工場レイアウトの基本とIoT化による改善について

工場のレイアウトは、品質や生産効率などものづくりに大きな影響を与えます。そのため新たな工場や生産ラインをつくる際には、必要な条件やヒト、モノの流れを慎重に考慮する必要があります。また近年ではIoT化による影響も考慮する必要が出てきました。工場のレイアウトについて、基本的な考え方と、デジタル化、IoT化による影響を紹介します。

工場レイアウトの分類

工場のレイアウトは下記4種類に大きく分けられます。生産品目や生産数量、製品のバリエーションや生産期間などを明確にして、目的に合ったレイアウトを選ぶことが必要です。

ジョブショップ型

設備の機能に着目し、似かよった機能を持つ設備をまとめて配置する方法です。例えば、金属を切ったり削ったりする旋盤やフライス盤をひとつのグループとして近い場所に配置し、少し離れた場所に金属を押して曲げるプレス機を別のグループとして配置するような方法です。ジョブショップ型のレイアウトでは、作業員が複数の特定の生産設備を担当することが多く、熟練作業者を育成しやすいというメリットがあります。また、需要に応じて生産計画を変更しやすい柔軟性を持ち合わせているのも大きな特長です。一方で、仕掛品（製造途中にある製品）の把握が難しいことや、搬送経路が長く複雑になりやすいというデメリットがあります。中小の工場に多く見られる配置です。

ライン型

製品をつくる工程に沿って、必要な生産設備を配置する方法で、いわゆる流れ作業で製造を行うためのレイアウトになります。自動車のように、同じ製品を大量に、ある程度長い期間製造するのに向いています。作業者は、細分化された担当の作業を決められた方法で行うため、誰でも同じ品質の製品をつくりやすいというメリットがあります。一方で、複数の品種を同じラインで生産することや、需要の変化に合わせて生産量を柔軟に変更することが難しいというデメリットもあります。大量生産を行う大きな工場でよく見られる配置です。

据え置き型

据え置き型のレイアウトで生産される製品で代表的なのは、船です。工程の進み具合に合わせて移動させることが困難な、非常に大型の製品をつくるときに用いられることが多い方法です。メリットやデメリットで選択するというよりは、この方法以外では生産することが難しい製品に用いられる配置です。

セル型

セル型の配置は一人屋台形式とも呼ばれている方式です。ライン方式が設備の周りに人を配置するのに対し、人の周りに生産設備を配置します。電気機器のように、あまり大きくも重くもなく、半年から1年程度の短い生産期間でモノをつくるときに用いられることが多い方式です。需要に応じて生産計画を柔軟に変更しやすいというメリットがありますが、ひとりの作業者が複数の作業を行う必要があるため、作業者の熟練度がそれなりに必要というデメリットもあります。

工場レイアウトの考え方（SLP）

工場のレイアウトを考える際の一般的な手法は、SLP（Systematic Layout Planning：体系的レイアウト計画）と呼ばれています。SLPで工場のレイアウトをつくる手順は以下の通りです。

P-Q分析（Product-Quantity分析）

P-Q分析のPは生産品目（Product）、Qは生産数量（Quantity）を意味します。何を、どれだけ生産するかを分析します。

2.モノの流れ分析

生産されるモノが、どのような動きで工場内を流れていくかを分析します。

3.アクティビティ分析

モノの流れに従い、どのような加工、保管、搬送が行われるかを分析します。

4.アクティビティ相互関連ダイヤグラム

手順3.で分析したアクティビティに対し、今度はアクティビティ同士の相関を分析します。例えばカバーを乗せるというアクティビティの直後にカバーをネジ止めするような作業がある場合、この2つは近い場所に配置します。

5.面積評価

生産設備の大きさや設備が稼働するために必要なスペース、人が作業したり周辺を移動したりするために必要なスペースなど、生産に必要なスペースを確認します。

6.スペース相互関連ダイヤグラム

手順4.と同様にそれぞれのスペースの関係を確認します。モノの行き来の多いスペースや、似たような作業を行うスペースは近くに配置します。

7.レイアウト案の作成

これまでの内容を踏まえ、最終的なレイアウト案を作成。さまざまな角度から検証を行った後にレイアウトを決定します。

工場レイアウトの作成

レイアウト作成の基本的な考え方は前述の通りですが、近年ではコンピュータやIoTの普及により、レイアウトの作成にもさまざまな変化が起こっています。

コンピュータシミュレーションによるレイアウトの立案、評価

コンピュータ上で3Dの仮想工場を作成し、その内部に実際の生産設備のモデルや、人、搬送機器などのモデルを配置してモデルレイアウトを行います。さらにこれを用いてシミュレーションを行うことで、そのレイアウトにした場合の稼働状況を、早送りの動画のようなわかりやすい形で得ることができます。これにより工場レイアウトにおけるボトルネック（改善すると一番効果が見込める部分）や、在庫量の推移などを事前に把握することができ、レイアウト完成後に起こり得る予想外のトラブルを防止することができるのです。

IoT化によるレイアウトの変化

IoTの普及により、工場のレイアウトにも変化が起きています。工場における現在のIoT技術の導入は、生産設備のモニタリングや制御（コントロール）を目的として進められています。今後さらにIoT化が進むと、在庫管理や生産状況が最適化されると見込まれています。そのため、現在よりさらにコンパクトでフレキシブルな工程の運用ができるようになるだろうと期待されています。

まとめ

工場のレイアウトを考える際に最も大切なことは、何をどれだけ、どれくらいの期間にわたって生産するかという部分です。それらを明確にすることにより、適しているレイアウト方式の選択や、その後の最適化のためのさまざまな分析を正しく行うことができるようになります。また、これまでは実際に実施してみるまでわからなかった部分も、コンピュータ上で行う仮想工場シミュレーションで把握が可能になりました。さまざまな新しい技術にも目を向けることで、より効率的なものづくりを行えるレイアウトを作成することができます。

参考：

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