インダストリー4.0が進行中：これら3つの変化が製造業の未来を変える

これまで、従来の製品生産と販売は、常に次のようなプロセスに従ってきました。消費者の需要を発見 - 会社が図面を設計 - 試作品を作成 - 製品の製造に必要なプロセス設備を設計 - 大規模生産を実施 - 市場に投入。大規模な機械化により、工場は非常に短期間で大量の製品を生産できるようになり、何十億もの人々の仕事と生活を変えました。しかし、従来の製品生産には、研究開発費の高さ、生産サイクルの長さ、原材料の不十分な利用、製品の大量受注残の可能性など、一連の問題があります。

画像: PHD Ventures, Inc.

今日、インターネットが製造業や消費者と深く融合し、あらゆるものが大きな変化を遂げています。

一方、企業は消費者情報を入手するためのよりシンプルで迅速なチャネルを持つようになり、消費者のニーズや市場の変化をより迅速に把握できるようになりました。

一方、モノのインターネット、センサー、3Dプリント、ロボット、人工知能などの技術の応用により、工場の生産、管理、運用はよりインテリジェント化、自動化されました。

そのため、新技術の応用により製品設計から量産までのプロセスが変化しており、マスカスタマイゼーション、オープンイノベーション、スマートファクトリーの3つの変化が製造業に根本的な変化をもたらすことになります。これらの変化は、インダストリー 4.0 の最も直接的な現れでもあります。

マスカスタマイゼーション<br /> コストの問題により、パーソナライゼーションとカスタマイズは、従来の製造業では常に実装が難しい分野でした。 3D プリント、人工知能、新素材などの新技術を統合することで、企業はパーソナライズされたカスタマイズされた製品を大規模に生産できるようになります。

人工知能は、自動化された生産をカスタム構成された製品に移行するだけで、さまざまな消費者の多様なニーズを満たすことができると予測されています。

3D プリンティングにより、設計から製造まで直接移行できるようになり、適応性が向上し、生産が桁違いに加速します。 3Dプリンティングは大規模なカスタマイズ生産の最大の原動力にもなり、大量の消費者データと人工知能技術を組み合わせることで、カスタマイズされた製品は市場の需要に迅速に対応できるようになります。

この技術と新しい設計ソフトウェアを組み合わせることで、解剖学的に正確な医療用ステント、パーソナライズされた歯科製品、改造された航空機および自動車部品、センサー、薬物送達システム、ラボオンチップアプリケーションなどの小型製品の製造が可能になります。

昨年、アディダスは3Dプリント企業Carbon 3Dと提携し、3Dプリント技術を通じてアスリート固有のデータと個人のクッションの好みをスポーツシューズに取り入れた3Dプリントスポーツシューズを発売した。

Carbon 3D は、デジタル光合成 (DLS) 3D 印刷技術を使用して、液体材料から完成した靴を印刷することで記録を樹立し、靴の弾力性、比強度、その他の製品特性をうまく制御しています。さらに、この新しいプロセスにより、設計プロセスと試作時間を最小限に抑え、直接生産が可能になり、製品の生産サイクルが最大 9 倍短縮されます。

3D プリントの応用は、小型商品の製造に限定されません。 2018年4月、オランダの3Dプリント会社MX3Dは世界初の3Dプリント鋼橋を完成させ、アムステルダムに設置される予定です。

MX3D が使用する 6 軸ロボットアームは、空中であらゆる方向に印刷できます。この多軸印刷技術により、従来の 3D 印刷に必要な特定のオブジェクトサポートがほぼ完全に排除され、将来的に新しい構造を印刷するための新しい方向性が開かれます。

しかし、長さ40メートルの橋に使用されている新技術は3Dプリントだけではない。橋の安全性を確保し、性能を最適化するために、3Dプリントされた鋼構造物には、橋自身の状態を監視し、橋を渡る人の数と速度を記録し、空気中の汚染物質などのデータを測定できる一連のセンサーも装備されています。収集されたデータは、デジタル橋モデルの作成にも使用でき、将来の設計の参考データとして使用できます。

3D プリントの用途はこれをはるかに超えています。さらに小規模な電子機器分野では、3D プリンティングによってカスタマイズされたオンデマンド電子機器の新時代が到来しています。

かつて、電子製品を製造する際には、手作業で回路を埋め込む必要がありました。しかし、3Dプリント技術を活用すれば、導電性インクを製品に直接印刷して回路を作ることができ、一回で完成させることができます。

たとえば、イスラエルの電子機器3Dプリント企業Nano Dimensionや米国の3Dプリント企業Voxel8などのスタートアップ企業は、導電性インクを使用して回路を印刷しています。

3D 印刷技術を使用して印刷された回路は熱安定性が高く、厚さはわずか数ミクロンであるため、進化する導電性インクはハードウェア製造に革命をもたらす可能性があります。

つまり、3D プリンティングは、長い設計プロセス、多段階の試作、高価なツール、統合生産を廃止し、生産コストを大幅に削減し、従来の工業製造の生産プロセスを完全に変えることになります。

オープンイノベーション<br /> 従来の製造業は一般的に都市から遠く離れており、製品の設計・開発に多くの時間と労力を要し、安全上の理由から社内でしか製品開発ができません。

革新的な工場、インキュベーター、製造装置研究所の増加により、都市は伝統的な製造業にとってイノベーションの源泉になりつつあります。社内研究開発でもアウトソーシングでも、製品設計から生産技術まで、誰でも参入して発明に参加できます。

これまでも「オープンイノベーション」については長年議論されてきましたが、多くの企業がこのモデルを通じて大きな成果を上げてきました。しかし、テクノロジーやコミュニティなどの制約により、オープンイノベーションは大規模な規模では実現できていません。そして今、真の「オープンイノベーション」が到来します。

製造業では、アクセスしやすいユーザーインターフェイスが登場すると、CAD のような設計ソフトウェアと使いやすいインターフェイスの助けを借りて、誰もが発明家や技術革新者になることができます。技術開発もまさに飛躍的な成長を見せ、製造業においては「オープン化」がキーワードとなるでしょう。

ハードウェアスタジオとビジネスインキュベーターの新しいエコシステムが都市中心部に出現しています。スタートアップインキュベーターのPlayground Globalやオープンソースの3Dプリント会社LulzBotなどの企業が成長しており、フリーランスの起業家に物理的なオフィススペースと製造能力へのアクセスを提供しています。

2015年、Androidの生みの親であるアンディ・ルービン氏らは、スタートアップ企業にビジネス、オフィススペース、機械設計などさまざまな指導を提供し、材料、エンジニアリング、製造、サプライチェーン管理、流通などの問題の解決を支援することを目的としたPlayground Globalインキュベーターを設立しました。

ハードウェアエコシステムラボ Flex Lab IX は、少額の株式投資と引き換えに社内の専門知識を提供することで、ドローンシステム、超薄型バッテリー、スマートヘッドバンドなどの革新的なテクノロジーを構築する数十社のスタートアップを支援してきました。

米国を拠点とする産業機器製造およびプロセス設計とテストのプロバイダーである Bestronics の CEO、Nat Mani 氏は、次のように述べています。「当社は、事業開発の一形態としてだけでなく、新しいテクノロジーを先取りするためにも、スタートアップ企業との連携をますます検討しています。これらのスタートアップ企業は、私たちが知っておくべき新しいことに挑戦していることが多いのです。」

ベンチャーキャピタルファンドのBoltは、Y Combinatorやその他のアクセラレータに参加するスタートアップ企業にプロトタイピングラボを提供し、製品開発を支援しています。 Kickstarter などのクラウドファンディングプラットフォームも、起業家向けの初期資金調達サービスを提供しています。

分散製造や自動化製造のコストが下がるにつれて、オープンイノベーションの設計と研究開発は将来爆発的な成長を遂げ、従来の製造業者の製品研究開発モデルは大きな課題に直面するでしょう。

スマートファクトリー<br /> 成熟した製造企業にとって、産業用 IoT、人工知能、協働ロボット、Li-Fi は、将来の製造業で必ず備えておくべき最先端技術となるでしょう。

スマートファクトリーは、将来の製造業の究極の方向性にもなります。新しいセンサー、機械学習ツール、検査ドローンなどのテクノロジーを適用することで、工場設備はエラーを即座に自律的に修正できるだけでなく、生産プロセスも変化するニーズにリアルタイムで対応できるようになります。

産業用 IoT のリーダーである米国企業の TE Connectivity は、高度なコネクタ、センサー、電子部品を設計、製造しています。医療業界から家電業界、航空宇宙から防衛などの分野に至るまで、TE の製品は機械間の通信を可能にします。

より遠隔地では、インテリジェントロボット間でのデータの分散送信を可能にするため、マシン間通信が特に重要です。たとえば、ブロックチェーン IoT スタートアップの Filament は、低電力産業用センサーとブロックチェーンを活用してこの分野を発展させています。

IoT 通信のスタートアップ企業である Kepler Communications は、従来の衛星通信に代わる小型衛星マトリックスを使用して、遠隔地の工場にある産業用 IoT デバイス間の通信を可能にしています。

スマートセンサーは、データを変換し、製造装置と通信し、パフォーマンスや安全性が脅かされたときに装置をシャットダウンすることができます。産業用 IoT により、生産割り当ての分析、予測メンテナンスの実行、リモートでの設計入力も可能になります。

大手メーカーにとって、製品リコールは最もコストがかかり、最も恐ろしい災害ですが、人工知能を適用することで製品リコールのリスクを最小限に抑えることができます。

シリコンバレーの人工知能スタートアップ企業であるLanding.aiは、人間の目では見えない回路基板や製品の微妙な欠陥を検出できる生産ライン用のマシンビジョンツールを開発した。現場での正確な品質分析とエラーの即時フィードバックにより、産業用 IoT に接続されたマシンは、損失が発生する前に生産を一時停止し、さらなる損失を回避できます。

Instrumental、Maana、Auguryなどのスタートアップ企業は、機械学習技術を使用して、モノのインターネットによって生成される膨大な量のデータを収集・分析し、機器や機械の異常やリスクを検出して早期警告を発しています。

アメリカの産業用 IoT ソリューションプロバイダーである Augury は、産業用 IoT を使用して機械の音の変化を分析し、機械の異常状態を検出する完全なセンサースイートを開発しました。

クラウド接続と自律管理が可能な協働ロボットにより、将来の工場は完全に自動化されます。

米国の無人 3D プリント工場である Voodoo Manufacturing は、世界初の完全に機能するロボット操作の 3D プリンタークラスターである Project Skywalker を所有しています。このシステムは、専門的なソフトウェアを通じて 9 台の 3D プリンターとロボットアームを組み合わせたものです。

このシステムは、3D プリンターのビルドプレートを自動的に取り外して交換し、印刷プロセスを続行できます。従来の生産では、ビルドプレートの取り外しと交換に従業員の時間の約 15% が費やされます。

このシステムは、人間による監視を必要とせずに 24 時間自動的に動作することもできます。ブルックリン工場では、Skywalker を大規模に導入することで生産能力が 400% 増加しました。

このような技術とモデルは、従来の製造業の生産モデルを完全に破壊するでしょう。

3D プリンター、協調型 3D プリンターの群れ、協働ロボット、3D プリンターを管理するロボット、ロボットを構築する 3D プリンター、これらはすべて始まりに過ぎません。

将来的には、従来の製造業の物理的、空間的な制限はそれほど重要ではなくなり、設計と生産はよりフラットでオープンなものになるでしょう。このような背景から、製造業大手と新興スタートアップ企業の両方に、前例のない発展の機会がもたらされるでしょう。（参考情報：awaken）

出典: キャピタル・ラボ

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