設備分野におけるIoT活用。活用シーンや事例なども解説
近年、製造業や建設業、エネルギー産業など、さまざまな分野で「IoT（Internet of Things）」という言葉をよく耳にするようになりました。特に設備分野におけるIoTの活用は、業務効率化や生産性向上、コスト削減など、多くの面でビジネスに革新をもたらしています。設備IoTの基本概念から具体的な活用事例などについて解説していきます。
設備IoTとは
設備IoTは、工場や建設現場、エネルギープラントなどで使用される機械や設備にインターネット接続機能を持たせ、データの収集・分析・活用を行う技術のことを指します。IoT技術によって、これまで見えなかった設備の稼働状況や性能が可視化され、効率的な運用や迅速な意思決定が可能になります。
IoTの基礎知識
IoT（Internet of Things）とは、「モノのインターネット」と訳されます。これは、私たちの身の回りにあるさまざまな「モノ」がインターネットにつながり、相互に通信することで新たな価値やサービスを生み出す概念です。スマートフォンやウェアラブルデバイスから家電、自動車、工場の機械設備に至るまで、あらゆるものがネットワークにつながる世界を指しています。
IoTの基本的な仕組みは、センサー（センシング）、ネットワーク、データ処理、動作（アクチュエーション）という4つのステップで構成されています。まず、各種センサーでデータを収集し、そのデータをインターネットを通じて送信します。次に、クラウドなどでデータを分析・処理し、最後にその分析結果に基づいて機器を制御したり情報を提供したりします。この仕組みにより、リアルタイムでのデータ収集と分析、そして迅速な対応が可能になります。
工場におけるIoTの役割
工場におけるIoTの役割は非常に重要です。従来の工場では、各設備の稼働状況や生産ラインの効率を把握するのに多くの時間と労力を要していました。しかし、IoTの導入により、これらの情報をリアルタイムで収集・分析することが可能になりました。
生産設備の稼働状況のリアルタイムモニタリングや生産ラインの効率分析と最適化が可能になります。また、品質管理データの自動収集と分析、予知保全による設備の故障予防、さらにはエネルギー使用量の最適化なども実現できます。これらの役割により、生産性の向上、品質の改善、コスト削減などが実現可能になります。
設備IoTの仕組み
設備IoTの仕組みは、センサー、ネットワーク、クラウドプラットフォーム、アプリケーション、アクチュエーターという要素で構成されています。
まず、設備に取り付けられたセンサーが稼働状況、温度、振動、電力消費量などのデータを収集します。これらのデータは、有線LANや無線LAN、5Gなどのネットワークを通じて送信されます。送信されたデータは、クラウドプラットフォームで保存、処理、分析されます。
分析結果は、専用のアプリケーションを通じて可視化され、ユーザーに提供されます。さらに、必要に応じてアクチュエーターが分析結果に基づいて設備を制御します。
設備IoT導入のメリット
設備IoTを導入することの主なメリットについて、詳しく解説していきます。
生産性の向上
設備IoTの導入により、生産性が大幅に向上します。これは、リアルタイムでの設備稼働状況の把握や、データに基づいた生産ラインの最適化によって実現されます。例えば、センサーから得られたデータを分析することで、設備のダウンタイムを最小限に抑えたり、生産スケジュールを最適化したりすることが可能になります。
また、作業者の動きや工程の流れを可視化することで、無駄な動きや待ち時間を削減し、より効率的な作業環境を構築することができます。
コスト削減と省人化
設備IoTは、さまざまな面でコスト削減に貢献します。まず、予知保全により設備の故障を事前に防ぐことができるため、突発的な故障による生産停止のリスクが軽減されます。
さらに、エネルギー使用量の最適化も可能になります。各設備のエネルギー消費量をリアルタイムで把握し、効率的な運用を行うことで、エネルギーコストを削減することができます。
また、自動化やリモート監視の導入により、省人化も進みます。
品質の向上
設備IoTは、製品品質の向上にも大きく貢献します。センサーによる常時モニタリングにより、製造プロセスの異常を即座に検知し、対応することが可能になります。
また、製造データの蓄積と分析により、品質に影響を与える要因を特定し、製造プロセスを継続的に改善することができます。さらに、トレーサビリティの向上により、万が一の品質問題発生時にも迅速かつ正確な対応が可能になります。
予知保全と故障予防
設備IoTの重要なメリットの一つが、予知保全による故障予防です。従来の定期保全では、実際の設備の状態に関わらず決められたタイミングでメンテナンスを行っていたため、過剰な保守や突発的な故障のリスクがありました。
しかし、設備IoTを導入することで、設備の状態をリアルタイムで監視し、異常の兆候を早期に検知することができます。例えば、振動や温度のわずかな変化を捉えることで、故障が発生する前に適切な対応を取ることが可能になります。
意思決定の迅速化
設備IoTの導入により、経営者や管理者は正確かつリアルタイムの情報に基づいて、迅速な意思決定を行うことが可能になります。例えば、生産ラインの稼働状況や在庫レベル、品質データなどを統合的に把握することで、生産計画の調整や設備投資の判断を適切に行うことができます。
また、データの可視化ツールを活用することで、複雑なデータも直感的に理解しやすくなり、現場レベルでの改善活動も促進されます。
設備IoT活用事例
設備IoTは、さまざまな業界で活用されています。製造業、建設業、エネルギー産業、そして中小企業における具体的な活用事例を紹介します。これらの事例を通じて、設備IoTがどのように実際のビジネスに貢献しているかを見ていきましょう。
製造業での導入事例
製造業は、設備IoTの恩恵を最も受けている業界の一つです。大手自動車メーカーなどでは、スマート工場の取り組みを進めています。
スマート工場では、生産設備にセンサーを取り付け、稼働状況や環境データをリアルタイムで収集・分析しています。これにより、設備の異常を早期に発見し、予防保全を実現しています。また、生産ラインの効率を常時モニタリングすることで、ボトルネックを特定し、生産性の向上を図っています。
さらに、収集したデータを活用して、熟練工の技能をデジタル化し、若手作業者への技術伝承にも役立てています。これにより、高品質な製品の安定生産を実現しています。
建設業での活用例
建設業界でも、IoTやAIを活用した建設現場の効率化が進んでいます。
例えば、建設機械にGPSとセンサーを搭載し、作業状況をリアルタイムで把握しています。また、ウェアラブルデバイスを活用して作業員の位置や健康状態をモニタリングし、安全管理の強化にも役立てています。
さらに、ドローンと3Dスキャナーを組み合わせて、建設現場の3Dデータを定期的に取得し、工事の進捗管理や品質チェックにも活用しています。
建築業界におけるIoTの活用方法についてはこちらで詳しく紹介しています。
関連記事：建築業界はIoT活用でどう変わる？建築・建設の活用事例も紹介
エネルギー産業での適用
エネルギー産業でも、設備IoTの活用が進んでいます。特に、再生可能エネルギーの分野での活用が注目されています。
例えば、風力発電設備にIoTを導入し、効率的な運用が可能になります。風車にセンサーを取り付け、風速や風向、発電量などのデータをリアルタイムで収集・分析しています。
また、AI技術と組み合わせることで、気象データから発電量を予測し、電力需給の調整に役立てています。さらに、設備の異常を早期に検知することで、計画的なメンテナンスが可能となり、稼働率の向上とメンテナンスコストの削減を実現しています。
設備IoT導入の手順
設備IoTの導入は、企業にとって大きな変革をもたらす可能性がある一方で、慎重に進める必要があります。
現状分析と目的設定
設備IoT導入の第一歩は、自社の現状を正確に分析し、明確な目的を設定することです。現在の生産プロセスや設備の稼働状況、課題点などを詳細に洗い出します。例えば、生産効率が低い工程や、故障が頻発する設備などを特定します。
そして、それらの課題を踏まえて、IoT導入の目的を具体的に設定します。「生産性を20%向上させる」「設備の稼働率を95%に引き上げる」といった具体的な数値目標を立てることが重要です。この目的設定が、後の工程でのシステム設計や投資判断の基準となります。
必要なデータの特定
目的が定まったら、次はその目的を達成するために必要なデータを特定します。例えば、生産性向上が目的であれば、各設備の稼働時間や生産量、不良品率などのデータが必要になるでしょう。予防保全が目的であれば、設備の振動や温度、電流値などのデータが重要になります。
必要なデータを特定する際は、現場の作業者や設備管理者の意見を積極的に取り入れることが大切です。彼らの経験や勘に基づいた「気づき」が、重要なデータポイントの発見につながることがあります。
データ収集方法の選択
必要なデータが特定できたら、それらのデータをどのように収集するかを決定します。既存の設備にセンサーを後付けする方法、新しいIoT対応の設備に置き換える方法、あるいは作業者が手動でデータを入力する方法など、様々な選択肢があります。
データ収集方法を選択する際は、コストと効果のバランスを考慮することが重要です。高価なセンサーを導入すれば精密なデータが得られますが、投資対効果が見合わない可能性もあります。また、データの収集頻度（リアルタイム、1時間ごと、1日ごとなど）についても検討が必要です。
システム設計と導入
データの収集方法が決まったら、具体的なシステムの設計に入ります。ここでは、センサーやネットワーク機器の選定、データを保存・分析するためのクラウドプラットフォームの選択、データを可視化するためのダッシュボードの設計などを行います。
システム設計の際は、将来の拡張性やセキュリティにも十分な配慮が必要です。また、現場の作業者が使いやすいインターフェースを設計することも重要です。
システムの設計が完了したら、実際の導入作業に入ります。この際、現場の業務に大きな支障をきたさないよう、段階的に導入を進めることが一般的です。また、導入後の運用体制や教育計画についても事前に検討しておくことが大切です。
データ分析と活用
システムが稼働を開始したら、収集されたデータの分析と活用を行います。初期段階では、設定した目的に沿った基本的な分析から始めます。
データ分析の過程で新たな気づきが得られることも多いため、柔軟な姿勢で分析を進めることが重要です。また、分析結果を現場にフィードバックし、業務改善につなげていくサイクルを確立することが、IoTの効果を最大化するポイントとなります。
継続的な改善とメンテナンス
設備IoTの導入は、システムの稼働開始がゴールではありません。運用を続ける中で継続的な改善とメンテナンスが必要です。
定期的にシステムの性能評価を行い、必要に応じてセンサーの追加や分析モデルの改良を行います。また、技術の進歩に合わせてシステムのアップデートを行うことも重要です。
さらに、収集したデータや得られた知見を、新製品の開発や新しいビジネスモデルの創出にも活用していくことで、IoT導入の価値をさらに高めることができます。
