生産システムとは？生産システムの重要性や理想、開発の流れを解説

生産システムとは

生産システムとは、製品製造に関連したモノと機械、人、方法を目的や役割に応じて設計し、モノづくりの生産プロセスを構築する手法です。

製造の主体となる機械ばかりのみ焦点を当てるのではなく、それぞれの要素をよどみなく機能させることを目的としています。

この本記事では、生産システムへの理解が進むよう、構成要素と生産管理システムの違いについて説明します。

生産システムの構成要素

生産システムは、原材料やデータ、情報といった素材、素材を製品に変換する機械、機械を操作する人、機械を含む全体を円滑に運用するための方法で構成されます。

これらの方法を用い、素材などのインプットを、機械や人といった変換装置を通じて、製品というアウトプットに変える営みを生産システムと言うのです。

生産システムの運用にあたっては、インプットと変換装置、アウトプットいずれの要素が1つでも欠けていると成り立ちません。

品質とコスト、納期で構成されるQCD（Quality、Cost、Delivery）を達成するために、バランス良く組み立てることが重要だと言われています。

生産管理システムとの違い

生産管理システムは、生産システムよりも狭義の概念で、コストと納期の適正化を促すことを目的としています。

言わば、QCDのうち、CostとDeliveryの達成を目指す仕組みなのです。

生産管理システムは、生産や販売、購買、工程、在庫の各管理システムで構成されます。

各管理システムの機能発揮によって、工数や販売実績、製造状況といった情報の一元管理を実現し、余剰在庫の削減や発注から納品までのリードタイムの短縮を可能にします。

以上により、生産管理システムは、生産システムを改善する部分的な要素といえるでしょう。

生産システムが重要である理由

生産システムは、製造業のコア業務と言っても過言ではありません。

システムの精度で企業の売上、収益の多寡が変動するためです。

企業経営に関わっている以上、生産システムが重要な理由を理解しておく必要があるでしょう。

ここからは、生産システムで特に重要な目的、役割だと思われる部分を3点に絞ってお伝えします。

生産効率を向上させる

生産システムは、製品の出荷ペースを示す生産効率に影響してきます。

部品の納入、生産ラインでの製造、完成品の搬出までの流れを包括的なシステムと捉えるため、管理者が作業の遅れやミスを検知しやすく、業務の改善活動につなげやすいからです。

例えば、生産ラインの入出力を自動操作する変換装置のPLC（Programamable Logic Controller）とパソコンを使った生産システムは、PLCの出力情報をPCを介して携帯端末機などに表示させます。

この結果、作業者がリアルタイムな情報を数字として認知可能になり、生産現場の無駄を排除できるようになります。

業務を見える化する

生産システムの導入は、生産状況・生産情報を可視化します。
生産状況が可視化されると、作業者や管理者が問題をトレースしやすくなるため、改善活動につなげやすくなるのです。

例えば、原料の仕入先から、製品を出荷する得意先までの流れを可視化することで、当事者が生産システムをどう最適化するかを検証しやすくなっています。

目標QCDの達成に寄与する

最適化された生産システムは、生産活動の目標であるQCDの達成に寄与するでしょう。

実際、企業が生産設備を最適化することで、顧客の求める水準に到達した製品品質（Quality）の維持につながります。

最適化されたシステムでは歩留まり率が高く、コスト（Cost）の低減も可能です。

また、原材料に関わる生産システムを構築できれば、原料不足による生産停止を招くことなく、納期（Delivery）の保持に活かせます。

理想的な生産システムとは

製造業がビッグデータの活用やIoTの適用を進める中、理想的な生産システムについても言及する必要があります。

デジタル化が進む昨今の状況と照らし合わせると、理想的な生産システムは、ITの導入を通じて工作機械の知能化、自動化が進んでいるシステムと言えるのではないでしょうか。

ここからは、理想的な生産システムの特徴に挙げられる2点のポイントを説明します。

作業者の能力に左右されないシステム

理想的な生産システムは、第一に作業者の能力に左右されないシステムです。

作業者の能力に依存しないシステムを構築することで、生産性は飛躍的に高まります。

例えば、自動車メーカーのAudi（アウディ）は、自動車の品質管理に自社製のAIを導入して、プレス加工で金属板に発生する裂け目の検出精度を向上させ、これまで以上の量産体制を構築したと言われています。

差別化された生産システム

2つ目は、差別化された生産システムです。
他社が追随できないような生産システムを持つことで、製品特性や品質、価格、納期などの側面で差別化を可能にし、強いビジネスの展開を後押しします。

主な具体例では、日立製作所の大みか事業所が挙げられます。

同事業所は、電力や鉄道などの社会インフラ向け情報制御システムの製造にIoT技術やデータ分析技術を導入し、制御装置の生産リードタイムを半減させたほか、プリント基板生産ラインの生産性を3割向上させました。

これが評価され、世界経済フォーラムの先進的工場「ライトハウス」にも選ばれています。

生産システムの開発の流れ

最後に生産システムを開発する流れを解説します。今回紹介する4つの工程はより重要度が高い開発工程です。

4点を押さえると、生産システムの全容がつかみやすくなります。
システムの全体像を理解するだけでなく、理想的な生産システムの構築にもつながりやすくなるでしょう。

現場に関与する機会が少ない人でも留意しておくことが推奨されます。

プロセスと設備の設計

生産システムの構築で第一にやるべきことは、プロセスと設備の設計です。
この工程では、生産上の問題点を改善するプロセスを思案するとともに、耐久性のある設備の構築を計画します。

プロセスと設備の設計で重要なことは、生産設備の耐用年数を踏まえ、時間とともに低下する設備性能によって発生する減価償却費を把握することです。

これにより、導入から次期のリプレース（設備更新）を逆算した効率的な生産システムの設計が可能になるでしょう。

生産システムの解析

続いて行うのは、設計設備が機能するか検討する生産システムの解析です。

具体的には、生産管理者が期間生産計画システムから期間需要、工程別生産計画システムから設備能力、生産システムシミュレータから生産実績などを予測します。

需要の変動に対し、生産システムの工程能力を定量的に評価しておくことで、稼働後の問題発生の回避や設備コストの低減といった効果が期待できます。

生産実施の適正さを検証

生産実施の適正さの検証は、生産計画に従う設備能力や需要のバランス、納期遵守をチェックする目的で行われます。

この工程で最も重要なことが、生産スケジューリングの作成です。

生産スケジューリングでは、部品を次工程に投入するタイミングや投入順が適切であるかを決定します。

スケジューリングにミスがあると、全体の工程にズレが生じるため、生産実施の検証は重要だと位置付けられているのです。

シミュレーションの後にシステムを修正

最後は、各工程の負荷状況や生産量の推移を計算する生産シミュレーションを実施した後に、生産システムを修正する工程です。

生産シミュレーションは、設備の稼働状況や製品の流れを追跡する時間推移型と、製品の状況変化が生じた時点ごとに生産状態の変化を検証する事象駆動型の2種類で実施されます。

シミュレーションによって齟齬が生じた場合は、効果検証を行い、システム改善につなげていきましょう。

生産システムは進化し続けている

社会全体の持続可能な発展が求められるなか、生産システムはその要請に呼応するように進化を続けています。

環境と生産性を両立させた環境配慮型の生産システムや、仮想工場をパソコン上でつくり、生産シミュレーションで最適解を導くバーチャル生産システム技術など、新たな生産システムが続々と登場しています。

技術の高度化と情報化が加速している以上、この流れは止まることはないでしょう。

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引用（参考）
注1：梶浦俊彦、新誠一「生産システムのモデリングと制御」計測と制御、2003年