スマートファクトリー:今ここ

MTU Aero Engines は、ドイツのミュンヘンにある組立工場で、66 時間自律的に稼働できる自動生産プロセスを開発しました。 写真提供：MTU Aero エンジン

コンチネンタルは、ドイツのコルバッハ工場に工業用ホースの高度に自動化された新しい生産ラインを構築するために 490 万ドルを投資しています。 写真提供：コンチネンタルAG

アムジェンは、オハイオ州ニューアルバニーに3億6,500万ドルをかけてスマート工場を建設中です。 写真提供：アムジェン社

電子機器組立業者の Flex は、競争力、持続可能性、健全性を向上させるために、サプライ チェーンのコントロール タワーや IIoT を活用した電子廃棄物のリサイクルなど、さまざまなインダストリー 4.0 の取り組みを実施しました。 写真提供：株式会社フレックス

ルーマニアのウルミにあるアルチェリクの家電組立工場は、100% グリーン電力で電力を供給しており、持続可能性に取り組むためにさまざまなテクノロジーを導入しています。 写真提供：アルチェリク

AI、IIoT、柔軟な自動化を導入した後、CATL のバッテリー組立工場ではライン速度が 17% 向上し、歩留り損失が 14% 減少しました。 写真提供：Contemporary Amperex Technology Co. Ltd.

中国の青島にあるハイアールの家電組立工場は、ビッグデータ、デジタルツイン、高度な外観検査技術を活用して、研究開発を加速し、製造プロセスをアップグレードし、物流スケジュールを改善しました。 写真提供：ハイアール家電

ジェット エンジンのローター ブレード、ガイド ベーン、その他のコンポーネントは高価な材料から作られ、正確な公差に合わせて機械加工されます。 マシンセンターのセットアップには時間がかかるため、このようなコンポーネントは通常、バッチで作成されます。 このプロセスでは、機械の手入れや段取り替えの支援にかなりの人数の人員も必要になります。

しかし、新しいテクノロジーがそのシナリオを変えつつあります。 MTU Aero Engines は、ドイツのミュンヘンにある組立工場で、66 時間自律的に稼働できる自動生産プロセスを開発しました。

プロセスの開始時に、6 軸ロボットがブランクをクランプ装置に配置し、ネジで固定して、5 台のマシニング センターの 1 つにロードします。 機械は穴あけ、フライス加工、研削、測定を行い、すべてが完全に自動化されています。 そしてそれは効率的です。機械が懸命に働いている間、ロボットはすでに次の部品やツールの準備と後処理に取り組んでいます。

「新しいシステムにより、インダストリー 4.0 がエンジン部品の製造における非常に高度な要件さえも満たせることが証明されました」と MTU の高圧タービン ガイドベーンの責任者であるクリスティアーヌ ミュラー氏は述べています。 「また、必要なスペースは従来の生産に必要なスペースのわずか 3 分の 1 です。」

MTU のフレキシブル製造システム (FMS) は、同社が全体的なスマート ファクトリーを構築する第一歩を示します。 制御システムの支援により、施設のマシニング センターはコンポーネントを並行して製造し、人間の介入なしに一度​​に何日も柔軟かつ自律的に動作します。

実際、生産ラインは人間の介入なしで 66 時間自律的に稼働できます。 「これは、週末全体を快適に過ごすのに必要な正確な時間です」と FMS プロジェクト マネージャーのマーク ワイス氏は言います。

機械に内蔵された自律補正機能と予防保全システムにより、プロセスの安定性が確保されます。 これにより、将来的にさらに効率が向上する準備が整います。

従業員は今でも砥石車やその他の工具を手作業で取り付けたり取り外したりする必要があり、タービンブレードの製造に必要な作業手順の 95% には研削が含まれます。 ただし、ドリルビットとフライスはマシニングセンターによって自動的に切り替えられ、測定されます。

このシステムにより、注文処理もより効率的かつ柔軟になりました。これは、ますます小さなバッチ サイズで生産し、顧客の注文に合わせて調整する必要があるという業界の傾向を考慮すると、歓迎すべき開発です。 ご注文は通常70～120個単位で承っております。 新しいシステムを使用すると、高額な設備変更コストを発生させることなく、これらのバッチ サイズを削減できます。

二重構造にすることでダウンタイムを最小限に抑えます。 たとえば、1 つのフライスが工具機械で使用されている間に、別のフライスが次のステップに向けて準備されています。 ロボットセルについても同様です。処理済みのコンポーネントが別の治具から取り外されている間に、新しいブランクが 1 つの治具の所定の位置にクランプされます。

「これは、より柔軟に注文を計画できることを意味します。また、設備の再調整にかかる時間についてあまり心配する必要がなくなります。結局のところ、いくつかの点で当社の生産はより効率的になっています」とミュラー氏は言います。

従来の生産ラインの設備変更には 7 ～ 8 時間を要しましたが、新しいシステムではわずか 15 分で稼働準備が整います。

柔軟な製造のこの段階に到達するには、多くの時間と労力がかかりました。「しかし、同時に、急ではあるが学習曲線の成功から恩恵を受けてきました」とヴァイス氏は言います。 新しいシステムをセットアップしながら古いシステムを実行し続けることは、ロジスティック上困難であることが判明しました。 しかし、2021 年 7 月までに、新しい FMS は完全に稼働しました。

「これは本質的に、MTU だけでなく業界全体にとっても灯台プロジェクトとなっています。この種の自動生産システムは世界のどこにも見たことがありません。特に、この種のコンポーネントや非常にデリケートな製造状況ではなおさらです。」ヴァイスは言う。

ラインの開発には社内の高度な知識が不可欠でした。 MTU はマシニング センター自体をプログラムしました。 ロボット操作によるネジ締めを備えたクランプ ステーションも、MTU のエンジニアによって開発されました。 工具交換セルに関する同社の取り組みも画期的でした。 MTU はパートナーと協力して、まだ存在しないテクノロジーを開発しました。

ミュラー氏は、従来のシステムの経験を活かして同社の従業員が提供する専門知識の重要性を強調します。 「この知識を新しいシステムに組み込むことは、それが人間と機械の間のバランスの取れたパートナーシップを表すことを意味します」と彼は言います。

FMS が完全に稼働すると、MTU は自動化を継続します。 MTU は将来、ミュンヘン工場にさらに大規模な生産ラインを建設する予定です。 「FMS は他のシステムの青写真を作成しました。これらは今後数年間でさらに大規模に出現し、ホール全体を占有することになるでしょう」とワイス氏は言います。

次のステップでは、こうした取り組みを全社的に展開していきます。 「将来的には、MTU は、組立または生産におけるスマート システムに関連する当社の多くの個別の取り組みを結びつけ、それらをデジタル システム全体にリンクさせ、島のソリューションを真のスマート ファクトリーに変えるでしょう」と MTU のデジタル化責任者、ファビアン リンダーマー氏は予測します。 。

ミュンヘンにある MTU の消灯生産ラインは、世界中のメーカーが最先端のテクノロジーを適用して問題を解決し、プロセスを改善している方法の一例です。

ミュンヘンから約527マイル北にある、ドイツのコルバッハにあるコンチネンタルAGの工場でも同様のプロジェクトが進行中である。 コンチネンタルは5月、工場内に高度に自動化された産業用ホースの新しい生産ラインに490万ドルを投資すると発表した。 このラインは年中無休で稼働し、2023年末に稼動する予定である。これは同社にとってコルバッハへの過去10年以上で最大の投資となる。

新しいラインにより、テクノロジー企業は既存製品をより効率的に製造できると同時に、ポートフォリオを拡大して競争力を高めることができます。 新しいラインにより、コンチネンタルは特に産業分野で新たな市場を追求できるようになる。

「新しいラインは当社の製造プロセスを大幅に改善します。当社はより持続可能で、より柔軟に、より安全に、より人間工学的に生産しています」とコルバッハのホース工場長トルステン・ディートマン氏は強調する。 「スマートファクトリーアプローチに基づいてネットワーク化され自動化されたプラント要素は、エネルギー効率の高い生産とプロセスにおける理想的な価値の創造を保証します。」

新しいラインでは年間約500万メートルのホースの生産能力があり、内径38ミリメートルまでのホースを製造できるようになります。 ホースは、食品、水、燃料、冷却剤、その他の液体を運ぶために使用できます。

新しいラインの主な利点はその柔軟性です。さまざまな技術を使用して、ゴムまたはプラスチックの内層を備えたホースを製造できるようになります。

「これにより、当社は非常に高い柔軟性を得ることができます。新しい工場では、標準製品の製造を継続しますが、新しいアプリケーションも追加します。これにより、急速に変化する市場のニーズによりよく適応し、集中的に製品ポートフォリオを拡大できるようになります。」ディートマン氏は言う。

コンチネンタルの投資は、柔軟性と競争力の向上だけを目的としたものではありません。 また、自動車サプライヤーが持続可能性の目標を達成するのにも役立ちます。 新しいリサイクル オプションと追加の材料を処理できる能力のおかげで、コルバッハ サイトは全社戦略に沿って気候変動に影響しない生産に向けて一歩を踏み出しています。

製薬業界も自動化とデジタル変革に投資しています。 昨年の夏、アムジェン社はオハイオ州ニューアルバニーにスマートファクトリーを建設するために3億6500万ドルを投資する計画を発表した。 同社の最先端の組立および梱包プロセスを導入したこの工場では、大量のアムジェン医薬品の自動注射器、注射器、バイアルの組立、ラベル付け、および梱包が行われます。

27万平方フィートの工場の建設は昨秋に始まった。 この施設では最終的に 400 人を雇用し、年間給与は約 4,000 万ドルになる予定です。 このサイトは 2024 年初めにオンラインになる予定です。

アムジェンの製造担当上級副社長、アーリーン・パウリノ氏は、その目標は、組立・包装現場をアムジェンの「最もデジタル的に進んだ施設」にすることだ、と語る。 同社はまた、最新の製造技術を活用することで、予想される医薬品の需要の増加を先取りしたいと考えている。

このスマート施設は、高度なオートメーションとロボット工学の 3 つの分野にわたって、人工知能 (AI) を含む多くのデジタル テクノロジーに依存します。 自動化された検査、テスト、製造バッチのリアルタイムリリース。 プロセスと運用パフォーマンスを監視および管理するためのデータ分析。

パウリノ氏によると、この現場では、高度に自動化された保管・取り出しシステム、資材を運ぶ自動誘導車両、協働ロボットが採用される予定だという。

10月、世界経済フォーラム（WEF）は、生産性、従業員エンゲージメント、持続可能性、サプライチェーンを改善するためにインダストリー4.0テクノロジーの適用でリーダーシップを発揮している100社以上の製造業者からなるコミュニティであるグローバル・ライトハウス・ネットワークに11の新しい工場と工業用地を追加した。回復力。

世界的な不況、エネルギー価格の高騰、サプライチェーンの混乱が警告される中、灯台工場はビジネスリーダーや政策立案者に、製造業が競争力を維持し、雇用を創出し続ける方法の例を提供している。

「グローバル・ライトハウス・ネットワークの新しい工場は、製造業者がどのようにして経済、人々の暮らし、環境にプラスの影響を与えながらビジネス目標を達成できるかを示しています」と世界経済フォーラムの先進製造業およびバリューチェーン責任者のフランシスコ・ベッティ氏は述べています。 「企業や政策立案者にとっての課題は、生産ネットワークやバリューチェーン全体にわたってこれらのイノベーションをどれだけスケールアップできるかだ。」

サプライチェーンの問題やその他の問題により、2022 年にはほとんどの製造業が足踏みをしましたが、他の企業はデジタル変革をグローバル企業全体に拡大できることを証明しました。 新しい灯台群では、Cipla、Danone、Sany Heavy Industry などの多くの企業が、わずか 18 ～ 24 か月の期間で、20 ～ 40 の工場に大規模なデジタル変革プログラムを並行して展開しています。

「新たに指定された灯台は、3 つの必須条件を備えた拡張が可能であることを示しています」と、灯台プロジェクトで WEF と提携しているマッキンゼー・アンド・カンパニーのデジタル製造部門のグローバルリーダーであるエンノ・デ・ボーア氏は述べています。 「第一に、明確な戦略です。それがなければ、パイロット煉獄に陥ってしまい、どのテクノロジーがビジネスにとって重要であるかが分からなくなります。第二に、従業員の能力です。適切なスキルが十分になければ、変革は勢いを失います。第三に、強力なガバナンスです。本物の実行エンジンでは、影響を捉えることも、改善を続けることもできません。」

新しい灯台は次のとおりです。

シンガポールのアジレント・テクノロジー。 アジレントは、需要の高まりに応えるために少量生産で複雑性の高い機器の製造を簡素化するという目標のもと、IIoT、デジタルツイン、AI、ロボット技術を導入して持続可能な成長を達成し、専門人材によるボトルネックを克服し、従業員をインダストリー 4.0 ジェネラリストに変革しました。 これにより、生産量が 80 パーセント、生産性が 60 パーセント、サイクル タイムが 30 パーセント、品質コストが 20 パーセント改善されました。

中国・宜賓市のContemporary Amperex Technology Co. Ltd.（CATL）。 事業の大幅な成長に追いつくために、電気自動車およびエネルギー貯蔵システム用のリチウムイオン電池のメーカーは、宜賓市に大規模なグリーンフィールド組立工場を建設しました。 AI、IIoT、柔軟な自動化を導入した後、工場ではライン速度が 17% 向上し、歩留り損失が 14% 減少しました。 また、二酸化炭素排出量をゼロに削減しました。

インド、インドールのシプラ。 材料費と人件費の増加に直面し、Cipla は自動化とデータ分析テクノロジーをインドの 22 の工場に並行して導入しました。 インドールにある同社の経口固形製剤施設は、30 のインダストリー 4.0 ユースケースを実装することでこの取り組みを先導しました。 これにより、総コストが 26% 改善され、品質が 300% 向上し、温室効果ガス (GHG) 排出量が 28% 削減されました。

ポーランド、オポーレのダノン。 製品ポートフォリオの複雑さの増大に対処するため、食品メーカーのダノンは、デジタル変革の取り組みに部門やレベルを超えて全従業員を参加させました。 目標は、AI と自動化を導入し、コネクテッド ショップ フロアを構築することでした。 同社はコストを 19 パーセント、効率を 12 パーセント改善しました。 また、GHG 排出量も 50% 近く削減されました。 現在、ダノンはヨーロッパにある他の 39 工場のリーダーとなっています。

インドのハイデラバードにあるレディ博士の研究所。 深刻な価格下落に直面して、その製薬会社は大規模なデジタル化プロジェクトに着手しました。 このサイトは、機敏な方法で運用し、IIoT テクノロジーを活用し、データ分析を実装することにより、40 を超えるインダストリー 4.0 のユースケースを展開しました。 その結果、製造コストが 43% 改善され、エネルギー消費が 41% 削減されました。

ブラジルのソロカバにあるフレックス。 電子機器組立業者の Flex は、競争力、持続可能性、健全性を向上させるために、サプライ チェーンのコントロール タワーや IIoT を活用した電子廃棄物のリサイクルなど、さまざまなインダストリー 4.0 の取り組みを実施しました。 この取り組みの結果、人件費が 50% 改善され、材料ロスが 81% 削減され、顧客満足度が 18% 向上しました。

中国青島のハイアール。 カスタマイズされた設計、短納期、高品質に対する需要の高まりに直面しているこのアプライアンス組立工場では、ビッグデータ、デジタルツイン、高度な外観検査技術を活用して、研究開発を加速し、製造プロセスをアップグレードし、物流スケジュールを改善しました。 その結果、リードタイムは 35% 短縮され、生産効率は 35% 向上し、品質パフォーマンスは 36% 向上しました。

中国順徳市の美的。 高品質の製品とリードタイムの​​短縮に対する需要に応えるため、家電組み立て会社の美的社は、AI、デジタル ツイン、その他のインダストリー 4.0 テクノロジーを導入しました。 生産単位コストが 24% 削減され、リードタイムが 41% 短縮され、研究開発リードタイムが 30% 短縮され、欠陥率が 51% 削減されました。

インド、スリシティのモンデリーズ。 生産量の増加、コストの削減、サプライチェーンの回復力の向上を目標に、このスナック食品メーカーはエンドツーエンドのデジタル化、予測分析、AI、高度な自動化を導入しました。 同社は労働生産性を 89% 向上させ、製造コストを 38% 削減しました。

中国・長沙市の三一重工業。 市場サイクルの変動と製品の複雑さに対処するために、Sany は柔軟な自動化、AI、IIoT を大規模に活用して、重機向けのデジタルで柔軟な製造システムを構築しました。 その結果、施設の生産能力は 123% 拡大し、労働生産性は 98% 向上し、製造単位コストは 29% 削減されました。

中国・上海のウエスタンデジタル。 従業員の課題、年間成長率 250%、18 か月の技術移行ペースに対処するために、この半導体メーカーは、自動化された製品設計システム、機械学習に基づくウェーハ テスト、インテリジェントなシステムなど、さまざまなインダストリー 4.0 テクノロジーを導入しました。計画システム。 このサイトにより、市場投入までの時間が 40% 削減され、製品コストが 62% 削減されました。 また、生産性も 221 パーセント向上しました。

優れた環境記録を持つ既存の 4 つの灯台施設が、持続可能な灯台の追加指定を取得しました。 彼らです：

ルーマニア、ウルミのアルチェリク。 100% グリーン電力で駆動されるアルチェリクの家電組立工場は、エネルギー管理のためのデジタル ツインや高度な水処理プラントと統合された閉ループ水管理システムなど、持続可能性に取り組むためのさまざまなテクノロジーを導入しています。 水ストレスに苦しむ環境において、この工場は、製造ユニットあたり水の消費量を 25 パーセント、エネルギー消費を 17 パーセント、温室効果ガスの排出量を 22 パーセント削減しました。p

シンガポールのマイクロン。 メモリチップの需要が高まる中、マイクロンは環境フットプリントを削減しながら生産を拡大する必要がありました。 2018 年から 2021 年にかけて、マイクロンは生産量を 270% 増加させ、同時に生産ギガバイトあたりに使用されるリソースを 45% 削減しました。 同社は材料の消費を最適化し、環境フットプリントの追跡を実施しました。

インドのダパダにあるユニリーバ。 排出量と水の消費量を削減するという企業の義務に直面した同社は、持続可能性テクノロジーの 14 のユースケースを発見しました。 これには、エネルギー消費を最適化するための機械学習の適用や、環境に優しい製剤の開発を加速するためのデジタルツインテクノロジーの採用が含まれます。 その結果、Dapada は排出量を 54% 削減し、水の消費量を 36% 削減しました。

中国・上海のウエスタンデジタル。 2017 年から 2021 年にかけて、Western Digital は環境フットプリントを削減しながら、サイトのメモリチップの生産量を 2 倍にしました。 この結果は、水リサイクル プラントのパフォーマンスを動的に最適化する機械学習など、複数のインダストリー 4.0 のユースケースによって実現されました。 これらの対策により、生成されるメモリ 1 ペタバイトあたりの水の消費量が 62 パーセント、エネルギー消費量が 51 パーセント削減されました。