新工場の自動化はどこから始める？構想設計から立ち上げまでの進め方
新工場の建設や新しい製造ラインの立ち上げは、将来の生産体制を大きく左右するプロジェクトです。
その中で、
「せっかく新工場をつくるのであれば、できるだけ自動化したい」
「人手不足を前提とした生産ラインにしたい」
「将来的なスマートファクトリー化も考えておきたい」と考える企業も増えています。
一方、新工場の自動化では、設備選定から検討を始めてしまうと、後からレイアウトや生産方式を変更することになり、余計なコストや工期が発生する場合があります。
重要なのは、ロボットや設備を選ぶことよりも先に、
「どのような工場をつくりたいのか」を整理することです。
この記事では、新工場や製造ライン新設時の自動化について、構想段階から設備立ち上げまでの進め方を順番に解説します。
新工場の自動化は「設備選び」から始めない
新工場の自動化を検討すると、
「どのロボットを導入するか」
「どのメーカーの設備を採用するか」といった話から始まりがちです。
しかし、本来はその前に考えるべきことがあります。それが、生産工程全体の構想です。
たとえば年間生産量が同じ工場でも、次の条件によって最適な設備構成は異なります。
多品種少量生産なのか
少品種大量生産なのか
24時間稼働なのか
日勤のみなのか
頻繁に品種変更が発生するのか
設備ありきでラインを考えるのではなく、必要な生産能力や作業内容を整理したうえで、それを実現するために必要な自動化設備を選ぶことが重要です。
新工場だからこそ自動化を検討しやすい
既存工場へ自動化設備を導入する場合、スペースや既存設備、搬送経路などさまざまな制約があります。
一方、新工場では計画段階から自動化を前提にレイアウトを設計できます。
ロボットの動作範囲
AGV・AMRなどの搬送経路
原材料と完成品の物流
作業者の動線
メンテナンススペース
制御盤や配線ルート
将来設備を増設するスペース
そのため、新工場建設は単に新しい設備を入れる機会ではなく、将来を見据えた生産体制を構築する重要なタイミングです。
STEP1．新工場の目的とKPIを決める
自動化計画を始める前に、新工場で実現したいことを整理します。
生産能力を現在の1.5倍にしたい
必要人員を減らしたい
夜間無人運転を実現したい
不良率を下げたい
重量物の手作業をなくしたい
トレーサビリティを強化したい
「最新の工場にする」という抽象的な目標では、設備仕様を決めることができません。
できるだけ数値でKPIを設定することが重要です。
KPIの例
1時間あたりの生産数/タクトタイム/必要作業人数/設備稼働率/不良率/段取り替え時間/設備停止時間/自動運転可能時間
こうした指標が設備設計の前提条件になります。
STEP2．製造工程全体を整理する
次に、原材料が工場へ入ってから完成品として出荷されるまでの流れを整理します。
工程単体だけではなく、
「入荷 → 保管 → 供給 → 加工 → 搬送 → 組立 → 検査 → 梱包 → 出荷」という
全体の流れを見ることが重要です。
たとえば加工工程を高速化しても、次工程への搬送能力が不足していれば、ライン全体の生産能力は上がりません。
自動化を検討する際は「設備単体の能力」ではなく、「工場全体の流れ」を見る必要があります。
STEP3．人が行う工程と自動化する工程を分ける
すべてを自動化すれば良いわけではありません。
自動化に向いている工程と、人が担当した方が合理的な工程があります。
自動化を検討しやすい工程
同じ動作を繰り返す作業
高速処理が求められる作業
重量物を扱う作業
高温・危険物などを扱う作業
夜間も継続する作業
品質を一定に保つ必要がある作業
人員を多く必要とする作業
一方、判断内容が頻繁に変わる作業や、製品ごとの差が非常に大きい作業では、自動化コストが高くなることもあります。
「技術的に自動化できるか」だけではなく、 「自動化することで投資効果が得られるか」で判断する |
STEP4．将来の生産変化まで想定する
新工場は完成後10年、20年と使用される可能性があります。現在の製品だけに最適化しすぎたラインでは、将来的な製品変更に対応できない場合があります。
将来生産量が増える可能性
製品サイズの変更
品種追加
新設備の増設
工程追加
自動化範囲の拡張
などを考慮しておくことが重要です。
設備配置や制御システムに拡張性を持たせておくことで、将来の改造コストを抑えやすくなります。
STEP5．設備レイアウトと物流を同時に考える
新工場では、生産設備だけではなく物流設計も重要です。製品を加工する時間より、工程間でモノを運んでいる時間の方が長い工場もあります。
ロボットによる移載、コンベヤ、AGV・AMRなどを組み合わせ、次の点を整理します。
どこから材料が入るか
どこへワークを搬送するか
仕掛品をどこに置くか
完成品をどこへ運ぶか
物流が複雑になるほど、搬送設備同士の干渉や滞留も発生しやすくなるため、シミュレーションを含めた事前検証が有効です。
STEP6．ロボット・設備・制御システムを設計する
工程とレイアウトが整理できた段階で、具体的な設備構成を検討します。
PLC
センサー
ビジョンシステム
安全機器
搬送装置
制御盤
生産管理システム
データ収集システム
自動化ラインでは、ロボットだけではなく、こうした多くの機器が連携します。
ここで重要なのは、個別設備だけを最適化するのではなく、「ライン全体として正常に動くか」を考えることです。
ロボットが高速に動作できても、前工程からワークが供給されなければ能力を発揮できません。逆に、搬送設備だけ高速でも、検査工程が追いつかなければ滞留が発生します。
ライン全体のバランス設計が重要になります。
STEP7．スマートファクトリー化を見据えてデータ設計を行う
新工場では、設備を導入してから「データを取りたい」と考えるのではなく、設計段階からデータ活用を想定することをおすすめします。
稼働時間
停止時間
アラーム履歴
生産数
不良数
サイクルタイム
設備状態
製造条件
こうしたデータを取得できる設計にしておけば、将来的に設備の見える化や予知保全、生産分析へ発展させやすくなります。
「今すぐすべて使わないデータ」であっても、後から取得するために設備を改造するより、初期設計で考慮しておく方が合理的な場合があります。
STEP8．設備単体ではなく「工場全体」で事前検証する
新しい製造ラインでは、実機が完成する前の検証が非常に重要です。
3DCADやシミュレーションを活用することで、次のような点を事前に確認できます。
ロボットが設備と干渉しないか
必要なサイクルタイムを満たせるか
作業者が安全にアクセスできるか
メンテナンススペースが確保されているか
搬送設備が滞留しないか
工場完成後の設備配置変更は大きなコストになります。そのため、できる限り構想・設計段階で問題を発見することが重要です。
STEP9．設備立ち上げと検証を行う
設備製作後は、実際のワークを使用して動作確認を行います。
生産能力
品質
安全性
エラー発生時の復旧
品種変更
設備停止時の対応
上位システムとの通信
通常運転だけでなく、「異常が起きたときにどうなるか」を確認することも大切です。
実際の工場では、材料不足、センサー異常、設備停止など想定外の状況が発生します。
そのため、正常時だけでなく異常時からの復旧方法まで設計しておく必要があります。
STEP10．稼働後の改善まで計画する
工場は稼働開始がゴールではありません。
実際に生産を始めることで、「想定以上に停止が多い」「段取り替えに時間がかかる」「特定工程だけ能力が足りない」といった課題が見えてきます。
設備データを収集しておけば、こうした課題も分析しやすくなります。
導入時の仕様を固定したまま使い続けるのではなく、データを見ながら継続的に改善していくことが、新工場の生産性を高めるポイントです。
新工場自動化でよくある失敗
自動化率を上げることが目的になる
「自動化率○％」という数字だけを目標にすると、投資効果の低い工程まで自動化してしまう可能性があります。
重要なのは自動化率ではなく、生産性や品質、安全性、コストなどの改善です。
個別設備ごとにメーカーを決めてしまう
設備ごとに最適なメーカーを選定しても、制御方式や通信仕様が統一されていなければ、後からシステム連携が難しくなることがあります。
工場全体のシステム構成を先に整理することが重要です。
将来の変更を考えていない
設備を隙間なく配置すると、後から増設する余地がなくなります。
新工場だからこそ、将来的な拡張性も設計条件に含めることが重要です。
自動化設備メーカーへの相談が遅い
建屋やレイアウトがほぼ決まってから設備メーカーへ相談すると、必要なスペースや搬送経路が確保できない場合があります。
そのため、自動化を前提とする場合は、できるだけ構想初期から設備・システムの専門会社を交えて検討することをおすすめします。
自動化システム会社へ相談する際に整理しておきたい情報
まだ詳細な仕様書が完成していなくても、自動化の相談は可能です。
まずは以下のような情報があると、検討を進めやすくなります。
製造する製品
生産数量
タクトタイム
ワーク寸法・重量
現在想定している工程
必要人員
工場レイアウト
稼働時間
自動化したい作業
将来的な生産計画
稼働開始予定時期
すべて決まっている必要はありません。むしろ、設備仕様が固まる前の段階だからこそ、自動化の視点から工程やレイアウトを検討できるメリットがあります。
まとめ｜新工場の自動化は構想段階から考える
新工場の自動化を成功させるために重要なのは、ロボットや設備を選ぶことから始めないことです。
何を生産するのか どのくらい生産するのか どの工程を人が担当するのか どこを自動化するのか どのようなデータを活用するのか |
これらを整理する必要があります。
そのうえで、生産設備・搬送・ロボット・制御・情報システムを一つの工場システムとして設計していきます。
特に新工場では、建屋やレイアウトが決定する前から自動化構想を進めることで、設備配置や物流、将来的な拡張まで考慮した工場づくりが可能になります。
コスモ技研では、ロボットシステム、搬送・ハンドリング、検査・測定、制御システムなどを組み合わせ、製造現場に合わせた自動化システムを構築しています。
「新工場を計画しているが、どこまで自動化すべきかわからない」
「新しい生産ラインの構想段階から相談したい」
「将来的なスマートファクトリー化も含めて設備を設計したい」という場合は、
仕様が固まる前の段階からご相談ください。
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