先進製造業

投稿日 : 05 October 2024

投稿者 : Parul Atri

高度な製造技術の活用は、製造工程を変革し、新たなビジネスの可能性を切り開く可能性を秘めています。しかし、高度な製造技術が近い将来、既存の技術を完全に置き換える可能性は低いでしょう。

その理由の一つは、特に小規模事業においては、既存の多くの技術が依然として効果的かつ効率的であるという事実です。さらに、一部の企業、特に小規模企業にとっては、高度な製造業に必要なツールやソフトウェアの購入と維持に法外な費用がかかる場合があります。

さらに、高度な製造技術への移行には、労働者がこれらの技術を活用し、維持するために必要なスキルを育成するための教育と訓練への多額の投資が必要です。そのため、特に小規模組織では、投資不足により、高度な製造に対応するための従業員のスキル育成を躊躇しています。

製造業は、あらゆる技術革新と開発の根源です。製造業におけるあらゆる改善は、サプライチェーンの下流に位置する無数の産業や事業の成長を促進することがよくあります。最先端の技術とプロセスを活用して製造業の競争力を高めることを、高度な製造業と呼びます。高度な製造業では、資本設備を最大限に活用し、より効果的、効率的、そして迅速な対応を可能にする柔軟な生産技術が用いられます。長期にわたる予測可能な生産工程など、従来の専門的な手法が依然として適切な場合もありますが、高度な製造業は、多額の資本投資を必要とせずに、産業界が頻繁に直面する様々な生産要件やマスカスタマイゼーションに対応する能力を備えています。

高度な製造技術は、市場のニーズや需要に応じて生産規模を拡大・縮小する能力をメーカーに提供することで、生産性を向上させます。製造活動と商業活動を統合し、継続的かつ効果的なオペレーションを実現するために、高度な製造業は情報通信技術（ICT）を活用しています。これは、アイデア創出から製品寿命の終了まで、バリューチェーンのあらゆる領域を網羅しています。製造業を最先端技術として維持するためには、「スマートマニュファクチャリング」と呼ばれる高度な製造技術が不可欠です。

高度な利点

製造技術

• 製造業務がより自動化され、経済的になると、リソースを研究開発に集中させることが可能になり、斬新で魅力的な製品の導入が可能になります。
• 現代の生産技術は全体的に精度、一貫性、効率性が向上し、信頼性が高く、入手しやすく、手頃な価格の高品質な製品が生まれます。
• 高度な製造業では、製造活動を自動化することで、生産活動の効率化が図られ、スタッフがより創造的な作業に集中できるようになります。
• 高度な製造の柔軟性と最適化された計画およびスケジュールにより、市場への対応力が向上します。

市場の将来展望

先進製造業

先進製造業の世界市場規模は、2023年から2035年の予測期間中、約22%の年平均成長率（CAGR）で成長し、2035年には約780億米ドルに達すると予測されています。技術開発と新規アプリケーションの人気上昇は、先進製造業の市場収益の急速な成長を説明する要因です。先進製造業のプレーヤーは、新たな手法、材料、設備の開発により、生産能力と効率を向上させる多くの機会を得ています。

先進製造業の目標

市場における競争優位性の獲得は、先進的な製造業の目標であり、様々な方法でこれを実現します。生産量の増加は、洗練された製造業の主要な目標の一つであることは間違いありません。生産量が増えれば、販売量も増えます。しかし、これは生産量の増加だけが現代の製造業の唯一の目標ということではありません。プロセスの最適化や効率化といった他の分野も改善の余地があります。例えば、先進的な製造業は、製品開発期間の短縮、単価の削減、原材料の使用量削減、在庫削減、そして未活用の資本設備の削減を目指しています。

先進製造業の種類

• 効率的な生産：シーケンシャルエンジニアリングとは対照的に、同時進行エンジニアリングが本業務の焦点です。これには、設計、シミュレーション、物理モデリングとコンピュータモデリング、最先端の製造技術、そして制御手法も含まれます。精密鋳造とクイックプロトタイピングはどちらもこれを採用しています。
• インテリジェント生産： ICTおよび関連物流シス​​テムを活用し、製造施設の寿命を延ばし、最大限の活用を図る手法を採用します。これは、効果的な監視、定期的な保守、修理によって実現されます。
• 効果的な組織：有形・知的両方の産業資源を調整し、活用すること。これは、仮想入札、事業、共有資源・施設、革新的な組織構造、インキュベーションユニット、ナレッジマネジメント、貿易、オンラインコマースなどに適用されます。

高度な製造ソリューション

• 人工知能と機械学習AIと機械学習は、製造業に根本的な変革をもたらす可能性があります。AI自体は以前から存在していましたが、クラウドコンピューティング、ビッグデータ、機械学習といった最新の技術開発により、この概念は世界経済の最前線に躍り出ています。製造業におけるAIは、企業の様々な部門からデータを収集することで、リアルタイムのデータドリブンソリューションを実現するように最適化できます。例えば、生産ラインのデータは、製造サイクルタイムの計算と予測に役立ち、正確な計画とスケジュールを可能にします。センサーを使用することで、AIは製品の品​​質や製造設備の状態を監視できます。調達においてもAIを活用することで、正確な需要予測を行い、それに応じて必要な原材料を発注することができます。AIは、2035年までに製造業の利益を40%増加させる可能性があると予測されています。
• ナノテクノロジー：デバイスの小型化に伴い、より小型の部品へのニーズが高まっています。設計者はコンパクトな設計構造により多くの機能を詰め込む必要があり、ナノテクノロジーは複数の分野でますます最前線に立っています。さらに、ナノスケールの粒子は化学および生物学用途で利用されており、材料特性の向上、光分光法の制御、化学反応性の変化などに活用されています。
• ロボット工学：ロボット工学は現代の製造プロセスに欠かせない要素となっていますが、これらの自動化技術によって重量物の持ち上げ、精密な移動と接合、そして多数の生産ユニットにおける作業の均一性向上が可能になることを考えると、当然のことです。産業用ロボットは、ステークホルダーのリスク、経費、廃棄物を削減し、より信頼性、迅速性、そして低コストで製品を生産できるため、危険な作業の遂行に非常に役立ちます。自動車、航空宇宙、鍛造、消費財など、多くの業界でロボットが頻繁に使用されており、ロボット工学への理解が深まるにつれて、他の分野への自動化システムの導入能力も向上しています。
• 積層造形： CADソフトウェアや3Dオブジェクトスキャナーは、積層造形において機械に材料を正確な幾何学形状に層ごとに積層させる指示を出すために使用されます。これにより、メーカーはシステムの故障の可能性を低減し、重量、複雑さ、放熱の問題を軽減するなど、多くのメリットが得られます。航空宇宙、医療、試作、自動車、消費財など、多くの分野が積層造形の恩恵を受けており、この技術がより手頃な価格で使いやすくなるにつれて、これらの業界は拡大していくでしょう。
• レーザー加工：レーザー技術を用いたレーザー加工と溶接は、迅速かつ高精度な製品の製造を可能にします。レーザーは、材料に送り込む熱量を正確に制御することで、ひび割れや接合不良を排除し、部品の完全性を維持します。圧力容器、近接センサー溶接、バッテリー溶接、精密電子機器など、現在、多くの製品がこれらの技術によってより安全かつ高精度に製造されています。

活用産業

先進製造業

高度な製造業は、複合材料やクラウドコンピューティングに費用を投じられる企業であれば、どこでも導入できるわけではありません。電気自動車、ロボット工学、航空宇宙などの業界のように、高度なITインフラが整備されている場合にのみ成功します。

現在、高度な製造技術によって変革が起こっている産業のリスト:

• 消費財：製品開発ライフサイクルの初期段階において、3Dプリンティングは、リアルな美観と機能性を備えた精巧な消費者向け電子機器の製造に最適です。迅速かつ高精度な初期段階の反復設計は、スポーツ用品において大きな成果を上げています。精緻な建築模型や、エンターテイメントの小道具や衣装なども、3Dプリンティングの成功例です。3Dプリンティング技術の進歩により造形量と造形速度が向上するにつれ、今後数年間でさらに多くの消費財が積層造形に移行する可能性があります。
• エネルギー：過酷な環境に耐えうる、特殊でミッションクリティカルな部品を迅速に製造する能力は、エネルギー事業の成功に不可欠です。積層造形技術を用いた、効率的で軽量なオンデマンド部品や環境に優しい材料の開発は、様々な要件と現場機能に対応するソリューションを提供します。
• 医療：急速に進化する医療分野では、医療従事者、患者、そして研究施設に革新をもたらすために、積層造形ソリューションが活用されています。医療機器メーカーは、硬質、柔軟、不透明、透明など、様々な3Dプリント材料を用いて、これまで以上にカスタマイズ性の高い設計を実現しています。外科用グレードの部品、機能プロトタイプ、リアルな解剖模型、そして機能プロトタイプを用いることで、高度な製造技術は、これまで想像もできなかった救命技術の開発を可能にしています。整形外科用生体材料インプラントデバイス、歯科用デバイス、CTスキャンによる手術前モデル、カスタムソーガイドやドリルガイド、筐体、そしてカスタマイズされた器具などは、医療分野を変革するアプリケーションの一例です。

最新のイノベーション

先進製造業

• シミュレーション：製造マネージャーが活用するイノベーションと経営科学の中で2番目に多いのが、シミュレーションのプロセスです。ジャストインタイム製造はシミュレーションによって支えられており、シミュレーションには、必要な理想的なリソースの計算、部品のシステム内での所要時間、輸送中の所要時間、機械と人員の有効活用といった利点があります。統合計算材料工学（ICME）を用いることで、製品エンジニアは仮想製品モデルを設計し、実際の生産に移る前に様々な条件下でその性能をテストすることができます。仮想製造は製造プロセスをシミュレートできるため、非効率性を排除し、生産を合理化するのに非常に役立ちます。
• 拡張現実（AR）：現場の技術者にとって、ARは没入感のある詳細な取扱説明書を提供します。機械内部の仕組みを従業員が学習できるように表示することで、教育体験を向上させ、時間と費用の無駄を削減します。ARは生産設備のメンテナンスにも役立ちます。ARアプリケーションは現実世界と仮想現実を革新的な方法で組み合わせるため、製造業者は生産プロセスを最適化することができます。ARは、物理的な環境におけるデジタルプランニングの正確性と評価を促進します。

先進製造業の未来

コボット（協働ロボット）は、人間と共に重労働や危険を伴う作業を遂行するために開発されました。コボット技術の発展に伴い、製造業におけるコボットの活用頻度が高まり、生産性と安全性が向上することが期待されています。さらに、循環型生産方式と呼ばれる生産戦略では、廃棄物の削減と資源効率の向上を重視しています。生産工程における再生可能エネルギー源の利用と、容易に分解・リサイクル可能な製品の製造は、この戦略の2つの側面です。

小規模な組織はどのようにして高度な製造業の導入を促進できるのでしょうか?

中小企業は、高度な製造業に関する知識と経験を積むために、コンサルタントや技術プロバイダーなどの専門家と連携することができます。これにより、技術的な問題の克服、最新の動向への対応、資金や研修などのリソースへのアクセスが容易になります。さらに、中小企業は、助成金、融資、税制優遇措置などの政府支援策を活用し、高度な製造設備の導入資金を調達することができます。これらのプログラムは、中小企業にとって技術をより手頃な価格にすることで、技術投資に伴う財務的負担を軽減するのに役立ちます。

結論は

先進製造業は、単なる一過性のトレンドや、数年で忘れ去られるような流行語ではありません。近い将来、急速に発展するであろう現象であり、遠隔管理されたスマートファクトリーや、新たな先進製造技術を導入する工場への道を切り開きます。この方向への第一歩は、メーカーが先進製造業の取り組みを軌道に乗せるためのインフラ整備に着手することです。