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生産ラインを自動化する目的とメリットとは？工程間の搬送・保管まで含めた全体最適化を解説
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製造業では、人手不足への対応や生産性の向上を目的として、生産ラインの自動化が進められています。
生産ラインの自動化と聞くと、加工機や組立ロボット、検査装置などの導入をイメージする方が多いのではないでしょうか。しかし、自動化は単に設備を導入すればよいというものではありません。自社の課題を把握し、どの工程を、どのような目的で自動化するかを考えることが重要です。
また、加工・組立・検査といった主工程だけでなく、その前後をつなぐ搬送や部品供給まで含めて考えることで、生産ライン全体の効率化につながります。
本記事では、生産ライン自動化の基本的な考え方から、自動化の目的、メリット・デメリット、どこから着手すべきかまでを解説します。
生産ラインとは？自動化の対象となる工程
生産ラインとは、原材料や部品を加工し、組み立て、検査するなど、製品を完成させるための一連の工程を指します。
中心となるのは、加工・組立・検査など、製品そのものに付加価値を与える製造工程です。たとえば、部品を切削する加工機、製品を組み立てるロボット、完成品の状態を確認する検査装置などが、生産ラインを構成する主な設備にあたります。
一方で、各工程の間には、部品やワークを次の工程まで運ぶ搬送、必要になるまで一時的に保持する保管、工程ごとの処理能力の差を吸収するバッファなどが存在します。
これらは加工や組立そのものではありませんが、各工程を連続して稼働させるために欠かせない役割を担っています。
つまり、生産ラインの自動化では、加工・組立・検査などの主工程と、それらをつなぐ搬送・保管・供給を分けて考えることが重要です。
生産ラインの自動化レベル｜主工程と工程間を分けて考える
生産ラインの自動化は、すべての工程を一度に無人化することだけを意味するものではありません。
加工・組立・検査といった主工程と、その間をつなぐ搬送・保管・供給を分けて考えると、自社が現在どの段階にいるのかを整理しやすくなります。
ここでは、自動化の進み方を5つの段階に分けて紹介します。なお、以下は一般的な統一規格ではなく、自動化の進め方を理解するための整理例です。
レベル0：人手中心で生産する
加工・組立・検査を含め、各工程を人手中心で行っている状態です。工程間の搬送や部品供給も作業者が担当します。
レベル1：一部の主工程を自動化する
加工・組立・検査など、特定の工程に自動設備を導入している状態です。自動化していない工程や、設備間の搬送は人が担うケースもあります。
レベル2：複数の主工程を自動化し、工程間搬送も連携する
複数の加工機・組立機などを自動化し、それぞれの工程を搬送設備でつなぎます。人による中継作業を減らし、工程を連続して稼働させやすくなります。
レベル3：保管・バッファ・供給まで含めて工程間を最適化する
単純に設備同士をつなぐだけでなく、工程間でワークを一時保管したり、後工程の状況に応じて供給タイミングを調整したりする状態です。
主工程の処理能力の差を吸収し、ライン全体を安定して稼働させることを目指します。
レベル4：生産設備・マテハン・システムを連携し、ライン全体を最適化する
生産設備だけでなく、搬送・保管などのマテハンや管理システムまで連携し、ライン全体の流れを制御・最適化する段階です。
ただし、すべての生産ラインで搬送設備が必要になるわけではありません。工程が一箇所に集約されている場合など、現場によって構成は異なります。
自動化レベルを高めること自体を目的にするのではなく、自社の工程構成や課題に合った形を選ぶことが重要です。
まずは「何を自動化したいのか」を明確にする
生産ラインの自動化を成功させるには、最初に目的を整理する必要があります。
「生産能力を高めたい」
「設備停止を減らしたい」
「人が運ぶ作業を減らしたい」
「工程間の滞留をなくしたい」
「品質を向上させ安定化を図りたい」
目的によって、改善すべき場所は異なります。
たとえば、生産量が伸びない原因が加工機の処理能力そのものにあるのであれば、主工程の設備改善が必要です。一方、加工機には余力があるのにワーク待ちで停止しているのであれば、前後の供給・搬送・保管がボトルネックになっている可能性があります。
課題を切り分ける際には、次のような指標を確認すると整理しやすくなります。
・各工程のタクトタイム
・設備稼働率
・工程間の仕掛品量
・設備の待ち時間
・人による搬送回数
・搬送にかかっている時間
・不良項目リストやパレート図
設備単体を見るのではなく、「どこでモノが止まっているか」「どこで人が待っているか」「どこで設備が待っているか」を確認することが、自動化の第一歩です。
生産ライン自動化のメリット
主工程と工程間物流を含めて生産ラインを自動化すると、さまざまなメリットが期待できます。
生産設備の稼働率向上
必要なワークを適切なタイミングで供給し、後工程の状況に応じて搬送を調整することで、設備の待機時間や停止時間を減らしやすくなります。
ライン全体の生産性向上・リードタイム短縮
各工程の処理能力だけでなく、工程間の滞留や待ち時間を見直すことで、ライン全体の流れをスムーズにできます。仕掛品が工程間で長時間止まる状態を減らすことは、リードタイム短縮にもつながります。
工程間の滞留削減
搬送・保管・バッファを適切に設計することで、特定の工程に仕掛品が集中する状態を抑えやすくなります。
人手搬送の削減・省人化
台車による運搬や工程間の受け渡しなどを自動化できれば、人による搬送作業を減らせます。限られた人員を、より判断や改善が必要な業務に配置しやすくなります。
作業負担・安全リスクの軽減
重量物の運搬や繰り返し搬送を設備に置き換えることで、作業者の負担軽減につながります。
安定した生産体制を構築しやすい
必要なものを必要なタイミングで供給し、後工程の状態に応じてワークを止めたり溜めたりできる仕組みを整えることで、設備を安定して稼働させやすくなります。
生産ライン自動化のデメリット・注意点
生産ラインの自動化には多くのメリットがありますが、導入時には注意すべき点もあります。
初期投資や立ち上げ期間が必要
設備の導入には、機器本体だけでなく、設計、制御、設置、試運転などのコストと時間が必要です。
大規模な自動化ほど影響範囲も広くなるため、投資額だけでなく、導入によってどの程度の改善が期待できるかを整理したうえで検討することが大切です。
単一工程だけを自動化すると、新たなボトルネックが生まれる場合がある
一つの工程の処理能力だけを高めても、前後工程が追いつかなければ、別の場所に滞留や待ち時間が発生する可能性があります。
自動化する工程だけを見るのではなく、前後の処理能力やモノの流れまで確認しましょう。
ライン全体を踏まえた設計が必要
加工機、組立機、検査装置、搬送設備などは、それぞれ独立して動いているわけではありません。
「前工程から何個流れてくるのか」「後工程はどの程度受け取れるのか」といった条件を踏まえて、ライン全体として設計する必要があります。
運用設計も欠かせない
バッファにどの程度ワークを溜めるのか、どのタイミングで次工程へ送り出すのか、異常時にはどのように停止・復旧するのかなど、導入後の運用も事前に考えておく必要があります。
設備を設置するだけでなく、「どう動かすか」まで含めて設計することが重要です。
生産ラインの自動化、どこからはじめるべきか？
「自動化したいが、どこから手をつければいいかわからない」という場合は、まず現在の生産ラインを棚卸ししてみましょう。
最初に、加工・組立・検査などの主工程を整理し、その前後でワークがどのように移動しているかを確認します。
特に、すでに主工程を自動化しているにもかかわらず生産性が伸びていない場合は、次のような点をチェックしてみてください。
- 加工機や組立機がワーク待ちで停止していないか
- 工程間に仕掛品が溜まっていないか
- 人が台車で何度も運んでいないか
- 部品供給のタイミングにばらつきがないか
- 後工程の停止によって前工程まで止まっていないか
- 人が「運ぶ・待つ・溜める」作業に時間を使っていないか
こうした箇所は、自動化による改善効果を検討しやすいポイントです。
すべてを一度に自動化する必要はありません。効果が大きい箇所、ボトルネックになっている箇所から段階的に改善することで、現場への影響や投資リスクを抑えながら進めやすくなります。
特に、すでに加工・組立設備を自動化しているものの、生産性が思うように上がらない場合は、工程間の搬送・保管・バッファに改善の余地があるかもしれません。
こうした工程間物流の最適化については、関連記事「生産ラインの工程間搬送を最適化するには？搬送・保管・バッファの役割と改善方法を解説」で詳しく解説しています。
生産ライン全体の効率化は伊東電機にご相談ください
生産ラインの自動化では、加工・組立・検査などの主工程だけでなく、前後の搬送や部品供給、仕掛品の滞留など、工程間の課題にも目を向けることが重要です。
伊東電機では、MDR式マテハンを活用し、生産設備と生産設備の「間」をつなぐ搬送・保管・供給の最適化を支援しています。
「設備は自動化しているのに生産性が上がらない」
「工程間でモノが滞留している」
「人による搬送作業が多い」
「前後工程の待ち時間を減らしたい」
このような課題をお持ちの方は、ぜひ伊東電機にご相談ください。
現場の状況や課題を確認しながら、生産ライン全体の効率化・安定稼働に向けたソリューションをご提案します。
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