2020 年の先端技術の開発動向と 2021 年の展望 - 先進製造業

著者: 張宇
2020年の世界先進製造業の現状まとめ

COVID-19パンデミックの影響により、世界的な製造業の発展は鈍化しています。 2020年、世界の製造業はCOVID-19パンデミックにより大きな影響を受けました。製造業は今年上半期に深刻な縮小状態に陥り、5月の世界製造業PMI指数は40％を下回り、2018年以来の最低水準に達した。下半期には世界経済が回復し始め、製造業も徐々に回復しました。世界の主要国は、発展を刺激し、流行の影響を相殺するためにさまざまな措置を講じてきました。米国は、流行の影響を受けた中小企業を支援するため、「主要企業融資プログラム」を立ち上げた。英国は失業の波に対応するため、金利を引き下げ、助成金を提供し、起業と雇用の計画を策定した。欧州連合は総額5400億ユーロの緊急救済計画に署名し、製造業の復活を促し、サプライチェーンの外部依存を減らすための措置を講じる予定だ。ドイツは信用を拡大しており、企業に無制限の融資を提供すると同時に、雇用を守るために中小企業に500億ユーロの緊急援助を提供している。

5G テクノロジーは産業部門に力を与え、インテリジェント製造における新たな発展を促進します。英国は900万ポンドを投資し、「5G-Encode」と呼ばれる5G技術と製造の統合プロジェクトを立ち上げた。このプロジェクトでは、産業環境における専用5Gネットワークの新しいビジネスモデルを模索し、複合材料の設計と製造プロセスの改善における5Gの実用化を研究する。韓国の現代重工業グループは、通信事業者KTコーポレーションと提携し、5Gネットワークに基づく高度なスマート造船所ソリューションを開発し、自律型ロボット技術をさらに強化して効率と安全性を向上させることを目指している。フランスのシュナイダーエレクトリックとオレンジテレコムは、ル・ヴォードルイユ工場に産業分野向けの屋内5G通信インフラネットワークを導入しました。5G技術を通じて、運用・保守活動に拡張現実技術を適用し、遠隔監視を実現するために遠隔ロボットを導入しています。その目的は、5G技術を現代の産業環境に適用し、将来の産業ニーズを満たす信頼性が高く、拡張可能で持続可能な接続ソリューションを作成することです。ブリティッシュ・テレコム（BT）は、ウスターシャー5Gテストベッド（W5G）と提携し、リアルタイム5Gプライベートネットワークの構築を加速し、インテリジェントでダイナミックかつ完全に自動化された製造プロセスを推進し、インダストリー4.0とスマート製造の開発を推進します。

デジタルツインテクノロジーとソリューションは、製造効率を大幅に向上させるのに役立ちます。米国企業 Authentist は、Nebumind のデジタルツインツールを自社の製造実行システムに統合し、3D 印刷装置のパラメータとセンサーデータを元の部品の形状と融合する「デジタルツイン」の視覚化を生成しました。これにより、ユーザーは各部品の問題領域を特定し、検査の効率を向上させ、やり直しの必要性を特定する速度を 10 倍に高めることができます。サウスカロライナ大学は、米海軍艦艇の電力システムとプラットフォームの回復力、効率性、適応性、自律性を向上させ、艦艇の高価な電気部品のリアルタイム監視と予測メンテナンスを提供することを目的とした、米海軍艦艇用の「デジタルツイン」システムを開発している。 BAE Systemsは、デジタルツイン技術を使用して、第6世代戦闘機「テンペスト」の概念的な外観を設計およびテストしています。同時に、テストパイロットは陸上シミュレーターで戦闘機を飛行させることができます。デジタルツインは、航空機のライフサイクルのあらゆる側面をサポートすることもできます。

3Dプリントの技術と成果は継続的に更新され、業界での応用は徐々に深化しています。マサチューセッツ大学は、射出成形要素を組み込んだ新しい 3D 印刷技術を開発しました。この方法では、まずシェル構造を 3D プリントし、次にキャビティにプラスチックを注入して充填します。印刷速度は従来の FDM 技術の 3 倍です。米国のオークリッジ国立研究所は、3Dプリント技術を活用して3カ月以内に原子炉プロトタイプの設計と製造を完了し、製造プロセス中に継続的な監視と人工知能技術を使用してプロトタイプ原子炉の設計を改善し、材料と性能をさらに評価しました。アメリカの3Dプリント新興企業Relativity Spaceは、3Dプリントロケットエンジン「Aeon 1」の地上での初のフルサイクル点火試験を完了した。 Aeon 1 には 100 を超える部品が含まれており、平均製造サイクルはわずか 1 か月であるため、コストとプロセスが大幅に削減されます。米陸軍は、弾薬の貫通力と殺傷力を高め、初速度の向上と射程距離の延長を実現する次世代弾薬の開発に、付加製造技術の利用を研究するプロジェクトを開始した。

2021年の世界先進製造業動向の展望<br /> ロボット技術とアプリケーションは連動して進歩し、商業化のペースを加速しています。ロボットの基礎技術と最先端技術の反復速度は、主に人工知能、人間と機械の協調などの分野に焦点を当てて加速し続け、世界のサービスロボット市場は広い空間を持ち、その規模は拡大し続けるでしょう。ロボット企業ボストン・ダイナミクスは、市販されているスポットロボットの用途を多様化するための付属品の開発を積極的に進めている。2021年にはロボットアームを装備し、ドアの開閉や物の拾い上げなどの作業を行う予定。また、無人環境でも自力で戻って充電できるよう、自己充電ベースも装備される予定だ。韓国のSKテレコムと日本のオムロンは、AI、5G、ロボット自動制御などの最先端技術を搭載した防疫AIロボットを共同開発した。このロボットは、5Gネットワークを備えたサーバーとリアルタイムでデータを交換して、建物の消毒、体温チェック、群衆の解散などの業務を行うことができる。このロボットは2021年から海外に輸出される予定だ。

スマートファクトリーの構築が進み、製造業のアップグレードと変革に貢献しています。スマートファクトリーは、インテリジェント製造の重要な担い手として、製造業の将来の発展において避けられないトレンドとなっています。 2020年、世界経済フォーラムは54のライトハウス工場を世界のスマート工場ベンチマークに選定しており、2021年には世界のスマート工場建設のペースがさらに加速すると予想されています。ファナック上海スマート工場プロジェクトの第3期工事が始まりました。この工場は、ファナックのエンジニアリング統合と技術サービス能力、IoT、AIなどのスマート製造技術を活用し、生産、研究開発、展示、販売、システム統合、サービスを統合したロボットスーパースマート工場を建設します。韓国中小企業起業部は、2025年までにスマート工場の推進率を22％から30％に引き上げ、その数を1,000に増やすとともに、各業種を代表する100の工場を「灯台」として選定し、工業団地にデジタルクラスターを構築して製造業と一次産業、三次産業の融合を推進する計画だ。

人工知能技術と製造業の深い統合が重要なトレンドとなっています。市場調査会社リサーチ・アンド・マーケッツは、「製造業における人工知能 - 2027年までの世界予測」というレポートを発表し、製造業における人工知能技術の年間複合成長率は2019年から2027年の予測期間中に39.7%に達し、2027年までに270億米ドルに達すると予想されていると指摘した。英国の情報技術企業AVEVAとカナダの企業Axonifyは、AIベースのマイクロラーニングソリューションを共同で立ち上げ、豊富な拡張現実機能を備えたシミュレーショントレーニングと、指導設計およびカリキュラム開発ツールの統合教育プラットフォームを提供します。これは、製造トレーニング分野の従業員にAIテクノロジーを使用してパーソナライズされた効率的なトレーニングを提供する最初の例です。ドイツはロボット組立ラインの故障を監視できるインテリジェントシステムを開発した。このインテリジェントシステムは、無関係な背景ノイズを無視し、複数の対象音を区別できる人工知能アルゴリズムに基づいています。ロボットが正常に動作しているときに発するはずの音を監視することで、ロボットが正常に動作しているかどうかを判断し、予測メンテナンスを実行します。 Geek+ Logistics Robot Company は、高度なロボット工学と人工知能技術を応用し、安定した信頼性の高いハードウェアと効率的なアルゴリズムを活用して、グローバルサプライチェーンのインテリジェンスレベルを大幅に向上させ、物流をより経済的、実用的、効率的、柔軟、安全、機敏なものにします。

政策支援と技術進歩が連携して、自動運転車の開発を促進します。 IDCの「世界の自動運転車予測レポート（2020～2024年）」によると、2021年にはL1～L5自動運転車の世界出荷台数が3,605万台に達すると予想されています。中国工業情報化部が発行した「自動車運転自動化分類」が2021年1月1日に正式に施行される。この文書は、自動運転車の分類定義と分類原則を明確にし、その後の関連法、規制、標準の導入をサポートします。英国政府は2021年に自動運転車を合法化し、高速道路の低速車線を時速112キロ以下で走行できるようにする計画だ。 Waymoは2021年にオハイオ交通研究センター（TRC）と協力し、異常なまたは危険なシナリオで自動運転車をテストするための丘陵地帯や密集した都市環境を含む新しいテストサイトを建設する予定です。中国の無人トラック企業TuSimpleは、米国のトラックメーカーNavistarから投資を受けた。両者はレベル4の無人トラックを共同開発し、2024年までに量産化する予定だ。

著者について<br /> 張宇、国務院発展研究センター国際科学技術経済研究所研究室1研究助手研究分野：ロボット工学、3Dプリンティング、産業用インターネット、ハイエンド機器製造など。

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