Industry 4.0とは？第4次産業革命の究極ガイド

過去10年の間に、製造業は変革期を迎えました。

新たなテクノロジーは生産現場にも浸透しました。コンピュータの処理能力とデータストレージの進歩により、さまざまな製品に新しい製造用途が生まれました。開発に有利な環境が整ったことで、法外に高価なテクノロジーも手頃な価格で拡張可能になりました。人工知能、クラウド・コンピューティング、モノのインターネット接続、ビッグデータ分析、量子コンピューティング、3Dプリンティング、サイバー・フィジカル・システム、その他多くのテクノロジーに、新たな産業用アプリケーションが次々と登場しました。

これらの技術が相まって、第4次産業革命が始まったのです。

インダストリー4.0とも呼ばれるこの革命は、蒸気動力の出現やソフトウェア主導のオートメーションに匹敵する速度と規模で製造業を変えつつあります。このデジタルトランスフォーメーションの影響は甚大であり、その可能性は依然として大きい。ガートナー社は、インダストリー4.0の主要製品（高度なサイバーセキュリティ、拡張現実）の市場規模を1,500億～2,000億ドルと推定しています。その他十数種類（積層造形、ウェアラブルセンサー）の市場価値は控えめに見積もっても200億ドルから200億ドルです。KPMGの2018年版レポートによると、インダストリー4.0の総市場は2020年までに4兆ドルを超えると予想されています。

しかし、インダストリー4.0は利益を超えた意味を持ち、その範囲は製造業にとどまりません。その核心において、インダストリー4.0は1つのテクノロジー、あるいは一連のテクノロジーに還元できるものではありません。むしろ、デジタル時代における仕事の根本的な再構成なのです。

企業がデジタルトランスフォーメーションをどのように戦略化するかによって、インダストリー4.0時代に誰が沈没し、誰が繁栄するかが決まります。例えば、マッキンゼーやWEFは、インダストリー4.0を早期に導入した企業は、新技術の価格が下がるのを待つ企業よりも112%もキャッシュフローが有利になると見ています。同様に、アクセンチュアは、IIoT 導入の第一陣が生産性を30%向上させる可能性があると見積もっており、シマンテックは、早期導入が年間在庫の26%削減につながることを明らかにしています。

このガイドはインダストリー4.0に関心のある方、特にデジタルトランスフォーメーションを検討されている方のためのリソースとなるよう設計されています。可能な限り実践的な内容となっています。各章では、デジタルトランスフォーメーションの戦略立案に役立つ実用的なヒントとともに、歴史的・文脈的な情報が織り交ぜられています。

インダストリー4.0（"Industrie 4.0"）という用語は、ドイツ政府のメモに初めて登場しました。その初期の用法では、インダストリー4.0は、デジタル技術を国家製造戦略に統合しようとするドイツの試みを指していました。

この言葉はすぐに定着しました。「インダストリー4．

世界経済フォーラムのクラウス・シュワブ代表は2014年、急速に変化するビジネス環境について、最近名付けられたインダストリー4.0に不可欠と考えられる動きをまとめました：

インダストリー4.0は、これらの技術（AI、ビッグデータ、IoT、バイオインフォマティクス）の融合であり、物理的、デジタル的、生物学的領域にわたる相互作用によって、第4次産業革命をこれまでの革命とは根本的に異なるものにしています。

シュワブの定義に説得力があるのは、インダストリー4.0の範囲と到達点を明確にしているからです。シュワブにとってのインダストリー4.0とは、厳密には技術的なものではありません。それは、デジタル技術を人間の身体や物理的な物体に結びつける、新しい接続とコミュニケーションの方法です。

シュワブの定義は簡潔さと正確さにおいて勝るものはありませんが、さまざまな定義を簡単に見直すことで、インダストリー4.0の何が重要なのかを浮き彫りにすることができます。

インダストリー4.0の定義

この時代の複雑さのためか、インダストリー4.0は様々な方法で定義されています。各定義で強調されている点は異なるかもしれませんが、インダストリー4.0の特徴は以下の通りであるという点で、幅広いコンセンサスが得られています：

1. 産業界におけるスケーラビリティとROIを実現するデジタルテクノロジー群
2. 人間、機械、労働の関係の変化
3. "革命 "の称号を得るに十分な分散とペース

さらに、コメンテーターは、製造業におけるインダストリー4.0の3つの主要な推進力について同意しています：

1. 新旧技術の同時成熟
2. 製造業におけるユースケースの収束
3. ますます広がる大規模な導入

変化の原動力としてのインダストリー4.0テクノロジー

インダストリー4.0の定義の多くは、具体的な技術的進歩に特化しています。これらの定義の中で、著者たちは人工知能、ビッグデータ、モノのインターネットの統合、ユビキタスインターネット接続、3Dプリンティング、サイバーフィジカルシステムなどの技術のビジネスユースケースの出現を指摘しています。

これらの技術の多くは新しいものではありません。しかし、そのコストは過去10年間で劇的に低下し、それに比例して機能も向上しています。例えば、クラウド・アーキテクチャーの進歩により、以前は想像もできなかったような量のデータを収集・保存することが可能になり、また、クラウド・ソリューションの手頃なコストにより、企業はこのテクノロジーを大規模に利用することができるようになりました。

インダストリー4.0は、多くのテクノロジーが融合し、応答性の高いテクノロジー・エコシステムになることを特徴としています。ここでは、インダストリー4.0の技術がシステムとしてお互いを強化し、可能にし、増強するという事実が、その名にふさわしいものにしています。

人と機械の仕事の性質の変化としてのインダストリー4.0

インダストリー4.0は、テクノロジーと労働の関係性の変化として理解するのが最も適切であると主張するコメンテーターもいます。先進的なテクノロジーは、工場現場における労働者と機械の関係を根本的に変えるものであり、新時代の到来を告げるものです。

ある経営学者にとって、インダストリー4.0は「人の仕事と機械の仕事の違いが曖昧になることを想定しています」。

これは事実です。でも、どういう意味ですか？

製造業の歴史の大部分において、作業は人間か機械のどちらかが行っていました。機械のオペレーターをどう分類するか？機械をプログラムするエンジニアは？インダストリー4.0では、労働の区分はより曖昧になりました。

現代の工場は、人間と機械の間の複雑化するリレーに依存しており、認知や問題解決だけでなく、組み立てや処理も両者の間に分散しています。

デロイトは、このような人間と機械の間のリレーを「物理-デジタル-物理（PDP）ループ」と表現しています。これらのアナリストにとって、デジタル空間と物理的空間を横断する人間と機械の労働力の相互依存は、インダストリー4.0の決定的な特徴です。"デジタルからフィジカルへの飛躍"、"分析されたデータと情報に基づいて行動する能力 "がインダストリー4.0の本質と価値を構成している、と彼らは書いています。[デロイトのグラフィック］

インダストリー4.0-私生活に似たワークライフ

インダストリー4.0が全く異なる意味を持つ人もいます。Dentsply 社のプロセスエンジニアであるダン・ロン氏にとって、インダストリー4.0とは「私生活と同じようなワークライフを送ること」です。

ロンは、私たちが日常生活においてデジタルツールの存在と有用性を受け入れていることを意味しています。私たちは、良くも悪くも、私たちを助けるデバイス、私たちを補うアプリ、私たちをつなぐユビキタスインターネットとともに日々を過ごしています。

製造業はそうではありません。多くの工場はいまだにアナログ技術で動いており、消費者向けの技術（年鑑、カセットテープ、紙のレコード）はとっくに過去のものとなっています。これまでは、これらのテクノロジーは機能し、その代わりとなるものは、資金力のある組織以外にとっては法外に高価なものでした。

ロンや他の人々にとって、インダストリー4.0は、私たちの個人的な生活から最良の発展を取り入れ、製造業の文脈に適用する機会です。

何かを革命と呼ぶことは大きな主張です。確かに、多くの "革命 "は誇大広告に見合うものではありませんでした。

では、何がインダストリー4.0を真の第4次産業革命にするのか、と問うのはもっともなことです。

現在の状況が他と異なるのは、新しいデジタル技術が既存の秩序を破壊する可能性があることです。コメンテーターたちは、ブロックチェーン、人工知能、サイバーセキュリティへの脅威が、その最も極端な実装において、中核的な制度を弱体化させる可能性があると指摘しています。政府、銀行、エネルギー・インフラなど、すべてが分散型のインテリジェント・テクノロジーによって大きく変貌する可能性があります。

知的コンピューターが国家を転覆させるというSFのシナリオや、ブロックチェーンが分散型コンセンサス・ネットワークを通じてバンキングを民主化するというシナリオからは、まだまだ遠い。しかし、根底にあるポイントは依然として有効です。高度なデジタル技術がもたらす影響は、蒸気、電気、コンピュータといった、過去の産業革命を引き起こしたパラダイムシフト的な産業の進歩と共通するものがあります。

この文脈を理解するために、過去3回の産業革命を簡単に振り返ってみましょう。

第一次産業革命

ほとんどの歴史家は、第一次産業革命は18世紀に近代的な蒸気機関が発明されたことに起因するとしています。当初は比較的弱かったものの、18世紀から19世紀にかけて蒸気エンジンの出力と信頼性は向上。1886年には、蒸気エンジンの出力は10,000馬力に達しました。

蒸気や水力によって、人間は基本的な工程の機械化を可能にする機械を作ることができました。19世紀前半には、製造業者が手作業の反復作業を機械化するプロセスを開発しました。世界有数の強国の多くは、この時代に機械の進歩を背景に得た優位性によって富を築きました。

第二次産業革命

第二次産業革命の特徴は、電化とコンベア生産。これらの変化は、20世紀初頭に国家規模、そして世界規模に達しました。

第一次産業革命と同様、第二次産業革命（2IR）の主な変化はエネルギーの領域で起こりました。近代産業科学の発展は、第2次産業革命の技術の発展ペースと普及の幅を大幅に加速させました。20世紀初頭までには、電気とベルトコンベヤーによる生産は、世界の先進国でも後進国でも見られるようになりました。

デジタル革命

デジタル革命とも呼ばれる第3次産業革命は、エネルギーの根本的な変革によって起こったわけではありません。その代わり、コンピューティングと通信技術の進歩がもたらしたものでした。初期のロボット工学、高性能コンピューター、データ保存と通信の飛躍的な進歩により、デジタル・エレクトロニクスが工場に導入されました。また、自動化できる工程の数も大幅に増加しました。自動化、データ分析、グローバル・コネクティビティなど、より繊細な形態への飛躍はすぐそこでした。

第4次産業革命

デジタル革命と同様、第4次産業革命も基本的には計算と通信の進歩に根ざしています。この場合、ユビキタス・コネクティビティは、他の多くのテクノロジーが空間や距離を越えて通信することを可能にするインフラを生み出しました。

シュワブは2014年の報告書を再検討し、この変革を加速ではなく革命とする要因として、速度、広さと深さ、システムへの影響を挙げています。言い換えれば、この変革はより速く進み、より強力に私たちに影響を及ぼし、世界のシステムを変化させる能力があるということです。この変革は、私たちが何をするか、どのようにするかだけでなく、私たちが何者であるかに 影響を与えるのです。

インダストリー4.0テクノロジーのユースケースは、メーカーの数だけあります。

それでも、多くのユースケースはいくつかのカテゴリーに分類することができます。マッキンゼーは最近、アーリーアダプターが確実な成功を収めている4つの分野を特定しました。

デジタルパフォーマンス管理

コンサルティング会社がデジタルパフォーマンス管理を推奨する理由は、それがインダストリー4.0の能力とインフラを開発するための重要な第一歩となるからです。デジタルパフォーマンス管理ツールは、産業用モノのインターネット接続とクラウドストレージを利用して、作業員と機械からの継続的なリアルタイムデータを処理します。デジタルダッシュボードと 製造アプリにより、オペレータはリアルタイムでプロセスパフォーマンスを確認し、対応することができます。柔軟なパフォーマンス管理ソリューションにより、エンジニアはKPIを業務に合わせて調整できます。データとの絶え間ない相互作用は、より分析的なオペレーションに向けた重要な初期段階である、証拠第一のメンタリティを促します。

予知保全

として MESや製造ソフトウェア、分析システムが改善されるにつれ、予知保全も改善されてきました。しかし、ビッグデータ、ヒューマン・パフォーマンス・トラッキング、機械学習の進歩により、予知保全ツールの感度は日に日に高まっています。基本レベルの接続性を持つ工場では、ディープラーニング・アルゴリズムにより、時間の経過とともに精度が高まるメンテナンス・スケジュールを作成することができます。すでにOEEの大幅な改善や、AIが非効率に着目することによる機械のダウンタイムの大幅な削減を実現しています。コンピュータ・ビジョンやウェアラブル・センサーが人間の動きを実用的なデータに変えるようになれば、この分野での進歩はさらに大きくなるでしょう。

プロセスの最適化

インダストリー4.0は、機械からデータを収集し、そのデータを高度なアルゴリズムで分析することを約束します。しかし、これは単一のプロセスや単一のラインに限定する必要はありません。むしろ、早期導入企業は、データを使用して部門内のシステムを開発し、それらのシステムを応答性の高い、完全に接続された全体に接続することで、大きな利益を得ています。インダストリー4.0の最大の利益のいくつかは、完全な価値の流れを最適化することによってもたらされるでしょう。

高度なオートメーション

大手調査会社の多くは、今後10年間で製造業におけるロボットの利用が拡大すると予測しています。しかし、自動化はロボットにとどまりません。マッキンゼーはまた、アルゴリズムが需要管理、在庫スケジューリング、根本原因分析の能力を高めるにつれて、多くの知識労働者も自動化と戦うようになると予測しています。

では、現代のコネクテッド・ファクトリーとはどのようなものでしょうか？

答えはひとつではありません。それでも、傾向を見ることは有益です。

製造業を対象とした最近のBCG調査によると、回答者の53％がインダストリー4.0の導入が優先事項であると回答しています。全会一致には程遠いものの、回答者の半数以上が技術的変革を優先課題としていることは重要です。価格に敏感な業界（半導体、エレクトロニクス、自動車）では、80%もの企業がインダストリー4.0を早急に優先すべきと考えています。

回答者は、こうした傾向が今後も続くと確信しています。同調査によると、製造業の専門家の70％が、2030年までに工場のデジタル化は「大いに関連性がある」と考えています。

結局のところ、予測は推測に過ぎません。実際に工場はどのようにインダストリー4.0を実現しているのでしょうか？

2018年にマッキンゼーが実施した世界の製造業を対象とした調査では、多くの企業がデジタルトランスフォーメーションに向けて大きな一歩を踏み出しています。同調査によると、回答企業の64%がコネクティビティプログラムを試験段階にあり、さらに23%がコネクティビティの実験を開始しています。70%はインテリジェンス・プログラムを試験的に導入しており、61%はすでに柔軟な自動化を試験的に導入しています。回答者のうち、インダストリー4.0のインパクトを大規模に達成したのはわずか30%でした。

これは、大多数の製造業者がデジタル技術を業務に統合するための措置を講じていることを意味します。工場はより接続され、よりスマートで、自動化が進んでいます。

しかし、製造業はすべてのインダストリー4.0テクノロジーを同じペースで導入しているわけではありません。2016年、BCGは、サイバーセキュリティとビッグデータ分析が最も一般的に導入されているテクノロジーであり、僅差でクラウドコンピューティングが続いていることを明らかにしました。最も導入が進んでいないテクノロジーは、「未来的な」工場を連想させるものです。アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）、高度ロボット工学、AR（拡張現実）はいずれも28％前後の導入率でした。

最新の評価では、研究グループのコンソーシアムは、既存の機械のおよそ40～50％が、部分的にせよデジタルインフラに接続されていると結論づけました。

最近のWEFの推計によると、製造業の70％がインダストリー4.0テクノロジーを試験的に導入していますが、実験を規模に応じた価値に変えるには、まだかなりの投資が必要です。中小企業にとっても多国籍企業にとっても、「パイロットの煉獄」を回避するには、戦略、投資、先見性の適切な組み合わせが必要です。

このガイドのこの段階では、歴史的、文脈的な部分から、実践的な部分に移りたいと思います。ここからは、インダストリー4.0のデジタルトランスフォーメーションを実施するためのアドバイスと、「パイロットの煉獄」を回避するためのヒントをご覧いただけます。

インダストリー4.0の変革を成功させるための万能の戦略はありません。企業の規模、業界、地域、競争力などによって戦略は異なります。

最近のWEFの報告書によると、インダストリー4.0テクノロジーを活用しようとする企業には、規模を拡大するための補完的な2つのルートがあります。

1. 生産システムの革新：オペレーショナル・エクセレンスによる競争優位性の拡大。
2. エンド・ツー・エンドのバリューチェーンを革新する：オペレーションの経済性を変えることで、新たなビジネスを創造します。

この道には、よくあるつまずきがあります。

経営陣のビジョンの欠如

デロイトのデジタルトランスフォーメーション調査に参加したエグゼクティブは、長期的かつ詳細なエグゼクティブビジョンの欠如がデジタルトランスフォーメーションにおける最大の障壁であるという点で意見が一致しました。適切なデジタル戦略を策定するには、業界に関する詳細な知識と、特定の領域で最も破壊的となるテクノロジーを予測する先見性が必要です。デジタル変革が最も成功するのは、経営幹部がデジタル変革について1年、3年、5年、10年の目標を設定したときです。

大きすぎるスタート

完全なデジタルトランスフォーメーションは一夜にして実現するものではありません。それは、長期的かつ段階的な技術的エコシステムの変化の産物です。それでも多くの企業は、ギャップを埋めることなく完全なデジタル化を目指しています。最良の変革は、概念実証から概念実証へと取り組み、より大規模なものへと取り組みながら、断片を所定の位置に配置するものです。初期の成功体験を積み重ね、失敗を受け入れ、連携するテクノロジー・ソリューション群を徐々に構築していくのです。

点と点を結ばない

理想的な工場はシームレスに接続されています。しかし、すべてのテクノロジーが同じように早い段階で統合できるわけではありません。基本的なインフラ整備（無線LAN、サーバースペース、再教育、人材獲得）から始めないと、後の取り組みに支障をきたす可能性があります。例えば、世界中のあらゆるデータがあっても、それを意味づけるデータサイエンティストがいなければ何の役にも立ちません。

1.具体的なビジネス目標からスタート

インダストリー4.0のデジタル変革の多くが失敗するのは、デジタル変革以外の明確な目標がないからです。言い方を変えれば、明確なビジネス成果によって動機づけられていないために失敗するのです。デジタルトランスフォーメーションを計画する際には、まず、新しいテクノロジーがビジネスのために何ができるのか、何をすべきなのかを明確にします。そして、その目標を達成するためにどのようなオプションが有効かを検討します。

2.ロードマップを持つ

デジタルトランスフォーメーションに関しては、短期的に考えるだけでは不十分です。デジタルトランスフォーメーションを計画しているメーカーは、初期の取り組みを長期的な戦略の文脈に位置づける必要があります。ベインはこれを「デジタルライトの千点」、つまり、星座につなげる手段のない空に浮かぶ多くのデジタル「星」と呼んでいます。これには、初期のプログラムが後の開発のためのインフラをどのように構築するかを特定することが必要です。 PwCが主張するように、すべてのデジタル変革は「エコシステム」のアプローチをとるべきです。各新技術を単独で考えるのではなく、システム全体を想像し、マッピングするのです。現場に導入されるシステム全体を想定し、マッピングしてください。

3.単一技術の実験、パイロット・プロジェクト

パイロット・プロジェクトは、デジタルトランスフォーメーションの基盤を確立する機会を提供します。低コストで実験的な性質があるため、ビジネスを中断させることなく失敗する機会を提供します。パイロット・プロジェクトが成功すれば、メーカーはその成功を梃子に事業拡大への支援を得ることができます。失敗すれば、戦略を磨くチャンスとなります。

4.ROIの重視

デジタル変革は手段です。デジタルトランスフォーメーションに取り組んでいるメーカーは、あらゆる段階で、その取り組みからどのようなメリットを得ているのか、また、すべての投資が収益にどのような影響を及ぼしているのかを自問自答する必要があります。

5.コミュニケーションラインを常にオープンに

デジタル工場は人間不在のものと考えるのは簡単です。しかし、人間はどこにも行きません。労働者のニーズや経験を考慮しないトップダウンのデジタル変革は、必ず摩擦に遭遇します。経営幹部はデジタル変革に現場の労働者を参加させるべきです。工場のプロセスを熟知し、ニーズや非効率に関する情報を提供できる人材は他にいません。

6.プロセスへの教育の組み込み

インダストリー4.0のひとつの帰結は、古い職務内容が陳腐化する一方で、他の職務が誕生していることです。その結果、再スキルアップ、スキルアップ、継続的な教育がかつてないほど重要になっています。管理者は、スキルアップの候補者を特定し、新しいスキルを開発する必要がある従業員が開発できるようにすることで、変革を強化することができます。場合によっては、インダストリー4.0テクノロジーを利用してトレーニングのイニシアチブを強化することもできます。

7.向上を止めない

継続的改善を科学に変えたこの業界にとって、これは当然のことかもしれませんが、繰り返しになりますが、デジタルトランスフォーメーションは一度だけ起こるものではありません。デジタルトランスフォーメーションは一度起こるものではありません。成功し続けるということは、製造業の基盤に俊敏性を組み込むということです。

インダストリー4.0は、他の出来事と同様、私たちに世界の仕事のあり方について考えさせました。クラウス・シュワブによる2014年の「第4次産業革命」の発端から、世界経済フォーラムの最新のインダストリー4.0レポートまで、コメンテーターたちは製造業の進歩が人間に与える潜在的な影響を強調してきました。世界最大の経済セクターの1つにおける革命として、インダストリー4.0は今後数十年にわたって私たちの世界を形作る可能性を秘めています。

多くの点で、このように人間を重視するのは、製造業があらゆる分野と同じようにデジタル変革の最中にあるからです。トーマス・フリードマンは最近、私たちは今、ユニークな情報を蓄積することよりも、情報の流れをコントロールすることの方が重要な世界に生きていると主張しました。これはインダストリー4.0にも同様に当てはまります。工場が生産するデータをコントロールするメーカーは、独自の知識をため込むことに熱心なメーカーに対して競争上の優位性を獲得するでしょう。

この段階で、製造業者はデジタル・トランスフォーメーションを計画しているはずです。本ガイドに記載されたアドバイスに従い、業界のトレンドを把握することで、インダストリー4.0の価値を最大化することができるはずです。