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ロート製薬、Society5.0時代のスマート工場へサイバーフィジカルシステムを実装

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ロート製薬が、スマートファクトリーにおけるキー技術のひとつともいえるサイバーフィジカルシステム(以下CPS)を、同社のマザー工場である「上野テクノセンター」に、2032年をめどに3段階に分けて実装していく。導入にいたった背景と、美容業界の工場としては例のない試みについて、新工場建設プロジェクトを指揮したロート製薬株式会社 生産技術部 データインフラ開発グループ 固城浩幸氏に話を聞いた。

サイバーフィジカルシステムが実現する、常に「全体最適」な工場

まず、サイバーフィジカルとは何かを理解するのには、フィジカル(リアルの)空間とサイバー空間の2つが存在することを頭に思い描くとわかりやすい。フィジカル、つまり工場の現場では、生産計画や設計、部品管理、在庫管理といった多様で複雑な工程があるが、そこでの動きを、人の振る舞いも含めてすべてデータ化し、サイバー空間に工場のデジタルツインという形でまるごと再現されているイメージだ。

そのサイバー空間では、すべてのデータをリアルタイムで取得していることから、フィジカル空間ではすぐに変更や対応が難しいシミュレーションを行うことができ、瞬時に現場にフィードバックできるのが大きな特徴だ。たとえば、マーケティング施策で、突然、売れ筋になったものだけをすぐさま増産したい場合に、そのための資材がどれだけあるのか、どのように人を配置すべきか、どのタイミングでどれだけ生産すべきかといったシミュレーションをサイバー空間で行い、現場にすぐに反映する、といったことが可能になる。

データをサイバー空間に送るのは、IoTや解析カメラで、データ解析にはAIや量子コンピュータなど既存の技術が活用されている。これまでは、それらのデータを活用するのに、人がいちいちサイバー空間からデータを入手して解析し、各現場にフィードバックして改善のプロセスを回す必要があった。だがCPSでは、サイバー空間から導き出されたフィードバックがすぐに現場に反映され、その結果のデータが再びサイバー空間に反映されるという双方向の循環があることが最大のポイントとなる。

日本では2017年に経済産業省が「Connected Industries(コネクテッド・インダストリーズ)」を掲げ、Society5.0、つまりサイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会の実現に向けた産業のあり方を示し、官民での取組みを強化しているが、その概念の中核をなすのがこのCPSだ。

2030年代に期待される社会像
出典:総務省「Beyond 5G推進戦略」(2020)

CPSによって実現できることとして、工場全体の作業状況が常に可視化され、これまでは経験や勘に頼っていた知見がデータで残るほか、サイバー空間でよりよい解を導き出しフィジカル空間の生産性をあげることで、工場の従業員の働き方も変わる。また、突然の売れ筋だけでなく、パンデミックやサプライチェーンリスクなどの大きな課題についても、そのときどきで最適解を導き出し、解決に導く。さらに、データによって過剰在庫や機会損失をなくすことで、利益の最大化もはかれるなど、その導入効果は枚挙にいとまがない。

CPS実装前後の比較
出典:ロート製薬株式会社プレスリリース

ロート製薬が美容業界で初めてCPSを実装したスマート工場を竣工

そのCPSを美容業界でいち早く取り入れたのが、ロート製薬だ。

三重県伊賀市にあるロート製薬のマザー工場「上野テクノセンター」では、主力商品である目薬をはじめとする一般用医薬品や、肌ラボシリーズ、メラノCCなどのスキンケア製品を製造してきた。スキンケア事業は年々拡大しており、2022年12月現在、ロート製薬の売上全体の6割を占めている。既設棟の生産キャパシティが逼迫してきたことや、さらなる需要拡大、国際的な医療品製造基準への対応を見据えて、2019年に新工場建設プロジェクトが発足。国際基準PIC/S GMP(医薬品査察協定及び医薬品査察協同スキーム)に対応した新工場棟を2022年9月に竣工し、そこにCPSを段階的に実装していく計画だ。

地中熱や太陽光などの再生可能エネルギーを積極的に活用し、エネルギー消費量20%削減を掲げるなど、「人と環境にやさしいスマート工場」がコンセプト
出典:ロート製薬株式会社プレスリリース

ロート製薬がCPSを実装して工場のスマート化を目指す背景について、固城氏は、日本国内では労働力減少、技能・技術継承問題、労働価値観の多様化、過疎化した地域社会への貢献、人や環境にやさしい無駄のないウェルビーイングを目指したモノづくりへの課題、そして、グローバルではウクライナ情勢をはじめとする地政学リスクや、それによって複雑拡大したサプライチェーンリスク、環境負荷といった複合的な課題を挙げ、これらに対処しながら、生産性の維持向上を図っていく必要があるからだと説明する。

ロート製薬株式会社 生産技術部 データインフラ開発グループ 固城浩幸氏
プロフィール/1998年ロート製薬入社後、生産技術部として新規設備導入や工程設計に従事。2009年設備メーカーへ転職、主に医薬品製造向けの製剤設備、および製剤プラントの設計、エンジニアリングに携わる。2015年ロート製薬再入社後は、技術開発、海外グループの工場立ち上げ支援やC棟建設プロジェクトに参画、現在ロートグループのスマート工場化に向けサイバーフィジカルシステムの開発を担当
画像提供:ロート製薬株式会社

新工場建設プロジェクトが発足した2019年に、日本におけるCPSの第一人者である九州大学マス・フォア・インダストリ研究所 藤澤克樹教授と接点を持ったところからCPS実装の検討が始まり、月1回の定例会を重ねたという。固城氏は、「藤澤氏は『社会実装して役にたってこそのCPS』という強いポリシーの持ち主でいらっしゃる。『ロート製薬がCPSで何を成し遂げ、どんな効果を得て、従業員やお客様にどんな価値貢献をしていくのか』を何度も伝え、約1年かけてロート製薬の本気度を理解いただき協業に至ることができた」と当時を振り返る。九州大学が最新の数理最適化を行い、量子コンピューティング技術を活用した取得データの解析とシステム設計・開発を担当するファーストループテクノロジー株式会社が加わり、3社共同プロジェクトが2022年6月からスタートした。

CPSは、約10年かけてCPS1.0〜3.0の3つのフェーズで段階的実装を予定しており、上野テクノセンター新工場棟を皮切りに、既設棟、そしてグループ全体の工場へと導入していく。

CPSの段階的開発整備計画
出典:ロート製薬株式会社プレスリリース

CPS1.0では、全方位カメラやセンサーなどの I・IoTデバイス(インダストリアルIoT)を活用し、モノとヒトの動きの情報を収集して新工場棟における生産活動を把握し、先行課題である倉庫の夜間棚替えの自動化に取り組む。これまで資材は届いた順に空いている棚に配置されたり、重たい資材は下の棚に配置されたりしていたため、生産時に必要な資材を取り出すのに時間がかかっていた。そこでCPSによって翌日以降の生産計画に合わせて、資材の最適な配置場所を導き出し、夜間、従業員がいない間にロボットが自動で棚替えを行うことで、最短で資材を取り出して生産に入れるようにするものだ。

製品を自動で運ぶロボット
出典:ロート製薬株式会社プレスリリース

CPS2.0では、既設棟も含めた上野テクノセンター全体で、モノとヒトの動きを把握し、生産活動そのものを最適化していく。「CPSが実装されると、生産設備をどれくらい効率よく稼働し、原価をどれくらい抑えられたのかも把握でき、生産計画や工場そのものの評価が可能になる。また、『多少コスト高でも、できるだけ早くお客様に商品を届けたいので、リードタイム優先で生産したい』といった場合に、ヒトが意思決定者となり、CPSにそのお題を投げかけて生産計画を提案してもらうなど、そのときどきのニーズに合わせて生産計画そのものを柔軟に変更し、指定の条件での最適化案を得ることが可能となる。また、これまで意思決定は属人的になりがちだったが、なぜそのような判断をし、どのような変更を加えたのかがエビデンスとして残るので、後世への技術・ノウハウ伝承にもつながっていく」(固城氏)

そしてCPS3.0では、生産だけではなく、販売管理やサプライチェーン全体の最適化を行い、同時進行で、他工場へのCPS実装を進めていくという。

稼働中の実工場にCPSを段階的に実装しながら、最新の数理モデルやAI等の情報技術における研究成果を即時検討して反映させるロート製薬の事例は、世界でもあまり事例がなく、欧米の研究チームや他の製造企業からも注目を集め工場視察も多いという。固城氏は、「ロート製薬としては、CPS実装工場のパイオニアとなり、日本のモノづくり・製造業全体をよくしていきたいという思いがある。まだ始まったばかりだが、全体感のある取り組みになったら、得た効果のデータとともに学会等でも発表したい。まずは2年後に予定されているCPSの国際サミットでの発表が目標だ」と意気込む。

「改鮮活動」をさらにアップデートしていくためのCPS実装

また固城氏は、CPS実装は、ロート製薬で2005年から続く「改鮮活動」をさらにアップデートした活動にしていくためのものでもあると説明する。

「改鮮活動」とは、トヨタのKAIZEN活動にインスパイアされ、QCD(Quality・Cost・Delivery)の改善を目指し、改善サイクルの維持・継続を目的として2005年に発足した活動で、工場に関連する従業員が全員参加する活動だ。毎月1件以上、日々の生産活動のなかで気づいたことを提案し改善に取り組む「気づき活動」、約半年かけてグループで問題解決する「テーマ活動」、そして、整理・整頓・清掃・清潔・躾・安全の環境をつくる「6S活動」の3本柱からなる。

新工場の壁にも掲示されている改鮮活動の取り組み詳細
著者撮影

「商品を一番最初に手にする工場の従業員が活き活きと働けていなければ、それが商品を通じてお客様にも伝わってしまう。そのため、改鮮活動で『自分の意見が採用されて、問題が改善された』という成功体験を積み重ねていくことで、業務に対するモチベーションが少しずつ底上げされるのを狙いとしている。新工場棟建設プロジェクトでも、従業員に『どんな工場にしたいか』のアンケートを実施したところ、大小さまざまな意見が集まり、製造ラインの設計などにも反映されている。たとえば、包装工程など人手作業の多い製造ラインで、協働ロボットの採用、設備仕様の検討から資材、製品の自動搬送などの要望を反映し、7人を要する工程を1人で対応できるまでの自動化を実現した。みんなで作った工場であり、新工場をみんなのイベントにしようという思いで進めてきた」と固城氏は話す。

目に見える課題は日々の改鮮活動で改善されているが、まだ見えていない課題にどう気づき、どう取り組むか。アナログで行われていた改鮮活動を最新のデジタル技術を使ってアップデートし、さらに盛り上げていきたいと考えたときに、前述の藤澤氏との出会いがあり、CPS導入に結びついたという。

「改鮮活動では、どの程度改善されたのかを人手で計測し分析して評価する必要があったが、非常に多くの時間と労力を要するため、改鮮活動を思うように進められなかったり、活動のサイクルが鈍化してしまうことがあった。それがCPS実装により、『この作業のデータを可視化できないか』『この作業のときに、荷物が崩れやすくて困っているのでなんとかならないか』といった、従業員からの積極的な提案が増え、技術的にも時間的にも着手できなかった課題や、改鮮活動で提案してもどうにもならないのではと諦めていた些細な問題解決にも、再チャレンジしようという意識が生まれはじめている。今後は、生産現場の課題だけでなく、品質試験側の課題もCPSで解決して、上野テクノセンター工場全体の最適化を行い、働く従業員や製品・サービスを利用するお客様が持続的にウェルビーイングを実感できるロート製薬のモノづくりを実現していきたい」(固城氏)

Text:小野梨奈(Lina Ono)
Top image:著者撮影

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