと分析

インダストリー4.0では、ビッグデータやリアルタイムのデータ収集が重要な役割を果たします。従業員はデータの収集や分析に関与し、生産性や品質の向上に寄与する役割を果たします。データに基づく意思決定や予測分析も重要な職務となります。

5.3. スキル要件の変化

インダストリー4.0では、デジタル技術やデータ分析のスキルがますます重要となります。従業員は新たなスキルや知識を習得する必要があります。プログラミング、データ分析、センサー技術、AIなどの知識が求められます。また、従業員は柔軟性や創造性、問題解決能力などの能力も重要とされます。

5.4. コラボレーションとコミュニケーション

インダストリー4.0の環境では、異なるシステムや部門が連携して作業する必要があります。従業員は他のチームや専門家とのコラボレーションや効果的なコミュニケーション能力を持つ必要があります。

5.5. 新たな職務の創出

一方で、インダストリー4.0は新たな職務や役割の創出ももたらします。データサイエンティスト、AIエキスパート、センサー技術者、サイバーセキュリティ専門家など、新たな専門分野や職種が登場する可能性があります。

総じて言えることは、インダストリー4.0は労働力と職務に大きな変革をもたらします。一部の労働者にとっては仕事の変化や自動化の影響があるかもしれませんが、同時に新たな機会や高度な職務が生まれる可能性もあります。従業員はスキルのアップデートや適応力の向上に取り組む必要があります。また、組織や政府は教育やトレーニングの提供、労働市場の調整など、労働力の変革に対応するためのサポートを行う必要があります。

6. インダストリー4.0に関する3つのよくある質問

インダストリー4.0

6.1. インダストリー4.0とは何ですか?

回答 インダストリー4.0とは、第4次産業革命のことで、自動化、ロボット、人工知能、IoT(Internet of Things)、データ分析などの先端技術が、製造業やその他の産業分野に統合されることを特徴とします。

6.2. インダストリー4.0を推進するキーテクノロジーは何ですか?

回答 インダストリー4.0を推進するキーテクノロジーには、モノのインターネット(IoT)、クラウドコンピューティング、ビッグデータ解析、人工知能(AI)、ロボティクス、付加製造(3Dプリンティング)、サイバーフィジカルシステム(CPS)などがあります。これらのテクノロジーは、産業プロセスにおける相互接続、自動化、インテリジェントな意思決定を可能にします。

6.3. インダストリー4.0を導入することで、どのような効果が期待できるのでしょうか?

回答 インダストリー4.0を導入することで、効率と生産性の向上、サプライチェーンの最適化、製品のカスタマイズ性の向上、品質管理の改善、予知保全、より良い意思決定のためのリアルタイムデータ分析、全体的なコスト削減など、いくつかのメリットがもたらされます。

終わりに

これは、最新のデジタル技術を活用して生産プロセスの自動化や最適化を実現し、産業の進化を促進するものです。さらに、IoT、AI、ビッグデータ、クラウドコンピューティングなどのテクノロジーがIndustry 4.0の基盤を構築しています。

もしあなたがIndustry 4.0に関する追加の情報や質問がある場合は、お気軽にお知らせください。

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