工場自動化は難しい？メリットや活用されるロボットと技術の種類・進め方など解説

製造現場での人手不足や生産性の向上が叫ばれる中、工場の自動化を検討している方も多いのではないでしょうか。
しかし、いざ導入しようとしても「何から始めればよいか分からない」「コストや技術的な課題が不安」と悩むケースは少なくありません。
自動化は単に機械を入れるだけでなく、現場の課題解決に向けた計画的な取り組みが必要です。

本記事では、工場自動化の定義からメリット、導入手順を体系的に解説します。
ぜひ自社に最適な自動化の参考にしてください。

工場自動化とは

製造業において競争力を維持するためには、工場自動化の基本概念を正しく理解することが不可欠です。
言葉の意味だけでなく、なぜ今それが求められているのかを知ることで、自社に必要な対策が見えてきます。

工場自動化の定義と背景について、以下の2つを解説します。

• ファクトリーオートメーションの定義
• 工場自動化が求められる背景

これらを押さえれば、自動化の目的がより明確になり、導入に向けた第一歩を踏み出せるでしょう。

ファクトリーオートメーションの定義

ファクトリーオートメーションとは、工場における生産工程の自動化を図るシステムの総称です。
英語のFactory Automationを略して、FAとも呼ばれています。
具体的には、産業用ロボットによる組立や溶接、センサーを活用した検査、PLCによる制御などです。
人間が担っていた作業を機械やシステムに任せることで、24時間稼働や品質の均一化につながります。

近年ではIoTやAI技術との連携も進み、単なる作業の自動化から工場全体の最適化へと進化しています。
自動化の範囲は部分的なものから工場全体まで幅広く、企業の課題に応じた導入が可能です。

工場自動化が求められる背景

昨今、少子高齢化による労働人口の減少が深刻化しており、多くの製造現場で熟練工の不足や技術継承の断絶が課題となっています。
人手に頼った生産体制では、急激な需要の変動に対して安定した供給量を維持することが困難です。
加えて、作業者のスキルによる品質のバラつきが生じやすく、それに伴う納期の遅れといったリスクも抱えています。

また、グローバル競争の激化により、低コストかつ高品質な製品を短納期で供給することが求められています。
こうした背景から、省人化を実現しつつ生産性と品質を安定させる手段として、工場の自動化への注目が急速に高まっているのが現状です。

工場自動化が難しい3つの理由

自動化には多くのメリットがある一方で、導入が思うように進まないケースも少なくありません。
現場特有の事情や技術的な障壁が、自動化を阻む要因となることがあるからです。

工場自動化が難しいとされるおもな理由を3つ紹介します。

• 暗黙知の形式知化が困難である
• 多品種少量生産への対応が難しい
• 要件定義（要求仕様）が不足しがち

事前に把握し対策を講じることで、失敗のリスクを減らせます。

暗黙知の形式知化が困難である

熟練工が長年の経験で培った「勘やコツ」といった暗黙知は、数値化や言語化が難しく、そのままでは機械に教え込ませることはできません。

たとえば、製品の微妙な色の違いを目視で判断したり、手触りで加工の良し悪しを確認したりする作業は、人間特有の感覚に依存しています。
これらを自動化システムに落とし込むには、膨大なデータを収集してAIに学習させるなどの高度な技術が必要です。
形式知化できない作業が残る場合、完全な自動化は難しく、人と機械の分担を慎重に設計しなければなりません。

多品種少量生産への対応が難しい

従来の自動化システムは、特定の製品を大量に生産するラインでもっとも高い効果を発揮するように設計されてきました。
しかし、近年の市場ニーズは多様化しており、多品種少量生産への対応が求められる場面が増えています。
頻繁に段取り替えが発生する現場では、その都度ロボットのティーチングや設定変更が必要となり、かえって工数が増えてしまうこともあるからです。

柔軟性の高いシステムを構築するには、汎用的なロボットの導入や複雑な制御プログラムが必要となり、技術的・コスト的なハードルが高くなります。

要件定義（要求仕様）が不足しがち

自動化プロジェクトの失敗原因として多いのが、事前の要件定義が曖昧なまま導入を進めてしまうことです。

「とりあえずロボットを入れれば何とかなる」という安易な考えでは、現場の実情に合わない設備になりかねません。
どの工程をどこまで自動化するのか、目標とする生産能力（サイクルタイム）はどのくらいか、異常発生時にはどう対応するのかといった詳細な仕様を詰め切れていないと、導入後にトラブルが続出します。

現場とシステム側の認識ズレを防ぐためにも、綿密なすり合わせが欠かせません。

工場自動化のメリット4つ

課題はあるものの、適切に自動化を推進すれば、企業にとって計り知れない利益をもたらします。
生産現場の効率化はもちろん、経営課題の解決にも直結する、以下のような効果が期待できるからです。

• 生産性が向上する
• 人手不足を解消できる
• 品質が安定する
• 安全性が向上する

それぞれ見ていきましょう。

生産性が向上する

自動化設備は、人間と異なり、休憩や睡眠を必要としません。
適切なメンテナンスを行えば、24時間365日連続で稼働でき、生産能力の飛躍的な向上へとつながります。
機械は常に一定の速度で作業を行い続けるため、生産計画の精度が高まり、納期の遵守率も上がります。

ボトルネックとなっていた工程を自動化することで、工場全体のスループット（処理能力）が上がり、売上の拡大に直結するでしょう。
さらに、サイクルタイムが短縮されることで、単位時間あたりの生産量が増加し、製造原価の低減にも寄与します。

人手不足を解消できる

単純作業や反復作業をロボットや専用機に任せることで、限られた人的リソースをより付加価値の高い業務に集中できます。

たとえば、重量物の運搬や目視検査などの負担が大きい作業を自動化すれば、少ない人数でも生産ラインを維持することが可能です。
これは採用難が続く製造業において、労働力不足を補う強力な解決策となります。

省人化によって浮いた人材を、生産管理や設備保全、新製品開発などのクリエイティブな領域に配置転換することで、組織全体の強化も図れます。

品質が安定する

工場自動化により、製品の品質を安定させられます。
ロボットはプログラムどおりに動作するため、作業者による技量の差や体調の変化に左右されません。
ネジの締め付けトルクや部品の位置決めなど、常に一定の精度で作業を行います。
人が行う目視検査では見落としが発生する可能性がありますが、画像検査システムを導入すれば検出精度が向上します。

品質のばらつきが減ることで、クレーム対応や手直しにかかるコストも抑えられるでしょう。
安定した品質は顧客からの信頼獲得にもつながります。

安全性が向上する

プレス加工や溶接、有害物質を扱う工程など、危険を伴う作業をロボットが代行することで、労働災害のリスクを劇的に減らせます。
従業員を危険な環境から遠ざけることは、安全配慮義務を果たすうえでも重要です。

また、重量物の持ち運びによる腰痛など、身体的負担の大きい作業から解放されることで、従業員が健康的に長く働ける環境を整備できます。
安全で快適な職場作りは、従業員の満足度向上や離職防止にも寄与し、企業の社会的評価を高めます。

工場自動化で活用されるロボットと技術の種類

自動化を実現するための手段は多岐にわたり、目的や用途に応じて最適な技術を選定しなければいけません。
近年では、従来の産業用ロボットに加え、AIやIoTなどのデジタル技術も進化しています。

工場自動化でよく活用される代表的な技術として、以下の4つを紹介します。

• 産業用ロボット
• 協働ロボット
• IoTとAI技術
• AGVとAMR

これらの技術を組み合わせることで、より高度な自動化が実現できます。

産業用ロボット

産業用ロボットは、おもに溶接・塗装・組立、搬送などの工程で使用される自動機械の総称です。
高いパワーとスピード、繰り返し精度を持ち、大量生産ラインでの定型作業を得意としています。

垂直多関節ロボットやスカラロボットなど、用途に合わせてさまざまな形状があります。
稼働中は高速で動くため、安全柵で囲うなどして人間と作業エリアを完全に分離しなければなりません。

導入には一定のスペースと安全対策が必要ですが、生産能力を飛躍的に高めるための中心的な役割を果たします。

協働ロボット

協働ロボットは「人間と同じ空間で協力して働く」ことを前提に設計されたロボットです。

接触を検知して停止する安全機能が搭載されており、安全柵なしで設置できるのが最大の特徴です。
そのため、スペースが限られた既存の工場にも導入しやすく、レイアウト変更も容易に行えます。
部品の供給やネジ締めなど、人の隣で作業を補助する用途に適しています。

プログラミングも直感的に行える機種が多く、専任の技術者がいない中小企業でも比較的導入しやすいロボットです。

IoTとAI技術

IoT（モノのインターネット）は、工場内の設備やセンサーをネットワークでつなぎ、稼働状況や品質データをリアルタイムで収集・可視化する技術です。
これにより、設備の故障予兆を検知したり、生産ボトルネックを特定したりすることが可能です。

一方、AI（人工知能）は、収集した膨大なデータを解析し、最適な制御パラメータを導き出したり、画像認識による外観検査を行ったりします。
これらを組み合わせることで、熟練工の勘に頼っていた判断を自動化し、自律的な工場運営を実現します。

AGVとAMR

工場内の物流搬送を自動化するために欠かせないのが、無人搬送車（AGV）と自律走行搬送ロボット（AMR）です。

AGVは床に貼られた磁気テープなどのガイドに従って走行するタイプで、決まったルートを往復する搬送に適しています。
対してAMRは、搭載されたセンサーで周囲の地図を作成し、障害物を避けながら目的地まで自律的に走行するものです。

レイアウト変更があっても柔軟に対応できるため、多品種少量生産の現場や、人とロボットが混在する環境での導入が進んでいます。

工場自動化の具体的な進め方

自動化を成功させるためには、思いつきで導入するのではなく、手順を踏んで計画的に進めることが不可欠です。
段階を経ることで、手戻りや投資の失敗を防げます。

工場自動化をスムーズに進めるための手順は、以下の6つです。

• 目的と対象工程を明確にする
• 現状分析で課題を可視化する
• 投資対効果を試算する
• スモールスタートで検証する
• 本格導入と継続改善を行う
• 専門知識を持つSIerやメーカーとの連携も検討する

これらの手順を参考に、自社に合った自動化計画を立ててください。

目的と対象工程を明確にする

工場自動化の第一歩は、導入目的と対象工程の明確化です。
なぜ自動化が必要なのかを具体的に定義することで、適切な技術や設備の選定につながります。

たとえば、人手不足の解消や生産性の向上、品質の安定化など、課題によって最適な自動化の方法は異なります。
肉体的な負担が大きい搬送業務や定型化された単純な反復工程など、人間が介在するリスクや負担が高い部分から着手するのが定石です。
複数の課題がある場合は、優先順位をつけて段階的に取り組むことをおすすめします。
現場担当者や経営層を交えて、自動化のゴールを共有しておくことも成功の条件です。

現状分析で課題を可視化する

自動化を進める前に、現状の生産工程を詳細に分析することが求められます。
作業内容を動画で記録し、各工程の作業時間を計測することで、ボトルネックが明らかになります。

現場作業者へのヒアリングも欠かせません。
日常的に感じている非効率や困り事を聞き出すことで、見落としがちな課題を発見できます。
部品の搬送や治具の段取り替え、データ入力など、直接的な製造作業以外の工程にも目を向けることが大切です。
生産を停滞させている要因や不要な付帯作業を特定し、自動化によってもっとも高い投資効果が見込めるポイントを絞り込みましょう。

投資対効果を試算する

自動化の導入を判断するには、投資対効果（ROI）の試算が不可欠です。
ROIは利益額を投資額で割って算出します。
たとえば、年間500万円の人件費削減が見込め、設備導入に1,000万円かかる場合、投資回収期間は2年となります。

試算の際は、ロボット本体だけでなく、周辺設備や設置工事費も含めて検討してください。
設備投資の試算において、ロボット単体にかかる費用よりも、システム構築や周辺設備の整備といった付随的なコストが大きな割合を占める点に注意しましょう。

ランニングコストとして、電気代やメンテナンス費用も考慮が必要です。
数値に基づいた判断を行うことで、経営層への説明もしやすくなります。

スモールスタートで検証する

工場自動化は、小規模な範囲から始めて効果を検証するのが有効です。
いきなり全工程を自動化しようとすると、想定外のトラブルや予算超過のリスクが高まります。
まずは特定のラインや1つの作業セルに限定して、試験導入を行いましょう。

実際の現場環境での性能確認、予期せぬ問題の洗い出し、作業者からのフィードバック収集が目的です。
この検証段階で得られた知見をもとに、改善点を反映してから本格導入へ移行します。
小さな成功体験を積み重ねることで、現場の理解や協力も得やすくなります。

本格導入と継続改善を行う

スモールスタートで効果を確認できたら、検証段階で得た知見を反映し、ほかのラインや工程へ段階的に横展開していきます。
導入後は生産性や稼働率、不良品率などのKPIを設定し、定期的に効果を測定することが求められます。
目標値に達していない場合は、原因を分析して改善策を講じましょう。

自動化は導入して終わりではなく、PDCAサイクルを回しながら継続的に最適化していく取り組みです。
技術の進歩や生産品目の変化に合わせて、システムの更新や拡張も検討していく必要があります。

専門知識を持つSIerやメーカーとの連携も検討する

工場自動化を自社だけで完結させるのは容易ではありません。
ロボットシステムインテグレーター（SIer）や、メーカーとの連携を検討することも選択肢の1つです。

SIerはロボットの選定から設計、設置、ティーチングまでを一貫して支援します。
また、バリ取りや洗浄といった特定工程の自動化であれば、専用機械を扱うメーカーに相談する方法も有効です。
自社の課題や目標を具体的に伝えることで、最適な機械やシステム構成を提案してもらえます。

導入後の保守やトラブル対応まで任せられる体制が整っているかも、選定時の確認ポイントです。

まとめ：工場自動化で競争力のある製造現場を作る

工場自動化は、人手不足の解消や生産性向上に有効な手段です。
導入には課題もありますが、段階的な取り組みで乗り越えられるものです。

オーセンテックでは、バリ取り機・洗浄機・ワークロボットなどのAUDEBUシリーズを取り扱っています。
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この記事の著者

オーセンテック株式会社 編集部

オーセンテック株式会社では、「お客様の声を「アイデア」に　お客様の笑顔を「力」に「ものづくり」に貢献する会社でありたい」という企業理念のもと、製造現場の生産性向上・人手不足・品質の安定化・環境改善を実現させるため、手作業をなくすための機械（バリ取り機や板金洗浄機など）を開発・販売・メンテナンスしております。
オーセンテック編集部では、これまでの数多くのバリ取り機、洗浄機の導入事例・サポート経験を活かして、バリ取りや洗浄といった板金加工現場でなくてはならない工程・作業に関するお役立ち情報を発信しています。