シミュレーションにより連続生産が可能になる仕組み 

今朝歯を磨いた時に使用した歯磨き粉は、非常に高度な製造プロセスで作られた可能性があります。原料の計量と混合から、チューブのキャッピング、充填、圧着、出荷のための印刷や梱包まで、息をミントのように爽やかにするために必要なすべてのステップは、高度に調整された機械によって、同じ施設で次々に行われた可能性があります。このような中断のないスマートな生産プロセスは、「連続生産」と呼ばれます。

連続生産とは

連続生産は、各生産段階間に中断のない製造方法の一種です。このプロセスでは、設備は特定のタスク専用になり、加工される材料は常に動いています。連続生産は通常24時間稼働することを意味するため、この製造プロセスは、同一の製品を迅速かつ大量に作成できます。

連続生産は、次のような業界で導入されています。

• 石油
• 鋼鉄
• 紙
• セメント
• 飲食
  
• 医薬品
• エレクトロニクス
• 自動車

バッチ生産と連続生産の比較

今日では、連続生産とバッチ生産のどちらも広く採用されていますが、業界標準のプロセスはバッチ生産です。バッチ生産では、生産は複数のステップにわたって行われ、多くの場合、ステップごとに停止して製品を評価したり、設備のメンテナンスを実行したり、さらに処理を行うために製品を別の施設に出荷したりすることもあります。このような頻繁な停止により、生産スケジュールにかなりの時間がかかる可能性があります。

バッチ生産とは異なり、連続生産では、すべての生産ステップを1つの統合フローに結合します。この安定した生産ストリームは、メーカーが生産時間を短縮し、人為的ミスを減らし、こうした停止なしに製品の一貫性を向上させるのに役立ちます。

バッチ生産は、小企業や新製品をテストする企業で一般的です。しかし、同じ製品を大量に生産する企業にとっては、連続生産がより良い投資になる可能性があります。

連続生産の利点は次のとおりです。

• 繰り返しリセットするために設備を停止する必要がないため、生産時間の短縮が可能になり、スケジュールの遵守が向上します。
• 自動化プロセスが設定されると、製品は常に同じ仕様で生産されるため、一貫した商品を生産できます。
• 人員が製品を直接扱う状況が減り、人為的な汚染が大幅に減少するため、人為的ミスのリスクが軽減されます。
• 生産工程の期間を延長または短縮することで数量を変更できるため、柔軟なバッチサイズ／簡素化されたスケーリングが強化されます。
• システム全体にわたる継続的な解析による自動監視と予知保全により、重要なプロセスをより細かく制御できます。

連続生産における課題

連続生産は、企業が時間を節約し、製品の標準化を改善するのに役立ちますが、次のような課題があります。

• 自動化された機械の初期費用と必要な設置面積が大きいため、初期投資は高い
• 製品のカスタマイズには適していない連続生産の厳格な仕様により、柔軟性に限界がある
• 計画外のメンテナンスが必要な場合、1台の機械のために連続システムを停止し、プロセス全体をオフラインにすることを意味する
• 消費者の需要が遅れた場合、在庫積み増しが問題になり、メーカーが大量の製品をオフロードするのに苦労する可能性がある

シミュレーションによって、連続生産はどのように改善されるか

連続生産は完全に自動化されているため、システム全体で情報が常に解析されます。これは、デジタルツインを導入することで特に役立ちます。デジタルツインは製造プロセス内で稼働中の機械の接続された仮想レプリカを提供することで、作業者は設備内の状況をリアルタイムで把握できるようになり、パフォーマンスやメンテナンスに関する意思決定を正確に通知できるようになります。

たとえば、産業用ミキサーのデジタルツインは、材料間の摩擦によりモータにひずみや故障のリスクがある場合にメーカーに警告できます。デジタル情報シミュレーションが提供する絶え間ないフィードがなければ、工場の作業者は自分の目で見えるもの（これは実際に起こっていることのほんの一部）に基づいて仮定する必要性がでてきます。

デジタルツインにおけるハイブリッド分析の役割

新しいハイブリッドキャリブレーション機能により、予測分析の精度がさらに向上します。シミュレーションベースのデジタルツインと物理センサー情報を組み合わせることで、工場の作業者は仮想センサーを実装し、必要な物理センサーの数を減らすことができ、コストも削減できます。

ハイブリッド分析を使用すると、デジタルツインを大規模に展開して、さまざまな条件でさまざまな設備の動作を追跡できます。さらに、導入された各ツインは、接続されたアセットからの監視データに基づいてキャリブレーションすることができ、デジタルツインが物理的なシステムや設備とほぼ同じように振る舞うことを保証します。

連続生産におけるデジタルツインの利点

デジタルツインの展開後は、製品パフォーマンスの25%向上と、製品ライフサイクルにわたるメンテナンスコストの最大20%削減が期待できます¹。このような競争上の優位性は、デジタルツインが提供する次のような多くの利点からもたらされます。

• 複雑なシステム全体でのリアルタイム監視
• 過去を追跡し、現在をより深く把握し、将来の振る舞いを予測することでダウンタイムを防止する予知保全
• プロセス自動化による運用効率の向上
• 材料や設備に関する情報に基づいた財務上の意思決定

連続生産は、生産方法をスマートで統合された製造の次の時代に移行しようと目指す多くの企業にとって大きな飛躍です。さまざまな業界の企業が業務を変革するために、革新的なテクノロジーがどのように役立っているかについては、デジタルツインの詳細をお読みいただくか、Ansys Twin Builderの無料トライアルを入手してください。

参考文献

1. 「Ansys Twin Builderが解き放つデジタルツインの価値」、Ansys