インフィニオン: 「インダストリー4.0」の更新

ロボットが自発的に工場内を動き回り、機械と交信しながら物資をA地点からB地点に運びます。機械は自律的に判断して次の生産工程を開始します。デバイスがタイミングを計り、保守が必要だと判断したら、自動的に技術サービス部門に通知します。集中制御は過去のものとなりました。ようこそ、スマート工場の時代へ！

スマート工場という言葉が初めて登場したのはHannover Messe 2011の開催中でした。インダストリー4.0は生産における IoT (モノのインターネット)であり、バリュー チェーン全体を透過的に接続します。そのため、インダストリアルIoT、略してIIoTと呼ばれています。業界団体、メンバー企業、ドイツ連邦教育研究省 (BMBF) と連邦経済エネルギー省 (BMWi) は第4次産業化時代を迎える準備を進めるために協力を開始しました。以来、デジタル化と新しいテクノロジーの利用が進み、互いに通信して有機的に動作するインテリジェントな機械への道が拓かれました。バリュー チェーン全体のプロセスが結びつき、自動化も可能になりました。

実世界とデジタル世界をつなぐことにより、生産の効率、柔軟性、費用対効果が向上します。こうした可能性が引き起こす変化の範囲は想像以上に広く、企業と従業員の両方に及んでいます。だからこそ、インダストリー4.0は第4次産業革命とも呼ばれているのです。蒸気機関 (インダストリー1.0)、組立ライン (インダストリー2.0)、コンピューターとエレクトロニクス (インダストリー3.0) の後、インテリジェントなコネクテッド システムが登場した現代は産業化における4番目のマイルストーンにあたります。

Statista社がアンケートで「貴社にとってインダストリー4.0はどのような意味を持ちますか」と尋ねたところ、62%のドイツ企業が2021年にインダストリー4.0の特別なアプリケーションを使用する予定だと回答しています。こうした傾向は継続しており、生産方法が数年前から根本から変化していることからも明らかです。たとえば、機械はスマート センサーを感覚器官のように使って通信することができます。機械が収集したデータはプレフィルターを通過し、デジタル接続されたプラットフォームに送られます。プラットフォームは記憶領域または脳に相当します。そこで機械のデータはリソース プランニングのビジネス アプリケーション (ERP) など、他のソースからの情報と集約されます。データは評価され、その結果から必要なアクションが導き出されます。

自動車レース業界におけるデジタル ツイン:インダストリー4.0のスマートな活用例としては、今回のディスカバリーの冒頭で触れたデジタル ツインが挙げられます。米国のレーシング チーム、PenskeはSiemens社と提携し、新しい車両コンポーネントの生産のために仮想テスト ベンチを開発しました。仮想テスト ベンチとは何かを説明しましょう。実車にセンサーを取り付け、タイヤ圧、エンジン制御、風速などの数値を測定します。数値は分析された後、仮想車両モデルに転送されます。このようにして実世界にあるモノのデジタル モデル、すなわちデジタル ツインが作成されます。デジタル ツインを使えば、エンジニアはさまざまな構成と設計のシミュレーションとテストを行い、リアルタイムで結果を評価できます。このようにして、レーストラックのスタート ラインに向かう前に車両のパフォーマンスを最適化することが可能になります。この事例について、詳しくはAMFG (Autonomous Manufacturing) 社ウェブサイトの記事「Spotlight: Racing to win with digital twins (スポットライト: デジタル ツインで勝利を狙うレース業界)」をご覧ください。

多くの企業では予防保全も使われています。このトピックについて、詳しくはディスカバリーの「Predictive Maintenance:Smart Servicing (予防保全: スマートな保守)」をご覧ください。このトピックについてさらに専門的な情報はインフィニオンの「スマート工場」ページをご覧ください。予防保全では機械データが常に評価され、過去の情報と比較されます。その結果、故障が頻発する条件を特定し、故障でコストが発生する前に保守作業を行うことができます。それを支えるのが、イベントの実行場所、すなわち「エッジ」でデータを収集、評価するエッジ コンピューティングと呼ばれるテクノロジーです。該当するデータ (たとえば、ある一定以上の温度) がクラウドに送信され、そこでアクションが実行されます。ただし、スマート工場の原理は局地的な場所に限定されません。世界各地の機械が接続し、壮大な規模の仮想工場を作り出すことが可能です。

インダストリー4.0の主なアプリケーションをベースとした新しいプロセスは半導体産業にも出現しています。インフィニオンのアジア拠点ではテスト結果をドレスデンの工場に直接送信しています。工場はすでにマニュアルからオートメーションに切り替わっており、テスト結果が生産現場に流れます。オーストリアのフィラッハにある拠点でも投資されており、2021年に完全オートメーション生産が稼働を開始しました。この年、インフィニオンはROI-EFESO社から「スマート サプライチェーン部門インダストリー4.0サプライチェーン ソリューション賞」を受賞しました。今後の目標は変動や注文の増減にも対応できるようにグローバル生産ネットワークの強靭性を強化することです。

自動車業界ではすでにインダストリー4.0の確立が順調に進んでいます。Volkswagen社は「透明性のあるプロトタイプ」という興味深いアプローチに取り組んでいます。詳細はウェブサイト「plattform-i40 (プラットフォームi40)」の「Volkswagen: Gläserner Prototyp (フォルクスワーゲン: ガラスのプロトタイプ)」という記事に記載されています。Volkswagenは全社でRFID (RFタグ) テクノロジーを採用し、テスト車両のコンポーネントを迅速に検知しています。コンポーネントはサプライヤーの工場でRFIDチップがすでに取り付けられています。そのため、車両のテスト時にエンジニアはプロトタイプに組み込んだ部品を特定し、開発に必要な詳細情報を読み取ることが可能です。つまり、適切な情報が適切な場所で適切なタイミングで入手できます。

自動車業界におけるインダストリー4.0のもう1つの例としては、Porsche社とSchuler社が立ち上げたジョイントベンチャーが挙げられます。詳しくはROI社の記事「Indus-trie-4.0-Prämissen für die Smart Factory (スマート工場のためのインダストリー4.0の前提)」をご覧ください。ドイツの都市ハレ アン デア ザーレでは完全にデジタル化、自動化されたプレス工場が稼働しました。この工場は受注から量産体制の準備、ボディー パーツの生産まで、すべてデジタル化されています。ここでは「ペーパーワーク」が過去の遺物となっています。未来はクラウドベースで透明性が確保されています。持続可能性に関しても、このプレス工場は再生可能エネルギーを使用した低排出オペレーションを実現しています。

物流ではインダストリー4.0テクノロジーが輸送経路の最適化、正確で計画的な保管能力の利用に役立っています。エルベ川の水運もその一例です。Statista社の調査「Statistiken zum Hamburger Hafen (ハンブルグ港の統計)」によると、ハンブルグ港の海運貨物取扱量は2021年で約1億2,900万トンでした。2030年には倍増する見込みです。ところが、港にはそれだけの量を扱うスペースがありません。ハンブルグ港湾管理委員会はコンテナの運搬速度を向上させる必要に迫られました。そこで、インダストリー4.0プロジェクトを立ち上げ、ヒト、トラック、コンテナ、船舶、クレーン、トラフィック制御システムをインテリジェントに接続し、課題の解決に挑戦しました。これらは通信し、コンテナ運搬速度に関連するデータをリアルタイムで提供します。その結果、トラックは目的地点にこれまでよりも早く到着し、運転手は荷下ろしの場所をすばやく把握することができるようになりました。船長は前もって経路を計画できるようになりました。オペレーションがシンプルになった結果、ハンブルグ港は急ピッチで荷さばきできるようになったのです。この事例の詳細はMedia Economics Instituteのウェブサイトの記事「Fallstudie zur Digitalen Transformation – Smart Port Logistics (デジタル化事例: スマート港湾物流)」で紹介されています。

インダストリー4.0におけるデジタル化とは、接続するすべての場所で技術的に可能なものをすべて利用するという意味ではありません。それどころか、企業は市場における競争力をしっかり確保して柔軟に対応できるように、生産や製造を完全にデジタル化する必要に迫られています。なぜなら、それだけ国際的な舞台での競争の圧力が厳しいからです。したがって、変更管理を成功させるための戦略策定、プロセスの最適化、コスト削減が「デジタル化4.0」の至上命令の一部となっています。インテリジェントな「コネクテッド」 システムにより、企業は個人顧客の注文に応じた少量生産でも利益を出せるようになりました。そのため、大量生産の市場を構成する「低コスト サプライヤー」から脱却するチャンスが生まれています。

生産の最適化は人口構造の変化という側面からも必要になっています。私たちの社会は高齢化が進んでおり、移民の受け入れでも完全に補えないほど労働人口が減少しています。ドイツ連邦統計局は同国の67歳以上の人口が2040年までに42%増加し、2,150万人に達すると予測しています。一方、20歳から66歳までの人口は、移民率にもよりますが、11～25%の減少が見込まれています。そのため、今の経済繁栄を継続するには今後業務の効率化と労働力の有効活用が不可欠であると専門家は見解を一にしています。

新しい5G (第5世代) モバイル通信規格は効率とスピードの面でインダストリー4.0における IoT (モノのインターネット)の鍵を握るテクノロジーであると考えられています。5Gはリアルタイムで大容量データの高速通信が可能なため、高性能な通信が実現します。Bitkom Research社の調査「Industrie 4.0 – so digital sind Deutschlands Fabriken (インダストリー4.0: ドイツの工場のデジタル化はここまで進んでいる)」によると、インダストリアル企業の85%が5Gを重要視しています。高性能コンポーネントを持つインフィニオンはこの分野で高いエネルギー効率を実現するソリューションの開発に取り組んでいます。5Gの仕組みと日常生活のアプリケーションにおけるポテンシャルについて、詳しくはディスカバリー「5G – 未来の高速モバイルネットワーク」をご覧ください。

オートメーション化が進み、機械が今まで以上に人間の仕事を肩代わりするようになったら、企業で働く人はどうなるのでしょうか？多くの従業員は自分の仕事について不安を感じています。特に、オートメーションが適応できる単純なルーチン作業に従事する人の間で、その傾向が顕著です。インフィニオンのCEOのJochen Hanebeckはそうした状況にあっても冷静な見方をしています。「全従業員の半数はデジタル化の影響を間違いなく受けるでしょう。しかし、全体的な雇用損失は発生しないと思います」。その典型的な例が、インフィニオンのドレスデン工場における半導体生産です。ドレスデンでは200mmウェハーと300mmウェハーでチップを生産しています。300mmウェハーのラインは当初から完全オートメーション生産として設計されていました。一方、古い200mmウェハー ラインは段階的にオートメーション化され、この数年間で接続範囲が大幅に広がってきました。現在、90%がオートメーション化されています。その結果、この生産拠点の生産性は設置当時の1990年代半ばに比べて70%向上しました。同時に、従業員数は約2,000人と、過去10年間で一定に保たれています。ドレスデン工場ではデジタル化と接続性が競争力の維持と成長を実現し、拠点の長期存続に大きく貢献しています。

ウェブサイト「Forschung und Wissen (研究と知識)」に掲載されているケルン経済研究所の調査「Digitalisierung schafft mehr Arbeitsplätze, als sie vernichtet (デジタル化による雇用創出は雇用損失よりも大きい)」でも、仕事とビジネスのプロセスのデジタル化で生まれる雇用は失われる雇用よりも大きく、前途有望であるとしています。とはいえ、調査によると、今後雇用の需要が増えるのは特にITやデータ分析、メンテナンスの分野における複雑な仕事です。一方、主に単純なルーチン作業で占められる仕事の需要は減少が見込まれており、それについてはプラスの面もあります。重い箱を運搬する日々の作業をロボットに任せれば、人間の労働者は自分の健康を維持できるだけでなく、より難易度の高い作業に時間を割けるからです。作業や市場の状況によって程度の差こそあれ、現在人間の手で行われている仕事の多くが消失することは確かです。同時に、新しいスキルとビジネスモデルから、今はまだ存在しない新しい仕事が発生するでしょう。たとえば、持続可能性の分野においても、自然エネルギー、環境に優しい建物、スマート シティに役立つ、新しいスキルを持つ人材が求められるようになります。今後も、中心的な役割を果たすのは人間です。そして、インダストリー4.0は長期的な雇用保障の環境を生み出してくれるのです。

そのような発展を目指すには、従業員が生涯にわたって自己啓発を続ける意志が必要です。そこでキーワードとなるのが「EdTech（エドテック）」です。これは個人にトレーニングと教育の機会を提供するEducation （教育） とTechnology (テクノロジー) を組み合わせた造語です。エドテックには企業側のコミットメントも求められます。その成功例の1つが、Uwe Häßler氏です。Häßler氏は1990年に機械エンジニアリング企業のHarting Applied Technologiesで技能工としてキャリアをスタートし、2001年にPLCプログラマに転向して、今では熟練の電気技師として活躍しています。そして現在、彼はインダストリー4.0システムとITインタフェースの開発に取り組んでいます。「3年前に調査を始めた頃、世間で取り沙汰されていた未来像はどれも想像を絶するものでした」とHäßler氏は述べます。「当時の私はそんなものがうまくいくわけがないと言ったでしょう。今の私なら、確かにそれは実現可能だと言います。なぜなら、私自身がそのビジョンの開発に関わっているからです」。

・ソーシャル エンジニアリングによる従業員へのアクセス

2017年5月に発生したサイバー攻撃は有名です。暗号化型トロイの木馬「Wannacry」により、英国の国民保険サービスやフランスの自動車メーカーのRenault、ドイツ鉄道などのコンピューターが攻撃を受けました。このマルウェアはシステムを暗号化し、一時的に使用不能な状態におとしいれました。ハッカーはこの手法で身代金を要求しました。

そうした状況を防ぐため、企業はインダストリー4.0テクノロジーのセキュリティを実装時に考慮しなければなりません。システムを最新の状態に保ち、セキュリティ アップデートを適用し続けることになりますが、それだけでなく、ソフトウェアとハードウェアベースのセキュリティの組み合わせにより、コネクテッド マシンと通信ノードの保護を徹底する必要があります。一般的に、セキュリティの確保はデバイスに使用するチップから始まります。チップ自体が攻撃者から守られている状態が理想的です。その例が、インフィニオンのOPTIGA TPMチップです。このチップはルータ、産業用PC、複雑なコントローラ ユニットに実装することができ、ネットワーク内の通信相手に向けたデバイスIDとして機能します。未来をテーマにした記事としては、他にも「Post Quantum Cryptography (ポスト量子暗号の世界)」があります。量子暗号において、インフィニオンはすでに未来の量子コンピューターのデータセキュリティを確保するソリューションを開発しています。

セキュリティ以外にも、企業はインダストリー4.0プロジェクトにおいて根本的な課題に直面しています。それは、そもそも機械をどのようにインターネット接続するかという課題です。今日のメーカーが提供する新しいデバイスにはすでにIoTモジュールが統合されています。しかし、すべてが新品で構成された工場は稀です。多くはさまざまな時代に導入された機械で構成される生産ラインが稼働しています。そうした機器は高価なため、一挙に交換するわけにはいきません。消費者の私たちは3年ごとに新しいスマートフォンやPCを買いますが、産業用機械は20年以上使われることもよくあります。

こうした旧型デバイスをデジタル化4.0に適合するためには、センサー、ソフトウェア、IoT機能付き産業用制御システムを追加設置する必要があります。市場ではこうした用途向けの追加設置ソリューションが提供されています。たとえば、Bosch Rexroth社のIoTゲートウェイは1887年製のペダル式旋盤にインターネット接続機能を追加することも可能です。センサーが旋盤の回転速度を監視し、そのデータをスイッチングデバイス、すなわちIoTゲートウェイに送信します。IoTゲートウェイは他の社内システムに接続されています。送信されたデータは旋盤のモニターにリアルタイムで表示されます。この仕組みにより、最適な速度を維持するためにペダルを速く踏むべきか、遅く踏むべきかを知ることができます。IoTについて、詳しくはディスカバリー「今知っておきたい、IoT (モノのインターネット) について」をご覧ください。

メーカーの目には、インダストリー4.0の今後はどのように映っているのでしょうか？その答えはさまざまですが、見解はクリアです。Bitkom社のプレス リリース「10 Jahre Industrie 4.0 – was noch zu tun ist (インダストリー4.0の10年: まだやるべきことがある)」によると、95%がインダストリー4.0をビジネス チャンスとして見ています。デジタル化のためのエコシステムと新しいテクノロジーの実装は産業用アプリケーションだけでなく、気候、エネルギー、モビリティなどの分野でもすでに重要な役割を担っています。ところが、ドイツ経済の中心を担う製造業では企業の2／3が「後れを取っている」または「主流から外れている」と回答しており、時代に乗り遅れているという雰囲気が漂っています。必要な資金源だけでなく、データ保護とITセキュリティの要件も課題となっています。インフィニオンのCEOのJochen Hanebeckはドイツはよい立場にあると考えています。「基本的にドイツと欧州はインダストリー4.0に向けて非常に有利な立場にあります。私たちはバリューチェーン全体を持っており、最高水準の非常に複雑な製品を確実に生産することができます。要するに、私たちはものづくりに長けているということです」。

インフィニオンでは半導体ソリューションでインダストリー4.0の未来を積極的に形成しています。詳しくは「スマート工場」をご覧ください。

更新：2022年7月