ドイツのインダストリー4.0：将来、仮想世界と現実世界は完全につながる

フランク・レメンズバーグ

インダストリー 4.0 は、2008 年の金融危機によって引き起こされた経済危機の直接的な結果です。当時、ドイツは、金融危機を乗り切るためには、エンジニアリングや製造業などの基幹産業が変革し、効率化する必要があると提案しました。議論の段階は3年間続き、プロジェクトは2011年に実施され始めました。過去 7 年間で、インダストリー 4.0 は、柔軟でカスタマイズされた生産、製品プラットフォームからサービスプラットフォームへの企業の進化、そしてインダストリアルインターネットを実現する IoT (モノのインターネット) 技術という 3 つの発展段階を経てきました。

今後7年間で最も重要な技術トレンドは、仮想世界と物理世界を完全に接続し、従業員の能力とビジネスモデルを完全に再構築するデジタルツインです。ただし、これを単独で達成できる企業は存在しません。コアに焦点を合わせ、エコシステムを構築することは、大手企業の一般的な慣行です。

過去7年間のインダストリー4.0
今日は、ドイツにおけるインダストリー4.0の7年間の発展の歴史をご紹介します。インダストリー 4.0 の当初のコンセプトは、エンジニアリングと製造にデジタルテクノロジーを追加することで、2 つのことが達成できるというものでした。1 つは、柔軟性とカスタマイズ性が向上し、企業が顧客向けにカスタマイズされた製品を生産できるようになることです。一方、生産効率は大幅に向上します。

インダストリー 4.0 レポートは 2011 年に公開され、何百もの企業で広く議論され、インダストリー 4.0 プラットフォームに関する経験を定期的に共有し、それをどのように実装するかという概念を徐々に形成していきました。 2年後、インダストリー4.0のこれら2つの中核概念だけでは、ドイツの産業が世界的競争力を維持するには到底不十分であることが明らかになりました。

なぜ？
明らかに、顧客により柔軟に対応し、顧客向けにカスタマイズされた製品を生産すること、そして製造効率を向上させることには魅力があります。しかし、何が起こっているかを見れば、製品の性質が変化したことがすぐにわかります。製品自体からプラットフォームまで。製品をもっと効率的にすることや、顧客の要件に基づいて製品の構成オプションを増やすことだけに焦点を当てているのであれば、それは素晴らしいことですが、それだけでは十分ではありません。一歩下がって製品自体を見る必要があります。製品自体はサービスプラットフォームとしてしか見ることができません。

そこでドイツは、ソフトウェアプラットフォームとしての企業の将来について考え、インダストリー 4.0 のフォローアップイニシアチブを立ち上げたのでしょうか? Platform as a Service の将来はどうなるのでしょうか?このサービスは、製品が工場を出た後にプラットフォームを通じて提供されます。これは、中国での2番目のプログラムです。スマートな製品が完成したら、すぐにこの製品の設計方法を完全に変更できるかどうかを検討する必要があります。実際、あなたは変わらなければなりません。 2015年に、私たちはこの概念について言及し、強調し始めました。

ドイツのSAP社による「スマートファクトリー」のデモンストレーションにより、インダストリー4.0の製造業であっても、たとえ製品がプラットフォームとして定義されていても、競争力を維持して生き残るだけでは十分ではないことがすぐにわかりました。たとえば、自動車はソフトウェアプラットフォームになることができ、多くの医療機器はソフトウェアプラットフォームになることができ、ファンはソフトウェアプラットフォームになることができます。これらのデバイスは動作中に大量のデータを生成することにすぐに気付くでしょう。製品によって生成されたデータを分析し、このデータを機械の動作サイクルにリアルタイムで取り込んで活用するために、人工知能と機械学習をどのように使用するかを再考する必要があります。そこで、私たちは3番目のプロジェクトである自動化システム、つまり人工知能を立ち上げました。インダストリー4.0やインテリジェント製品があれば、次のステップは、データを適切に使用してサイクルを短縮する方法です。

企業がデジタル時代を生き残るためには、次の 3 つのことを行う必要があります。
まず、データを活用してビジネス成果を促進します。
2 つ目は、競争の鍵となる、あらゆることを実行するサイクルを短縮することです。設計、製造、リアルタイムの運用フィードバックのサイクルを大幅に短縮する必要があります。
3番目に、消費者のニーズに応じてカスタマイズを提供します。

実際には、柔軟なカスタマイズよりも、製品開発サイクルの短縮とデータを活用してビジネス成果を推進する能力の方が重要であることがわかりました。これら 3 つのポイントはすべて重要ですが、実際に得られるメリットはデータから生まれます。

2011 年以来、ドイツのソフトウェア業界は IoT プラットフォームの構築を開始しました。スマートな生産からスマートな製品が生まれ、工場がスマートな運用を実装するには、それらを組み合わせるための共通のテクノロジーが必要であり、多くの企業が従来のシステムを置き換える必要があります。企業が競争力を維持したい場合、プライベートクラウド、パブリッククラウド、ハイブリッドクラウドなど、クラウドに移行する必要がありますが、以前のシステムを使用してもうまくいきません。

ドイツのソフトウェア企業をはじめ、SAP やシーメンスなどの大企業や、中規模企業の連合体があります。これらの企業はすべて、新しいプラットフォームの構築を開始し、新しい産業用 IoT プラットフォームを使用して、工場の機器に搭載されたスマート製品、鉄道システムの機関車で稼働する機器、化学工場のバルブなど、あらゆるものを接続しています。このプラットフォームは、すべてのデバイスを接続し、センサーを通じてデータを収集し、すべてのビジネスリンクを透明化し、生産効率を向上させ、サイクルを短縮し、顧客のニーズを満たす新製品を生み出します。これはインダストリー4.0の実現にとって重要な基盤となります。

今後7年間のインダストリー4.0
上記は過去 7 年間に起こったことであり、私たちは次の 7 年間について考えています。もちろん、上記のすべてが完全に実現されているわけではありません。実際、ドイツ企業によって、これらの新しい概念を受け入れるスピードは異なります。この点でトップクラスの企業は、ビジネス成果が高く、業務が速く、財務実績も優れています。

将来的には多くのチャンスがあります。まず、私たちは新たな技術的変化を経験していますが、その中で最も重要なのはデジタルツインです。製品は、物理世界に存在する前に、仮想デジタル世界に存在します。デジタルツインを作成すれば、仮想的に製品を設計し、市場をシミュレートし、顧客のニーズに合わせて製品を構成し、製品のパフォーマンスとエクスペリエンスを設計できます。これらすべてを、物理世界での操作を必要とせずに、デジタル世界で実行できます。

次に、製品のコンポーネントを再考し、製品をソフトウェアプラットフォームとして再検討する必要があります。ソフトウェアで操作される機械装置の場合、2年後にどのようなサービスを提供するかは不明ですが、それは毎日稼働する実際の装置であり、適切に制御されなければ人間に危害を及ぼす可能性があり、危険です。したがって、これらの製品のソフトウェアを更新して新機能を実装できるように、これらの製品の検証方法を再考する必要があります。これらの製品では、当初テストされていなかった製造プロセスが導入されるため、検証プロセス全体を再検討する必要があります。これが、製品を構成するものを再考する、つまり、製品がどのように設計され、検証されるかを再考することを意味します。

多くの顧客はもはや製品を購入しておらず、購入したいのは製品の機能です。例えば、買うのはバイクではなく輸送力であり、これは全く異なるビジネスモデルです。高品質でタイムリーな輸送と優れた顧客体験を提供すればプレミアムを獲得でき、これはサービス産業になります。製造業とは異なり、製品を販売した後、サービスを通じて利益を上げます。さらに、シェアリングエコノミーはB2B業界にも参入しています。

3つ目に、インダストリー4.0は自動化のアップグレードという新たな段階に入り、新しいタイプの作業と新しい作業能力の必要性をもたらしています。多くの肉体労働は必要なくなりますが、インダストリー4.0のリーダーたちが新しい仕事を創出しているので、私たちは異なる仕事をする労働者を必要としています。アウトソーシングしていたサプライチェーンの一部を国内に戻し、生産効率の向上により製造サプライチェーンの再編が進みました。リーダーたちにとって、サプライチェーンを国内に戻すということは、非常に重要な新しい仕事をするために従業員を再訓練する必要があることも意味しており、仕事の種類も変化しています。

これはドイツの産業界にとってチャンスであると同時に課題でもあります。なぜなら、以前は典型的なエンジニアリング会社であったとしても、これからはソフトウェア会社にならなければならないからです。以前は製品販売会社であったとしても、これからはサービス会社にならなければならないからです。以前は個別製造業の日常業務を担当するプロセス管理会社であったとしても、これからは従業員がより柔軟になり、顧客のカスタマイズされたニーズにリアルタイムで対応しなければならないからです。これらは大きな変革の課題であり、何百もの異なる企業をトレーニングしてパフォーマンスを向上させるシステムをどのように構築するかを考える必要があります。

これはドイツにとって非常に重要なことなので、メルケル首相は頻繁にビジネスリーダーを招いてこの問題について議論しています。 3か月前の会議で、彼女はビジネスリーダーたちを招き、ドイツの製造業、人工知能（AI）、そして国家の発展を促進するためにAI技術をどのように活用するかについて議論した。

彼女の質問に答えるために、私たちは世界中のAIの状況、ドイツが得意なこと、米国が得意なことなどを比較し始めました。米国とヨーロッパの近隣諸国以外で、私たちと競争したり協力したりできる唯一の国は中国だと考えています。中国のAI開発のやり方は素晴らしい。

ドイツでは、製造業に注力しています。B2B は非常に強いのですが、B2C 業界はあまり強くありません。人工知能、機械学習、ロボットを活用して、カスタマイズされた製品やサービスを提供できるインフラを構築します。製造業では人工知能技術が重要な役割を果たすでしょう。私たちはロボットや音声認識における人間と機械の協働技術を含め、これに多額の投資をします。将来的には、人間と機械のコミュニケーションの標準は、あなたと機械の会話になるでしょう。それは工場でも同じです。

私たちはさまざまな面でクライアントと連携していますが、すべての話し合いは、どのターゲット顧客にいつ、どのように製品やサービスを販売するかから始まります。質問は簡単ですが、答えは難しいです。

自動車業界では、これまで何台の自動車を販売しましたか。どのような構成で、誰に販売しましたか。いつ販売しましたか。また、電気自動車は何台ありますか。エンドユーザーに販売された台数、小売業者に販売された台数、シェアリングカーの台数はどれくらいですか。シェアリングエコノミーでは車の価格はいくらですか?部品を別々に販売してもらえますか？このような単純な疑問に直面すると、未来がいかに不確実であるかが分かります。

この問題はどの企業にも当てはまります。医療機器を製造する会社の場合、機械を販売していますか、それとも患者に診断機能を販売していますか?すでにこれを行っている企業があります。かつては機器を販売していたドイツの企業が、機器の治療計画を最適化する方法を見つけ、患者の余命を 5 年延ばしました。彼らはもはや機器を販売しているのではなく、サービスを販売しています。彼らが売っているのは、私たちのところに来る特定のタイプの患者が少なくともあと5年は生きられるという約束です。

これらは、過去 50 年間、業界が答えを出す必要のなかった質問です。過去 50 年間で自動化は大きく進みましたが、革命は起こりませんでした。私たちは今、将来どのように製品とサービスを組み合わせてエンドユーザーに販売するかを再考する必要がある領域に入っています。

デジタルツインテクノロジーがすべてを変える<br /> 次の質問は、これを自分でできるかどうかです。それとも、これを実現するためにエコシステムを構築する必要があるのでしょうか?多くのエンジニアリング企業はソフトウェア企業ではないため、自社製品用のソフトウェアプラットフォームを構築する方法を知りません。

次の質問は、将来誰と競争するのかということです。ドイツの自動車業界は数年前までテスラを競争相手とはみなしていなかったし、防衛事業に携わるエアバスは新たな宇宙ロケットの出現を予見していなかった。したがって、次の 3 つの質問を常に問い続ける必要があります。どのような製品やサービスを販売できるのか?私たちの目標達成に協力してくれるパートナーは誰でしょうか?誰と競争するのでしょうか?これらの問題についてよく話し合うことができれば、新たな洞察と結論を得ることができます。

ドイツの産業部門は、スマートな製品とスマートな生産を持ち、製品とサービスを販売することで将来に備えるべきだと私たちは提案します。製品を販売するときにはサービスがないかもしれませんが、製品が 2 年間使用された後にはサービスが必要になります。御社の製品は長年利用されるサービスプラットフォームです。製品メーカーとして、付加価値プロセスに参画できますか？これは新しいビジネスモデルです。シンプルに聞こえますが、実装するのは非常に複雑です。これが私たちが行っていることです。私たちはこれら 3 つの分野で同時にドイツ企業と協力関係を築いています。

個々の企業に対する私たちのアドバイスは、コアビジネスであるソフトウェアプラットフォームを準備し、すべてをデジタル化する準備を整えて透明性をもたらし、サイクルを短縮し、コア製品をパーソナライズして顧客と密接に結び付け、コアビジネスに集中することです。すべてを行う必要はありません。コア機能に集中し、強みを強化してください。

それから私たちは、これから起こるデジタル革命、つまりデジタルツインについて考え始めました。私たちは、エンジニアリングおよび製造企業の次のトレンドはデジタルツインであると考えています。

これは新しいプラットフォームです。デジタルツインのデジタルチャネルを通じて製品を販売し、顧客にデジタルで販売し、デジタル製造やサービスを提供することができます。この点に関しては、すでにいくつかのパイロットプロジェクトが実施されています。業界にはまだ統合ソリューションはありませんが、今後 5 年以内に登場する予定です。私たちは、企業が「デジタルツイン」を中心に構築した新しいプラットフォームを導入し、企業のすべてのプロセスを制御するようになると考えています。

デジタルツインを作成し、会社の業務をデジタルツインに接続すると、ビジネスモデルが変化します。製品サービスプラットフォームを中心に新しいビジネスを開発し、収益を生み出すことができます。

次は技術的な基礎です。製造会社やエンジニアリング会社が新しい時代を迎えるためには何が必要でしょうか?それがスマートな製品、スマートなサービス、新しい価値、そして新しいビジネスモデルです。

すべての企業は、「デジタルツイン」とソフトウェアプラットフォームのオペレーティングシステムの操作方法を理解する必要があります。多くの新しい電子デバイスが登場し、多くのセンサー、ハードウェアセキュリティテクノロジ、エッジデバイスでの機械学習、音声やデジタル ID センサーなどの消費者向けヒューマンコンピューターインタラクション、製品からデータを収集するためのアプリケーションプログラミングインターフェイス (API)、3D プリントなどの新しい製造テクノロジが必要になります。

スマートサービスに関しては、プラットフォーム、モノのインターネット、ブロックチェーン、ビッグデータ、機械学習フレームワーク、デジタルサービス工場が必要です。なぜなら、一度製品が発売されると、それはソフトウェアプラットフォームであり、毎週顧客にデジタルサービスを提供できる工場も必要だからです。稼働を停止することはできず、また、お金を稼ぐための新しいツールでもあります。また、このデータを競合他社と交換するためのデータスペースも必要です。競合他社はあなたが必要とするデータを持っており、あなたも競合他社が必要とするデータを持っているため、市場を確立する必要があります。

同時に、AIが埋め込まれたデバイスが正しく制御されなければ、人間にとって複雑で危険なものとなるため、監視も必要です。次に、ソフトウェアは常に変化するため、製品の動作の動的な検証を構築する方法を検討する必要があります。

次に、新しいビジネスモデルや顧客体験、ユーザーが商品を入手する際の利便性、サービスの課金方法、新しいビジネスモデルを確立する方法などを考慮する必要があります。同時に、ビジネスデジタルツインも検討しています。「デジタルツイン」だけでなく、製造業のあらゆる製品に「ビジネスツイン」を提供できるか。その下では、クラウドベースのサービスを提供し、顧客のニーズに基づいたソリューションを提供する必要があります。

私たちはこれらの分野で懸命に取り組んでいます。現在、これらすべてのつながりをマスターできる企業は 1 社もありませんが、これがドイツのインダストリー 4.0 の未来です。今後 5 年間で、これらのビジョンの多くが現実のものとなるでしょう。多くの課題があり、慣れない面倒な作業をしなければならないため、企業経営陣がこれらの変化に抵抗するのも理解できます。規制もあり、政府はそれを通じてこれらの変化を促進できます。また、優れた製品、サービス、ビジネスモデルを提供しながら収益を上げていくことが求められる企業組織の柔軟性の問題も考慮する必要があります。本業を諦めるわけにはいかないし、新規事業もやりたいので、会社の組織をどう調整していくのか？課題はたくさんありますが、うまく行けばメリットは明らかです。

出典: 財経雑誌

ドイツのインダストリー4.0：将来、仮想世界と現実世界は完全につながる

[ケーススタディ] 軍用掘削機が故障し、エンジニアが3Dプリント部品で迅速に修理

ジェネレーティブデザインと3Dプリントがイノベーションを解き放つ方法をご覧ください

頭蓋骨癒合症の子供のために3Dプリントで設計された中国初の低侵襲頭蓋形成手術

マックス・プランク研究所のネイチャージャーナル：高強度鋼のレーザー付加製造

無料アクセス: Raise3D 上海 Fuzhi 繊維強化材料 3D プリントホワイトペーパー

特殊化学品大手クラリアントが3Dプリント事業を正式に開始

積層造形への応用: Ti-6Al-4V の応力緩和挙動とメカニズムのその場中性子回折

ミシガン大学は、既存の機械式3Dプリントの速度を2倍にするソフトウェアを開発

メイン大学は住宅危機に対処するため、バイオベースの材料のみで作られた3Dプリント住宅「BioHome3D」を立ち上げた。

エルケムがシリコン3Dプリント用サポート材をリリース、押し出し印刷の武器庫に加わる

推薦する

急速積層造形法に基づく主要金属部品の微細構造と性能制御のための後処理技術と装置の研究

整形外科用医療機器会社リマが3Dプリントインプラント製品を開発

3Dプリンティングは、戦略的新興産業の主要製品とサービスのガイダンスカタログに含まれています。

電気化学における循環型経済: コーヒーのパッケージをリサイクルして電気分析センサー用の 3D プリントフィラメントを作成する

研究者はSLM技術を使用して単結晶ニッケルを3Dプリントし、将来的には金属合金に広く使用されるようになる。

新型産業用3Dプリンター：PEEKなどの先進材料を印刷可能、価格は8万元未満

スウェーデンの家具大手イケアがプロトタイプラボにフルタイムの3Dプリント専門家を雇用

Ultimakerが新しいフラッグシップS7デスクトップ3Dプリンターを発売、自動レベリングなどの新機能を追加

詳細: LCD 光硬化 3D プリンター革命: 白黒画面

3D プリント合金の新たなブレークスルー!ソフトロボットやフレキシブル回路は、より柔らかい方向への発展が期待される

3Dプリントはパーソナライズされた心臓弁置換の作成に役立つ可能性がある

宇宙での製造：ESA が資金提供した無限サイズの高温 FFF 3D プリンター

3Dプリントが技術革新の波を引き起こし、台州の製造業のエコシステムを変える

ライブ中継：485社が参加する世界最大の3Dプリント展示会formnext2017

【3Dプリンティング月次レポート】2018年5月に世界の3Dプリンティング業界で起こった大きな出来事は何ですか？