産業オートメーション：歴史、特性、種類 - 技術 - 2025

産業用オートメーションは、人間のオペレータを必要とせずに、業界のさまざまなプロセスと機械の自動実行を可能にするために、コンピュータ、ロボットや情報技術などの制御システムで使用される技術です。

人間の意思決定と手動のコマンド応答アクティビティを、機械化された機器と論理プログラミングコマンドを使用して置き換えることを目的としています。

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以前は、自動化システムは24時間稼働できるため、自動化の目的は生産性を向上させ、賃金や福利厚生などの人間のオペレーターに関連するコストを削減することでした。

この自動化は、機械式、油圧式、空気圧式、電気式、電子式、コンピュータ機器など、さまざまな手段によって実現されています。

工業プロセス用の汎用コントローラーには、プログラマブルロジックコントローラー、独立したI / Oモジュール、コンピューターが含まれます。

現在の状況

近年、産業オートメーションは、生産性、品質、柔軟性、およびセキュリティを低コストで向上させるなど、製造プロセスに多大なメリットをもたらしているため、さまざまなタイプの業界で受け入れられるようになっています。

また、人件費、電気代、材料費を節約できるだけでなく、測定精度も向上します。

重要な傾向は、自動検査機能を提供するためのコンピュータービジョンの使用の増加です。もう1つの傾向は、ロボットの使用の継続的な増加です。

産業プロセスにおけるエネルギー効率は、今や最優先事項の1つになっています。

たとえば、半導体企業は、汎用ポンプおよびモーター制御に見られる8ビットマイクロコントローラーアプリケーションを提供して、消費電力を削減し、効率を高めています。

世界銀行の世界開発レポート2018は、産業オートメーションが労働者に取って代わる一方で、イノベーションが新しい産業と雇用を生み出すという証拠を示しています。

歴史

産業オートメーションは、その開始以来、以前は手動で実行されていた活動を大きく前進させてきました。

産業革命

最初のエンジンと蒸気エンジンの導入により、温度調節器や圧力調節器などの自動制御システムに対する新たな要件が生まれました。

1771年に、水力を動力源とする最初の完全自動紡績工場が発明されました。1785年に自動製粉機が開発され、最初の完全自動化された工業プロセスとなりました。

フォードモーター

1913年、フォードモーターカンパニーは、製造業界で先駆的なタイプの自動化の1つと見なされている自動車生産組立ラインを導入しました。

それ以前は、熟練した労働者と熟練していない労働者のチームが車を作りました。生産の自動化はフォードの生産率を改善し、その利益を増やしました。

自動車の組立ラインと量産は、世界で初めてのことでした。車の組み立て時間を車1台あたり12時間から約1時間半に短縮しました。

20世紀の進歩

コントロールルームは1920年代に一般的になり、1930年代初頭まで、プロセスコントロールはオン/オフのみでした。

コントローラーは1930年代に導入され始め、制御図からの逸脱に応じて計算された変更を行うことができます。

制御室は、色分けされたライトを使用して、工場の作業員に手動で特定の変更を行うように通知しました。

1930年代、日本はコンポーネント開発のリーダーでした。最初のマイクロスイッチ、保護リレー、高精度電気タイマーが開発されました。

1945年、日本は産業復興プログラムを開始しました。このプログラムは、世界の他の国々が使用していた時代遅れの方法とは対照的に、新しいテクノロジーに基づいていました。

日本は産業オートメーションの世界的リーダーになりました。ホンダ、トヨタ、日産などの自動車会社は、数多くの高品質で信頼性の高い車を生産することができました。

特徴

機械化は、電動機械を使用したタスクの手動操作ですが、人間の意思決定によって異なります。

自動化は、人間の関与をロジックプログラミングコマンドと強力な機械の使用に置き換えるため、機械化への追加のステップを表しています。

運用コストの削減

産業用オートメーションにより、人間の労働者に関連する休暇、医療費、ボーナスコストが削減されます。同様に、年金、ボーナスなど、従業員が持つその他の福利厚生も必要ありません。

これは高い初期費用に関連していますが、従業員の月給を節約し、会社の実質的な節約につながります。

産業オートメーションに使用される機器は故障しにくいため、メンテナンスコストが低くなります。障害が発生した場合は、ITエンジニアとメンテナンスエンジニアだけが修理してください。

高い生産性

多くの企業は何百人もの製造スタッフを雇い、最大24時間3交代で工場を運営していますが、休日やメンテナンスのために閉鎖する必要があります。

産業オートメーションは企業の目標を満たし、製造工場を1日24時間、週7日、年365日稼働させることができます。これにより、組織の生産性が大幅に向上します。

高品質

自動化により、人間関連のエラーが緩和されます。さらに、ロボットにはいかなる種類の消耗もないため、異なる時期に製造されたとしても、均一な品質の製品が得られます。

高い柔軟性

組立ラインで新しいタスクが追加された場合、人間のオペレーターのトレーニングが必要になります。

一方、ロボットはあらゆる種類の作業を行うようにプログラムできます。これにより、製造プロセスがより柔軟になります。

高い情報精度

収集された自動データにより、主要な製造情報をこのデータの精度で分析して、コンパイルコストを削減できます。

これにより、プロセスを改善して廃棄物を削減しようとするときに正しい決定を行うことができます。

高いセキュリティ

産業オートメーションは、危険な状況を操作するロボットを実装することにより、生産ラインを労働者にとって安全なものにすることができます。

高い初期費用

人間の生産ラインから自動生産ラインへの切り替えに関連する初期投資は非常に高額です。

さらに、この洗練された新しい機器を操作するための従業員のトレーニングには、かなりのコストがかかります。

タイプ

固定オートメーション

これは、高い生産率を達成するために反復的で固定された操作を実行するために使用されます。

特別な目的のチームを採用して、固定シーケンスプロセスまたはアセンブリオペレーションを自動化します。操作の順序は、機器の構成によって決まります。

プログラムされたコマンドは、ギア、配線、および製品間で簡単に変更できないその他のハードウェアの形でマシンに含まれています。

この形式の自動化は、高い初期投資と高い生産率が特徴です。そのため、大量生産される製品に適しています。

プログラム可能な自動化

これは、バッチで製品を製造するための自動化の形式です。製品は一度に数十から数千単位のバッチで製造されます。

新しいバッチごとに、新しいタイプの製品に適合するように生産設備を再プログラムする必要があります。この再プログラミングには時間がかかり、非生産的な期間が続き、その後に各バッチの実稼働が続きます。

設備は製品の専門化ではなく、製品の切り替えを容易にするように設計されているため、生産率は一般に固定オートメーションよりも低くなります。

この自動化システムの例は、数値制御マシン、産業用ロボット、製鉄所などです。

柔軟な自動化

このシステムでは、自動制御装置が提供され、製品ごとに変更を加えるための優れた柔軟性を提供します。これは、プログラム可能なオートメーションの拡張です。

プログラム可能な自動化の欠点は、製品の新しいバッチごとに生産設備を再プログラムするのに必要な時間です。これは生産時間のロスであり、コストがかかります。

柔軟な自動化では、再プログラミングはコンピュータ端末で迅速かつ自動的に行われ、生産設備自体を使用する必要はありません。

これらの変更は、人間のオペレーターによるコードの形で与えられる指示によって行われます。

したがって、製品をバッチにグループ化する必要はありません。異なる製品の混合物を次々に製造することができます。

用途

インダストリー4.0

産業オートメーションの台頭は、インダストリー4.0として知られる「第4次産業革命」に直接関係しています。もともとドイツ出身のインダストリー4.0には、数多くのデバイス、コンセプト、マシンが含まれています。

インダストリー4.0は、インターネット上のさまざまな物理オブジェクトの完全な統合である産業用モノのインターネット、仮想表現、および製造プロセスに改善を加えるために接続するソフトウェア/ハードウェアと連携します。

これらの新しいテクノロジーにより、よりスマートで、より安全で、より高度な製造を実現することができます。これにより、以前よりも信頼性が高く、一貫性があり、効率的な製造プラットフォームが開かれます。

インダストリー4.0は製造の多くの領域をカバーしており、時間の経過に応じてこれを継続します。

産業用ロボット

産業用ロボット工学は、機械加工、溶接、塗装、組み立て、マテリアルハンドリングなどのさまざまな製造プロセスに役立つ産業オートメーションの分野です。

産業用ロボットは、さまざまな機械、電気、およびソフトウェアシステムを使用して、人間のパフォーマンスをはるかに超える高精度と速度を実現します。

これらのシステムはオーバーホールされ、1台のロボットがほとんどまたはまったくメンテナンスなしで1日24時間稼働できるように改善されました。1997年には70万台の産業用ロボットが使用され、2017年には180万台に増加しました。

プログラマブルロジックコントローラー

産業オートメーションは、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）を製造プロセスに組み込んでいます。これらは、単純なプログラミングを通じて入力および出力制御を変更できる処理システムを使用します。

PLCは、さまざまな入力を受け取り、さまざまなロジック出力を返すことができます。入力デバイスはセンサーで、出力デバイスはモーター、バルブなどです。

PLCはコンピュータに似ています。ただし、コンピュータは計算用に最適化されていますが、PLCは制御タスク用に最適化されており、産業環境で使用されます。

これらは、振動、高温、湿度、およびノイズを処理するために、基本的なロジックベースのプログラミング知識のみが必要となるように構築されています。

PLCが提供する最大の利点は、その柔軟性です。さまざまな制御システムを操作できます。制御システムを変更するためにシステムを再配線する必要がありません。この柔軟性により、複雑で多様なシステムに利益をもたらします。

例

自動車業界では、エンジンへのピストンの取り付けは手動で行われ、エラー率は1〜1.6％でした。現在、この同じタスクは自動化マシンで行われ、エラー率は0.0001％です。

人工知能（AI）をロボット工学で使用して自動ラベル付けを行い、ロボットアームを自動ラベルアプリケーターとして使用し、AIでラベル付けする製品を検出します。

アウディのオートメーション

ドイツのアウディ工場では、ロボットの数はほぼ800人の従業員と同じです。彼らは、重量物を持ち上げる作業のほとんどと、潜在的に危険な溶接、および退屈な繰り返しのテストを行います。

アウディの自動化の利点には、生産性が大幅に向上し、非熟練労働者の要件が低くなることもあります。

アウディで使用されているロボットは、訓練を受けていない従業員が以前に行った危険な作業を処理するだけでなく、分析して工場の運用を改善するために使用できる豊富なデータを収集します。

ただし、ロボットが実行できないタスクがまだあり、人間はより適切に処理できるようになっています。

最も危険なタスクを引き受け、それらのタスクの効率と生産性を向上させることにより、アウディはより高度なスキルとスキルを持つ労働者を引き付け、人間に焦点を合わせたタスクを実行できます。

自動化生産ライン

これは、ステーション間で部品を移動するために転送システムで接続された一連のワークステーションで構成されています。

これらのラインは通常、長い生産工程用に設定されているため、固定オートメーションの例です。

各ステーションは特定の処理操作を実行するように設計されているため、部品または製品はラインに沿って段階的に製造されます。

通常のライン操作では、各ステーションで1つの部品が処理されるため、多くの部品が同時に処理され、ラインの各サイクルで完成部品が生成されます。

ラインが効率的に動作するためには、行われるさまざまな操作を適切に順序付け、調整する必要があります。

最新の自動化ラインは、プログラマブルロジックコントローラーによって制御されます。これらは、操作に必要なタイプのタイミングおよびシーケンス機能を実行できます。

参考文献

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