【事例掲載】工場の自動化（ファクトリーオートメーション）を進める手順と代表的な工程を徹底解説
「工場の省人化を命じられたが、何から手をつければいいのかわからない」「他社はどのように自動化を進めているのだろう」とお悩みではありませんか？日本の製造現場において、人手不足の解消や生産性の向上は急務となっています。しかし、ロボット工学や最新のITシステムといった専門知識がない中で、自社に最適な自動化の計画を立てるのは容易ではありません。
そこで本記事では、工場の自動化が求められる背景や自動化しやすい代表的な工程、さらに実際の成功事例を現場目線で分かりやすく解説します。導入を失敗しないための具体的な進め方もご紹介します。
この記事は、東証プライム市場上場企業として、三菱電機をはじめ400社以上の製品を取り扱い、「工場の自動化・省人化ソリューション」もご提供してきた株式会社カナデンの知見とノウハウを元に解説しています。
工場の自動化が求められる背景と目的
工場の自動化は、現在の製造業において重要な取り組みと考えられています。なぜ多くの企業が多額の投資をしてまで自動化を急いでいるのか、その背景には社会構造の変化に起因する明確な理由が存在します。
| 課題の分類 | 現場で起きている具体的な問題 | 自動化によって期待される解決策 |
|---|---|---|
| 人的資源 | 慢性的な人手不足と熟練工の退職に伴う技術やノウハウの喪失 | ロボットによる作業の標準化と代替 |
| 品質管理 | 手作業による精度のバラつき | ロボットによる作業の代替や高精度なセンサを用いた自動検査システムの構築 |
| 労働環境 | 重量物の運搬や危険を伴う作業による身体的負担 | 自動搬送装置や協働ロボットを活用した安全確保 |
慢性的な人手不足の解消と技術承継
製造業の現場では、慢性的な人手不足が課題となっています。若年層の製造業離れが進む一方で、長年現場を支えてきた熟練労働者の高齢化が顕著となっており、熟練工の退職に伴う技術やノウハウの喪失が危惧される状況です。何の対策も打たなければ、現状の生産体制を維持することすら困難になる可能性があります。労働人口そのものが減少する社会において、限られた人員でいかに生産ラインを稼働させるかが、企業の存続を左右する鍵になると言えるでしょう。そこで注目されている根本的な解決策が、ロボットやIT技術を活用した工場の自動化です。機械に任せられる作業をロボットなどの自動化設備に置き換えることや、熟練工の勘や経験に頼っていた業務をセンサや制御機器などを使って標準化することが求められています。
品質の安定化と人的ミスの削減
人間が手作業で製造や検査を行う場合、経験年数や疲労、体調の変化によって作業の精度にばらつきが生じる傾向にあります。細かい電子部品の組み立てや長時間の手作業は、集中力低下やミスにつながりやすく、集中力を維持するのが難しい作業の典型といえるでしょう。どんなに優秀な作業員であっても、ヒューマンエラーを完全にゼロにすることは難しいと考えられます。自動化設備や高精度なセンサを用いた自動検査システムを構築すれば、決められた手順を寸分違わず繰り返せるようになります。産業用ロボットやセンサは疲労を感じないため、24時間稼働しても一定の品質を保ちやすい点が強みといえるでしょう。不良品の発生率が低下する傾向にあり、材料の歩留まり向上や廃棄コスト、クレーム対応にかかる時間の削減につながると考えられます。中長期的なリターンを含め、製品品質の底上げと全体的な生産性向上が期待できるでしょう。
労働環境の改善と安全確保
製造現場には、重量物の運搬や危険を伴う作業など、作業員に大きな身体的負担や安全上のリスクを課す工程が少なくありません。労働環境の悪化を招き、さらなる人材離れを引き起こす要因にもなりかねないでしょう。自動搬送装置や協働ロボットを活用して安全を確保すれば、従業員が働く環境を大きく改善できると考えられます。労働環境の改善は、新たな人材を採用する際のアピールポイントの1つとなり、定着率の向上にもつながるでしょう。人間が担わなくてもよい作業を機械が引き受けることで、残業時間の削減や休日取得の促進にもつながり、長期的な人材確保の観点からも有効な手段とされています。
工場の現場で自動化が進んでいる主な工程
工場のあらゆる工程を一度に自動化するのは、技術的にも資金的にも現実的ではありません。ここでは、多くの製造現場で実際に自動化が進められている代表的な工程について解説します。
| 工程の種類 | 導入される主な自動化技術の例 | 導入で期待される効果 |
|---|---|---|
| 搬送・ピッキング | 無人搬送車（AGV）やピッキングロボット | 運搬作業の省人化と歩行時間の削減による効率化 |
| 検査・品質管理 | AI搭載の画像認識カメラやレーザセンサ | 検査精度の均一化と微細な欠陥の見落とし防止 |
| 組立・加工 | 多関節ロボットや自動溶接機・プレス機 | 生産性の向上と属人的な技術への依存脱却 |
負担の大きい搬送やピッキング工程の自動化
部品や完成品を移動させる搬送工程は、自動化のメリットが大きい領域とされています。従来の手押し台車やフォークリフトによる運搬を無人搬送車（AGV）に置き換えれば、付加価値を生まない移動時間を削減でき、工場内の安全確保や事故防止にもつながるでしょう。倉庫でのピッキング作業にも自動化が普及しつつあり、ロボットが指定の棚から部品を自動で取り出すシステムを導入することで、作業員が歩き回る手間をなくし、取り違いミスの防止にも貢献すると考えられます。重量物を扱う現場では、腰痛などの労災リスクを減らす安全対策としても、最優先で検討される工程と言えるでしょう。
目視検査を代替する外観検査工程の自動化
製品のキズ・汚れ、欠けやバリ、部品の欠品やズレなどをチェックする外観検査は、自動化が進む分野とされています。従来の目視検査は作業員の経験に頼るため判定がブレやすく、長時間の集中による疲労や見落としのプレッシャーが大きな課題となっていました。現在は、高解像度カメラとAIによる画像認識システムが進化しており、熟練工と同等以上の精度で高速に欠陥を検出できるようになっています。導入時にAIへ画像データを学習させる準備期間は必要なものの、立ち上げ後は人間の目では捉えきれない微細な変化も数ミリ秒で判別でき、検査品質の均一化とタクトタイムの短縮につながると考えられます。
作業スピードと精度を高める組立・加工工程の自動化
製品を成形・結合する組立・加工工程でも、自動化が加速している傾向にあります。職人の勘や手作業に頼ってきた溶接、プレス、ネジ締めなどの作業に多関節ロボットや自動加工機を導入すれば、属人的な技術への依存から脱却し、一貫した高精度での製造が可能になると考えられます。ロボットは疲労なく正確に動き続けるため、生産スピードが大きく向上し、24時間稼働による増産も実現しやすくなるでしょう。初期投資のハードルは高いものの、生産能力の拡大や省人化、長期的に見た際の製造コストの削減といった直接的なリターンが見えやすい工程といえます。
カナデンが支援した工場の自動化事例4選
ロボットを使った完成品段ボールのパレタイジングシステム
- お客様の業種
- 資材メーカー様
- 主な導入設備
- パレタイズロボット、カメラ、コンベア
- 導入前の課題と背景
- こちらの資材メーカー様では、1日に数百箱におよぶ完成品段ボールのパレタイジング（パレットへの積み込み）を、3名の作業員が総出で手作業で行っていました。しかし、重量物の繰り返し作業は腰痛などの原因になりやすく、現場の身体的負担が極めて高い状態でした。さらに、慢性的な人手不足も重なり、「いかに現場の負担を減らし、少人数で回せる環境を作るか」が急務となっていました。
- 自動化の概要
- 本システムでは、高精度なカメラとパレタイズロボットをコンベアラインに連携させることで、人の手を一切介さないシームレスな自動化ラインを構築しました。
具体的には、以下のような流れで処理を行っています。
- 段ボールの積込をロボットで自動化
コンベアから流れてくる完成品段ボールを、ロボットが正確にキャッチしてパレットへ積み込みます。 - 大きさを判別してパレットに段積を行う
流れてくる段ボールのサイズが異なる場合でも、カメラが瞬時に形状を認識します。 - 段積パターンは段ボールのサイズから自動で判断
事前に登録されたデータに基づき、サイズに応じた最適な積み方をシステムが自動で計算・実行します。
- 段ボールの積込をロボットで自動化
- 導入による効果
- パレタイジングシステムを導入した結果、作業効率の向上だけでなく、コストや労働環境の面で以下のような劇的な成果が出ました。
- 作業員の省人化：導入前の3人から、導入後は「0人」へ
積み込み作業を完全に無人化したことで、これまで割かれていた3名分のリソースを解放できました。 - 現場の安全確保と、身体的負担の圧倒的な軽減
重労働から解放されたことで、腰痛などの労災リスクがゼロに。現場の安全性とエンゲージメントが大きく向上しました。 - 高付加価値な業務への人員配置
空いたリソースを、より人の目が必要な最終検品や、ライン全体の管理業務へとシフトさせることが可能になりました。
- 作業員の省人化：導入前の3人から、導入後は「0人」へ
- 製品例
紙容器ワーク（完成品）の箱詰め自動化装置
- お客様の業種
- 紙加工品メーカー様
- 主な導入設備
- 投入ロボット、空段ボールストッカー、集積積み段ボールストック部
- 導入前の課題と背景
- こちらの紙加工品メーカー様では、前工程で検査を終えた完成品（紙容器ワーク）の箱詰め作業を、2つのラインでそれぞれ1名ずつ、計2名の作業員が手作業で行っていました。絶え間なく流れてくる製品をスピードに合わせて正確に箱詰めする作業は、集中力と体力を消耗する単純作業であり、人員がそこに縛り付けられてしまうことが大きな課題でした。また、複数ラインを少人数で効率的に管理し、「いかに生産性を落とさず省人化を図るか」がテーマとなっていました。
- 自動化の概要
- 本システムでは、すべての工程を完全自動化するのではなく、「人が行う準備・排出」と「ロボットが行う高速箱詰め」を最適に組み合わせたシステムを構築しました。
具体的な作業フローは以下の通りです。
- 人の手で空段ボールをストッカーにセット
作業員が空の段ボールを専用のストッカーにあらかじめ補給・ストックしておきます。 - 投入ロボットによる高速な箱詰め自動化
前工程から流れてきた検査済みの紙容器ワークを、投入ロボットが正確かつハイスピードで段ボールへと箱詰めしていきます。 - 自動払い出し後、人の手で段ボールを排出
箱詰めが完了した段ボールはコンベアで自動的に払い出され、最終的に作業員の手によってスムーズに搬出されます。
- 人の手で空段ボールをストッカーにセット
- 導入による効果
- 完全無人化ではなく、あえて「人が関わる部分」を残しつつロボットと協調させた結果、最小限の投資で非常に高い省人化効果を発揮しました。
- 作業員の省人化：2ラインで「2人 ⇒ 0.5人」へ（1.5人の省人化）
ロボットが箱詰めを担うことで、作業員は「たまに段ボールをセット・回収するだけ」になり、1人で複数ラインを余裕を持って掛け持ちできるようになりました。 - 単純作業からの解放とミスの防止
スピードが求められる単調な箱詰め作業をロボットに任せることで、ヒューマンエラーを防ぎ、現場の精神的・肉体的負担を大幅に削減しました。 - 柔軟な人員配置による工場全体の効率化
浮いた1.5人分のリソースを、より高度な品質管理や別ラインのサポートへ配置転換できるようになり、工場全体の生産性向上に貢献しています。
- 作業員の省人化：2ラインで「2人 ⇒ 0.5人」へ（1.5人の省人化）
- 製品例
プレス機投入・取り出しロボット
- お客様の業種
- 自動車部品メーカー様
- 主な導入設備
- インデックス、パーツフィーダ、投入ロボット、プレス機
- 導入前の課題と背景
- こちらの自動車部品メーカー様では、2つの部品を組み合わせてプレス機で圧入する工程において、実質1.5名の作業員を配置して手作業で対応していました。プレス機への部品投入や取り出しは、常に「挟まれ」などの重大な労働災害（労災）リスクと隣り合わせの危険を伴う作業です。また、細かい部品を人の手で仮組みする作業は、集中力の維持や肉体的負担も大きく、「現場の安全性を最優先に確保しつつ、いかに少人数で効率的な製造ラインを構築するか」が大きな課題となっていました。
- 自動化の概要
- 本システムでは、パーツフィーダとインデックス（回転テーブル）を用いて部品を自動で整列・仮組し、多関節ロボットがプレス機への投入と取り出しを一貫して行う自動化ラインを構築しました。
具体的な作業フローは以下の通りです。
- 2つの部品を自動で整列・仮組
パーツフィーダから供給された2つの異なる部品を、インデックス（回転テーブル）上で自動的に位置合わせし、正確に仮組します。 - ロボットによるプレス機への確実な投入
仮組された状態のワークを、投入ロボットが正確にキャッチしてプレス機内の所定の位置へと安全にセットします。 - プレス圧入とコンベアによる自動排出
プレス機による確実な圧入加工が完了した後、仕上がった製品は自動的にコンベアへと払い出され、スムーズに次工程へと搬出されます。
- 2つの部品を自動で整列・仮組
- 導入による効果
- 危険を伴うプレス工程の前後をロボットと周辺機器で完全自動化したことで、安全性・生産性の両面で以下のような劇的な成果が得られました。
- 作業員の省人化：ライン人員を「1.5人 ⇒ 0.5人」へ（1人の省人化）
部品の補給や全体の監視のためにわずかなリソース（0.5人分）を残すのみとなり、1人分の人的リソースを丸ごと削減することに成功しました。 - 重大な労災リスクの撲滅による安全な職場環境
もっとも危険なプレス機内への手作業による出し入れをロボットが完全に代行することで、現場の重大事故リスクを根本から排除しました。 - 品質の安定化と製造サイクル（タクトタイム）の定速化
ロボットによる寸分の狂いもない正確な投入と自動仮組により、人によるバラつきがなくなり、常に一定のスピードで高品質な安定生産が可能になりました。
- 作業員の省人化：ライン人員を「1.5人 ⇒ 0.5人」へ（1人の省人化）
- 製品例
袋詰めされたワーク（食品）の箱詰め自動化システム
- お客様の業種
- 食品メーカー様
- 主な導入設備
- 投入ロボット、コンベアトラッキング用ビジョン、ハンド、コンベア
- 導入前の課題と背景
- こちらの食品メーカー様では、袋詰めされた完成品（ワーク）を段ボールへ箱詰めする工程において、1ラインあたり1名の作業員を配置して手作業で対応していました。食品工場では生産スピードが非常に早く、コンベア上を不規則な向きや間隔で次々と流れてくる袋詰め製品を、人の手で瞬時に判断して正確にピック＆プレース（箱詰め）し続けるのは、想像以上に集中力と体力を消耗する作業です。また、食品業界特有の「徹底した衛生管理（異物混入リスクの低減）」と、近年の「慢性的な人手不足への対策」が現場の大きな課題となっていました。
- 自動化の概要
- 本システムでは、「ビジョンシステム（カメラ認識）」と「ロボットのコンベアトラッキング技術」を融合させることで、流れるワークを止めずに、正確かつハイスピードで箱詰めする自動化ラインを構築しました。
具体的な作業フローは以下の通りです。
- コンベアトラッキング用ビジョンによる形状・位置認識
コンベア上を流れる袋詰めワークの位置、傾き、通過スピードを、上部に設置されたカメラ（ビジョン）が瞬時にかつ正確に認識します。 - ハンドによる確実なピッキング
ビジョンから得た位置情報に基づき、投入ロボットの先端に備わった食品ワーク専用のハンドが、形が不安定な袋詰め製品をやさしく、かつ確実に吸着・ホールドします。 - 移動するワークを止めずに段ボールへ自動投入
コンベアの動きにロボットが完全に同期する「トラッキング機能」により、ラインを停止させることなく、流れるようなスムーズな動きで隣の段ボールへと箱詰めを行います。
- コンベアトラッキング用ビジョンによる形状・位置認識
- 導入による効果
- カメラとロボットによる高度な連携システムを導入した結果、1ラインの完全無人化を達成し、多くの導入メリットが生まれました。
- 作業員の省人化：1ラインあたり「1人 ⇒ 0人」へ（完全無人化）
箱詰め工程を100%自動化したことで、該当ラインの作業員をゼロに。1人分の人的リソースを丸ごと削減することに成功しました。 - 非接触化による衛生面の向上と異物混入リスクの低減
食品（包装済）に人が触れる機会を根本的に排除したことで、工場全体の衛生レベルがさらに向上し、食品メーカーとして最大の価値である「安心・安全」を強化できました。 - スピードの安定化と人手不足の解消
体調や熟練度に左右されることなく、24時間いつでも一定のハイペースで正確な箱詰め作業を継続できるようになり、採用難に悩まされない安定した生産体制を確立しました。
- 作業員の省人化：1ラインあたり「1人 ⇒ 0人」へ（完全無人化）
- 製品例
工場自動化を成功させるための進め方
自動化設備は、ただ高額な機械を購入して工場に設置すればすぐに効果が出るというものではありません。プロジェクトを成功に導き、投資した資金を確実に回収するためには、計画的かつ段階的なアプローチが求められます。ここでは、自動化の検討から導入までをスムーズに進めるための具体的な手順と注意点について解説します。
| フェーズ | 具体的なタスク内容 | 注意すべきポイント |
|---|---|---|
| 1.企画・現状把握 | 現場へのヒアリングと作業時間の定量的な測定 | 経営層と現場作業員の間で目的の認識ズレをなくす |
| 2.システム設計 | ロボットSIerや商社の選定と要求仕様の明確な定義 | 価格だけでなく過去の導入実績や提案力を冷静に見極める |
| 3.導入・運用 | 現場への操作教育と段階的な稼働テストの実施 | トラブル発生時の対応マニュアルや保守体制を事前に整備する |
ステップ1：自社の現状把握と自動化する工程の優先順位付け
自動化の第一歩として、まずは工場の課題を客観的に把握することが重要です。現場へのヒアリングに加え、タイムスタディや動画撮影を通じて作業時間を定量的に測定し、ボトルネックを特定します。すべての工程を一度に自動化すると、予算の肥大化や現場の混乱を招くため、技術的ハードルが低く効果が出やすい単純作業からスモールスタートするのがおすすめです。また、人件費削減なのか安全確保なのか、自動化の「最大の目的」を経営陣と現場で共有し、認識のズレをなくしておくことがプロジェクトを停滞させない鍵となります。
どこを自動化すればよいかわからないという場合には、カナデンが現場のウォークスルーをして現実味のある自動化工程のご提案も可能です。
※お問い合わせ内容に現状やお悩み、質問等ご自由にご記入ください。
ステップ2：自動化成功のカギを握る「SIer選定」と、パートナー選びのポイント
高度な自動化システムの設計やロボットの制御には専門知識が求められるため、ロボットシステムインテグレータ（SIer）やロボットを取り扱う専門商社（技術商社）に相談するのがおすすめです。選定の際は、同業界での導入実績や提案力、さらに工場の稼働率を維持するための「導入後の迅速なアフターサポート体制」があるかを複数社で比較検討することが重要になります。とはいえ、数あるSIerや商社の中から自社に最適な企業を見極め、個別に交渉を進めるのは時間も労力もかかります。
このようなSIer選定やシステム構築のハードルを解消するのが、カナデンの自動化ソリューションです。カナデンは商社としての豊富な製品ラインアップだけでなく、社内の専門チームである「ソリューション技術本部」が直接最適なプランをご提案。さらにお客様の課題に合わせて、独自の優良な「パートナーSIer」と連携した強力なバックアップ体制も整えています。お客様の窓口となり、課題のヒアリングから最適なSIerの選定、システムの立ち上げ、その後の保守まで一括して対応いたします。パートナー選びに迷ったら、まずは技術とネットワークを兼ね備えたカナデンに一度ご相談ください。
※お問い合わせ内容に現状やお悩み、質問等ご自由にご記入ください。
ステップ3：現場への教育と段階的な導入による運用の定着
設備が完成した後の導入・運用フェーズでは、現場の作業員が新しい機械をスムーズに扱えるよう、事前の操作教育や安全訓練を徹底します。最初から本番で稼働させるのではなく、まずは一部のラインや限定的な時間から段階的にテスト稼働を行い、システムの不具合や現場の導線の問題点を洗い出しましょう。あわせて、万が一の機械トラブルやエラー停止に備え、現場がパニックにならないよう対応マニュアルの整備や緊急時の連絡体制の構築など、事前の保守体制づくりを行うのがおすすめです。
まとめ
この記事の要点をまとめます。
- 人手不足・品質維持・安全確保等の解決策として、工場の自動化が重要な取り組みになっている
- 自動化は現場の課題を定量的に把握し、優先順位をつけて段階的に進めることが重要である
- 多様な業界でロボット導入による課題解決の成功事例が増加している
- システムの設計や運用において、知見のある専門企業との連携がプロジェクトの鍵を握る
工場自動化を着実に成功させ、厳しい競争環境を生き抜くための強い生産体制を構築していきましょう。
カナデンは、東証プライム市場上場企業として、三菱電機をはじめ400社以上の製品を取り扱い、「工場の自動化・省人化ソリューション」もご提供してきたエレクトロニクスソリューションズ・カンパニーです。
執筆者：カナデン編集部
