【製造業DX×3Dを加速する】04.茶道を守る寸法帳、製造業を守る3D作業指示書

製造業の現場に忍び寄る危機

こうした伝統工芸における精緻な再現作業が、日本のものづくり文化の基盤を形づくり、製造業の現場力は磨かれてきたのでしょう。しかし、今、この現場力が危機に瀕しています。製造業では自動車のEV化に象徴されるように、競争領域がメカ領域からエレキやソフト領域に変わりつつあります。

一方、日本の製造業の強さは、機能と性能の擦り合わせ開発とそれを安定した品質で製造する現場力にありました。ところが、熟年労働者の引退と人手不足、さらには若年層が定着しないこともあって、肝心の現場力にも陰りが見えます。メカ領域の強みまで失われてしまっては取り返しのつかないことになります。中国メーカーがエレキやソフト領域に巨額投資をしている今だからこそ、メカ領域の強みでしっかり差異化しておくことは日本の製造業にとって極めて重要です。

先日、あるメーカーを訪問した際には、中国の協力会社と話したところ、まだまだ紙図面ベースの仕事だったと言います。だとすれば、メカ領域の強みを3Dで強化することは、日本のアドバンテージ維持に不可欠です。熟練者の暗黙知に依存した旧来の作業指示書ではなく、そのノウハウを3Dで形式知化し、分かりやすい形で次の世代に引き継ぐのです。

熟練のノウハウを3Dに託す

このことを別の視点から考えてみましょう。『日経ものづくり』の2024年6月号では「リブート日本の製造業」の特集の中で、人をどうアップデートするかというテーマを取り上げていました。そこに、現場の知識や技能を伝承するために何を対策しているかというアンケートの結果があります。その回答のトップに来るのは、なんと「熟練者の雇用延長」です。

当然のことながら、いつまでも雇用延長することはできません。雇用延長は一時的な解決策に過ぎません。持続的な解決には、熟練者の知識を形式知化する仕組みが必要です。熟練者は、新製品であっても、多少の構造の違いであれば、その経験でおおよそ組み立て方法が分かるといいます。一方、未経験者は、新製品の組み立て時には、試行錯誤しているかもしれません。

現場力は危機にあり、人材も不足し、雇用延長も限界を迎えつつある今、新たな手段が求められています。直感的に理解できる「3D作業指示書」があれば、知識・経験の乏しい人でもスムーズな作業の立ち上げをすることができます。熟練者のノウハウを情報として蓄積し、教育や訓練に活用していくこともできます。その担い手は、国内であっても外国人になる可能性が高いでしょう。

3Dは誰にも通じる共通言語

その点、3Dモデルは世界の共通言語です。理解の起点となる3Dモデルは製品全体のイメージをそのまま再現します。製品全体の構造を理解し、担当箇所の作業手順も現物を扱うように理解できるのが「3D作業指示書」です。人手不足の今、現場の作業人員の入れ替わりは激しいでしょう。ベテランが抜け、外国人や不慣れな人も入ってくることもあります。そういう環境でも、安定して高品質な生産を求められるのが工場の現場です。

図のように時代は、紙やPDFベースの指示書から、分かりやすいビデオへ、そして、生産性を革新する3D作業指示書へと進むでしょう。現場まで3Dモデルが流通すれば、その先にはVRやARを使った次世代の生産革新が待っています。VRを使えば、現物同等の組み立て体験をすることができます。ARを使えば、3Dモデルの持つ寸法やトルク値をタブレットに表示された現物上に表示できます。ここに至るには、まず、3Dデータを活用した作業指示書の標準プロセスの確立が必要です。

古野電気における3D活用成功の秘密とは？

この取り組みに成功した事例として、今回は日本を代表する船舶用電子機器メーカー、古野電気株式会社（https://www.furuno.co.jp/）の三木工場を紹介します。同社の成功は、表面的には3Dで伝える指示書の導入に見えますが、本質はそこではありません。まず、最初に古野電気の成功の秘密を明かしておきましょう。

1. 情報を3Dに「束ねる」
   3Dモデルに部品表（BOM：Bill of Materials）や工順（BOP：Bill of Process）、組立作業上の注意事項など、すべての情報を束ねた。3Dモデルを見ながら、BOMやBOPを作り込むことで、効率の良い作業指示書作成プロセスを確立した。
2. その3D情報を「使う」
   3Dモデルを利用した多言語の作業指示書を作成し、現場の工夫もあって、熟練作業者からも求められるような3D手順書を定着させた。
3. 3D情報を「流す」
   この3D情報に担当する工場から関連する工場、別部門にも展開することで、さらなる生産性の革新に挑戦している。

実際に社員の方に接してみると、同社には“いい人”が多いです。“いい人”とは、自部門のことだけではなく他部門のことも配慮して仕事を進める人のことです。後工程に配慮した3D情報の作り込みによって、3D情報の流れ、つまり軽量3DモデルXVLの情報パイプラインができ、それが生産性を上げていくのです。これは、まさに、私が“デジタル家内制手工業からの脱却”（参考：幻冬舎書籍「デジタル家内制手工業からの脱却」）と呼んだものです。では、古野電気の事例を詳しく見てみましょう。

古野電気では、作業指示書の何が問題だったのか？

舶用機器の生産技術を担当するのが三木工場の生産技術部です。製品、特に現場が習熟していない新機種であっても、間違いなく作業できる環境を提供することをミッションとしています。つまり、外国人だろうと新人だろうと誰が作業しても、高い品質で生産できることがゴールです。では、三木工場における課題は何だったのでしょうか。

大きな課題の一つが作業指示書（同社では作業指導書と呼ぶ）の作成工数の膨大さでした。生産技術部サイドには現場の効率化にもっと時間を使いたいというニーズがあります。しかし、以前は、3D CADや機械図面、部品表、開発部門からの配線指示などの指示情報を記載したExcelやWordファイルなどがバラバラに存在し、それらの情報を手で切り貼りし、作業指示書を作成することが大きな負担となっていました。

実際には試作機を見ながら工程を検討し、試作しながら工程フローを作成し、工程ごとに作業指示書を作成していきます。最終的にAdobeのIllustratorで作成した作業指示書はPDFで配布し、さらに現場によってはそれを紙に印刷していました。作業指示書は、1ユニット当たり90ページ程度にもなるといいます。

最終資料には3D CADから作成した図を貼り付けます。しかし、この方法だと、作業指示書を作成する人は、適切な3DモデルをCADで探し、多様な資料を参照し、情報を行き来しながら、対応付けするといった多大な工数が発生します。間違いも混入するリスクも、それを修正する手間も増えていきます。

同社の工程では一人の作業者が20～30分作業をするので、詳しい作業指示書を必要とします。しかし、手間をかけて作成した指示書も2Dの図だけでは、現場の未経験者には分かりづらく、肝心なノウハウが伝わりません。結果的に新製品では、その立ち上げに時間を要し、ひいては製品品質の低下にもつながっていた可能性もあります。

しかも、一度作業指示書が完成しても、設計変更により指示書を改訂しなければなりません。ある指示書では全91ページ中、変更箇所が20ページ以上もあったそうです。該当箇所を探し出し、修正するといった手間は馬鹿になりません。本来、生産技術部に求められるのは、工程改善です。しかし、こうした状況では、そこに割く時間を捻出することが難しくなるばかりでした。

XVLを利用した作業指示書作成の流れ

これを解決するために導入したのがXVLの作業指示ソリューションです。まずは、XVLを利用した3D作業指示書作成の典型的な流れを説明しておきましょう。その手順は以下の通りです。

1. 3D CADデータを軽量3DモデルのXVLに変換する。
2. 必要があれば、XVL内のE-BOMの構成を正しくする。
3. XVL編集ソフトXVL Studioを利用して製造部品表（M-BOM）構成を定義する。
4. BOP定義で利用する標準工程ライブラリを定義する。多言語の指示書が必要であれば、工程を多言語で定義しておく。
5. 標準工程ライブラリを利用して工順を定義する。
6. 部品の組付け方法を見やすくするために、必要があれば、3Dでアニメーションを定義する。
7. 多言語対応の3D作業指示書を自動生成する。

実際に、同社ではXVLによる作業指示ソリューションを上記の手順で活用しています。

3D作業指示書の導入の実際は？

その実際を生産技術部、製品工程設計係の係長、乾太郎氏に伺ってみました。まず、これまでバラバラに存在していた3Dモデルや部品表、各種の指示情報をXVL Studio上で一覧して編集することができるようにしたということです。

あらかじめ、トルク値などの開発部門からの指示も標準工程ライブラリに入れておき、工順を定義していきます。また、ベトナム人の作業員の方もいるので、標準工程ライブラリはベトナム語でも定義したそうです。

さらに、3Dモデルを見ながら、M-BOMを定義し、それをBOMシステムに渡すことにしたといいます。これまでのように表を見ながらより、3Dモデルを見ながら構成を定義していく方がやりやすいからです。

XVLでは1ページに1工程を入れるという工夫もしたそうです。従来のPDF版では、1ページに複数工程を記載しており、作業者がそれを読み飛ばしてしまうこともあったからです。

各工程では3Dのアニメーションも定義されています。これまでのようにCADからイメージを貼り付けるより、慣れてしまえば、3Dアニメーション作成の方が速く作業が進むとのことです。現在では7名のメンバーがXVL Studioによる3D編集をこなすといいます。

作成側にとっての3D作業指示書の価値とは？

それでは、生産技術部にとって導入効果はどのようなものだったのでしょうか。

1. フロントローディング加速
   これまでは実機で実際に組み立てながら試行錯誤で工程を決めていた。それが、設計完了直後に3Dで工程検討できるようになり、開発部門への改善要望を早い段階に的確に示せるようになった。完成した工程設計の結果を、実際の作業時に答え合わせをするというように、これまでと順番が逆転した。
2. 3Dデザインレビュー
   XVLを導入したことで、CADを持たない製造部門にも、事前に3Dを見てもらえるようになった。この結果、製造部門を巻き込んだデザインレビューにおいても、的を射た指摘ができるようになった。同社では配線モデリングツールのXVL Studio WR（販売：図研）でワイヤ・ハーネスもモデリングしており、配線のデザインレビューにも有効だという。その配線データはそのまま指示書で利用している。
3. 工数半減
   一元化された情報から指示書を作成することで工数が半減した。工程設計の精度が上がったので、3Dアニメーション作成の時間を加えても半減している。特に若手は3D習得が非常に速く、さらに生産性が上がっているという。
4. 設計変更追従
   設計変更があってもXVLモデルを差し替えるだけで、自動的に作業指示書が連動して修正されるので、設計変更対応の手間が激減する見込みである。

こうした生産性の向上の結果、生産技術部に求められてきた生産の効率化に時間が割けるようになってきたというのです。実際、ラインバランスを見ながらサイクルタイムを決め、実際にその通りできているかを検証するといった“真の”工程検討をする時間的余裕ができたのです。

閲覧側にとっての3D作業指示書の価値は？

それでは、製造現場で指示書を実際に見る側にはどのような価値をもたらしたでしょうか。乾氏は3点の価値を指摘します。

1. 3Dでしかもアニメーションもつけてあるので、不慣れな人にも的確に指示が伝わる。出来上がった指示書は、訓練時にも実際の作業時にも利用しており、明らかに習熟までの時間が短縮した。
2. 3Dモデルに加え多言語指示も可能なので、ベトナム人作業者の理解度も格段に上がった。やはり、習熟までの時間が短縮した。
3. 熟練者でさえ、30分もの工程をすべて覚えているわけではない。これが3Dで伝わるという点は有効である。最初は3Dへの抵抗感もあったが、実際に使ってみると、これは良いという評価だという。

今では、昔はPDFの作業指示書でよく仕事をやっていたものだと感慨深げに語るベテランの班長もいるといいます。

3Dのもたらした副次効果とは？

さらに、注目すべきはこの先に現れようとしている3つの副次効果です。

1. 開発者が製造現場を見学し、生産性の向上に3Dデータが有効であると認識した。この結果、3Dデータの整備が進み、さらに3D指示書の適用範囲が拡大し、生産性の革新が加速されようとしている。
2. 生産技術部では、3Dデータから部品表を作り込むことができることに気付いた。この結果、M-BOMを3Dで見ながら作成するようになり効率化に寄与している。また、指示書における3Dアニメーションを作業者が見やすいように配慮して作成するようになった。つまり、現場が生産しやすい3D指示書を作成するようになった。
3. 現場では、製造課長の発案で、手を使わずにフットスイッチを使って、次のステップの作業指示を表示するなど、工夫が始まっている。3Dが現場で利用されるようになったことで、それが現場の知恵を引き出し、現場力を最大化することにつながっている。

このように立場の異なる開発、生産技術、製造現場がそれぞれに工夫し、時に連携し3Dを基軸としたものづくりのプロセス変革に挑んでいます。これは、まさにXVLパイプライン、つまり3Dデジタルツインの流通によってプロセスの変革を加速していくこと、そのものです。同社の人は本当に“いい人”が多いです。この“いい人”同士のつながりを3Dで強化していく、これこそ、同社の実現してきたDXの神髄なのでしょう。

さらなる発展に向けて

同社の変革はさらに前進しようとしています。次のステップに向けて乾氏は以下のような構想を考えています。

1. 作業指示書をさまざまなデバイスで表示させる。
2. 作業指示書から指定した工程だけを即座に表示できるようにする。
3. 現状はXVLで編集したM-BOMとBOMシステムとの連係は手動である。これを自動連係させる。

ここに貢献するのがマルチデバイス、マルチブラウザで3D作業指示書を表示可能にするXVL Web3D技術です。現在、同社でも導入準備に入っています。XVLによるBOM構成の共有を広げるということは、XVL活用の進むサービス部門（参考： 関連コラム ）へのデータの流れも実現できるということです。

画像やテキストの切り貼りで作成していた作業指示書を、情報統合された3Dモデルから自動生成可能になる、つまり、手動でのデータ流通がどんどんと自動化されていくさまは、まさにデジタル家内制手工業からの脱却です。同社にはXVLパイプラインが粛々と広がろうとしているのです。

次の発展に向けて、執行役員で三木工場長の上村貴典氏はこう語ります。「社会問題となっている人材不足を考えると、どうしても作業者の入れ替わりの周期が加速していくでしょう。これに対し、3D作業指示書は大変有効な手段になっています。さらに競争環境は厳しくなっており、工場では製品品質を高め生産効率を上げ続けなければなりません。このためには、新しいテクノロジー、ARやVRといったものにも踏み込んでいく必要もあると考えています」。現場は現状に留まっているわけにはいかないのです。

茶道を守った寸法帳、製造業を守る3D作業指示書

平等と公平の違いは何でしょうか。身長の異なる三人がいたとしましょう。平等は全員に同じ高さの台を与えること、公平は身長差に応じた台を与えることだと言えるでしょう。平等にやれば身長差は取り残され、公平にやれば身長差はなくなります。公平にすれば、すべての人が同じ景色を見ることができます。

この考え方は製造現場にも当てはまります。平等と公平の違いは、必要に応じたサポートをすることです。3D作業指示は未経験者や外国人にとって公平な理解環境を提供します。人手不足の環境でも、外国人も未経験者も同じレベルの手順を理解して、どこでも一定の高いレベルのものづくりが可能になるというわけです。

人口減少社会では、生産現場にロボットやAIを導入し、省力化していくということが当たり前になります。自動化することは、短期的には生産性と品質を高めます。同時に、これまで引き継がれてきた熟練の技術が失われていくリスクをも高めます。自動化が進む一方で、人が関わる工程では技能伝承が不可欠です。

今、熟練者が残っている間にこそ、3Dの作業指示書を作成しておくことは、日本の製造業を長年に渡って支える基盤になります。やがて、AIと人が協働し、人の技能をデジタルで継承する社会が到来するでしょう。

文化を守るのと同じように、製造業の知恵も守るべきです。「寸法帳や切り型」の作業指示書が千利休の茶道の伝統を数百年引き継いできたように、現代の3D作業指示書が製造業を末永く支えていくことになるのでしょう。

（ラティス・テクノロジー株式会社　代表取締役社長　鳥谷 浩志）