３‐１．製造業の全産業への波及効果
図表３はものづくり白書2006年版７）に示された製造業の国内生産額の増減による波及効果をまとめたものである。
ものづくり白書2006年版では、図表３から製造業は広義のサービス業と比較して、各産業へ及ぼす影響が大きいと述べられている。すなわち、製造業各業種の加重平均では、自らの生産活動による国内生産額が１単位増加した場合、他の製造業の生産活動による生産額が0.30単位増加し、非製造業の生産活動による生産額は0.48単位増加し、自産業への波及と合わせて2.10単位の増加となる７）。広義のサービス業の各業種の加重平均は1.52であり、製造業の波及効果が大きい。つまり、製造業の付加価値額が増減した場合、直接的に当該製造業に波及するだけでなく、これが間接的に他の製造業や非製造業の付加価値額にも増減をもたらす。
生産システムは、（Ａ）製造業において実際に物を造る仕組みであること、（Ｂ）生産システムがバリューチェーンのトータルな最適化を管理する機能を持つことから、製造業の自らの生産活動による国内生産額の増加への貢献は大きいと推定できる。
３‐２．生産システムのこれまでの枠組み
生産システムのこれまでの取り組みを示すため、生産システムの歴史的な変遷経緯について以下にのべる。図表４に生産方式・生産システムの変遷を示す。
［１］生産設備の集中と分散9、10）
生産設備には、加工設備・組立設備・部品の搬送設備など機能的にまとまった設備の単位がある。CIM（Computer Integrated
Manufacturing）はこれら設備の単位を集中管理し、さらに他の工場や経営情報を含めて統合管理するシステムである。これまで、実際に大規模なCIMが開発されてきた。集中管理方式は需要や設備状態などの変化に弱いため、生産システムは分散管理方式へ向かう傾向にある。設備の単位に自律性を持たせ分散管理する考え方は、自律・分散・協調型生産システムと呼ばれる。
［２］品種と生産量に応じた生産9、10）
同じものを多量に製造するのは少品種多量生産と呼ばれ、米国フォード社のフォード生産システムが代表的な方式である。一方、多様なニーズや様々な使い方に応じた製品を製造するために多品種中少量の製品を製造する生産システムはFMS（Flexible
Manufacturing System）が代表例である。近年、生産量や品種数は短期間でダイナミックに変動するため、その変化に応じた生産を可能にする変種変動生産方式の実現が目指されてきた。セル生産システムはその代表例である。
しかし、現在も、集中管理方式あるいは少品種多量生産が有利な製品は数多く存在するので、図表４の生産方式・生産システムは並存している。
３‐３．人と環境に着目した生産システムの考え方
人と環境に着目したシステムとして本稿で述べる「人に合わせた生産システム」・「環境配慮型生産システム」の構成を図表５に示す９～12）。
製造用生産システムは、部品加工・製品の組立をコンピュータで行うためのデータ作成などの生産準備、計画的・効率的に実際に生産ラインを制御するための生産管理・統制の機能を持つ。ライフサイクルシステムは製品の製造コストだけでなく、運用コスト・保全コストなど製品のライフサイクル全体を時間軸で最適化する技術である。サプライチェーンマネージメント（SCM：Supply
Chain Management）は企業間での調達・販売活動に関わる一連の流れを総合的に管理し、物の流れの軸で最適化を行う技術である。関与企業は地理的に分散しているので物の搬送も考える必要がある。時間的広がりと地理的広がりを拡大している生産システムの目標仕様は年々複雑さを増している。
最近の生産システムの研究・開発の方向性をまとめると下記のようになる９～12）。
（ａ）変種変動への対応
（ｂ）人の能力を活かす。人の特性を考える
（ｃ）環境負荷の低減
（ｄ）品質の向上
（ｅ）顧客の多様な要求に応える（短納期・使いやすさ・個人オリジナル）
（ｆ）安全な設備
世界的には、欧州委員会が中心になって2004年にまとめた欧州の「Manufuture2020（欧州製造業2020）への展望」が注目されている。2006年８月にその中核メンバーであったＦ．ジョバネ（Jovane）氏が来日し、Manufuture2020の戦略目標を下記のように説明している13）。
（ａ）持続可能な欧州製造部門の競争力
（ｂ）製造技術面でのリーダシップ
（ｃ）環境にやさしい製品と生産
（ｄ）文化的、倫理的、社会的な価値における欧州のリーダシップ
一方、日本では、経済・経営学の研究者が中心になって、社会経済構造・労使関係・技術経営戦略まで含めた生産システムの研究例がある。また、このような視点からの生産システムを研究対象のひとつとしている21世紀COEプログラム（社会科学領域）としては以下がある14）。
（ａ）「技術・企業・国際競争力の総合研究」 同志社大学
（ｂ）「ものづくり経営研究センター」 東京大学
４‐１．人に合わせた生産システム
前述したように、分野別推進戦略「ものづくり技術分野」の基本的取組方針で「ひとが主役のものづくり現場」が示されている。人への配慮と経済性の追求が両立する生産システムの実現が理想である。これらの両立は一見難しいように思われるが、むしろ人を重視した生産システムの方が従来の生産ラインよりも生産効率が高くなるという結果も出てきている。
［１］人に合わせた生産システムへの期待
生産システムに関わる人は、そこで働く人と作り出される製品の利用者（購入者）の側面がある。人を重視した「人に合わせる」生産システムのあり方を以下に示す。
（Ａ）働く人に対しては、働く人が自分に合わせ制御できる「人に合わせた」生産システムが望まれる。働く人が主体でなく制御できない生産システムとは、例えば、組立対象の製品がベルトコンベアで流れてくる場合であり、作業者は「ベルトコンベアの流れに合わせて」、担当する組立作業を完了させなければならない。
（Ｂ）製品の利用者に対しては、利用者の個々のニーズに合った製品が必要な時点で購入あるいは発注できる「人に合わせた」生産システムが望ましい。これは、単に時間をかけて多品種の製品を揃えるのではなく、発注される製品の種類の分布が短期間に変化しても、その変化に対応した種類（しかも多品種）の製品を出せるような生産システムであり、図表４で示した変種変動生産である。反対のケースは、購入したい時に利用者が使い方・好みに合った製品が購入できない、あるいは選択の余地が少ない少品種生産システム、あるいは多品種ではあるが種類が固定したような生産システムである。
この（Ａ）および（Ｂ）双方を満たし、かつ生産効率・品質の向上との両立を考えた生産システムが、３‐２［２］で示したセル生産システムである（図表６）９、10）。人と経済の両立に対応出来るという意味で、実用レベルに達している他の方式は今のところ提案されていない。実際に、セル生産システムを導入し、セル生産システムの従事者の創意工夫、製品を作り上げる充実感を含めた成果が各企業のwebサイトで公表されている15）。
［２］セル生産システムの構成と効果を上げている理由
セル生産システムが上記（Ａ）（Ｂ）を満たし、生産効率・品質が高い効果を上げている要因と構成とを下記に示す。前記の（Ａ）働く人に合わせた生産システムは、下記の（１）によって実現され、（Ｂ）利用者に合わせた製品を提供できる変種変動生産は、下記の（２）～（４）によって実現されている。
（１）セル生産システムは数人あるいは一人で作業ステーション（これが「セル」と呼ばれる）を構成し、人が組立工程を主導して一つの製品を完成させる生産方式であり、生産量に応じてセル数を決める（図表６）。人が「自分の製品」という意識を持つことで、作業および設備の改善へ向けた創意工夫が行われる。一方、ライン型生産システムでは、作業者は工程に組み込まれた一部となる。
（２）セル生産システムではセルごとの一個流しで生産する。同一品種の製品を組み立てるセル数の増減により生産量の調整ができる。ライン型生産システムは、大ロット単位の生産数のため造りすぎの無駄が生じる（例えば、100個の次は200個の生産量となる。120個の場合も200個流す必要がある）。セル生産システムは、一個単位で生産調整でき、無駄な生産を行わない。また、設置の容易なセルの数を変えることで生産の変動に速やかに対応できる。
（３）図表６に示すようにセル生産システム全体では製品の出口を多く出来るので、A1、A2、…Anのように多品種の製品を生産できる。
（４）セル生産システムは自己完結型であり、特定の人の作業能力は担当セルのみに影響を与えるが他のセルには影響を与えない。ライン型生産システムでは、一人が扱う単一工程の連鎖のため、最も作業効率の低い工程で全体の生産効率が決まる。
（２）～（４）は、一人か数人で製品を組み立てる一個流しを行うセル生産システムの長所であり、これにより変種変動生産が達成され、経済的効率を上げることが出来る。
また、（１）は人の意欲・能力に関係し、多くの工程を一人で担当するため一つの製品を作り上げる実感ができ、自分の製品であるという意識を持ちやすい。その結果、人のやる気・改善提案への意欲を高め、作業方法の創意工夫などにより生産の効率化や品質向上に結びつきやすい。セルの立ち上げ時点では、従来のラインとくらべて生産効率が低くなることもあるが、時間とともに高くなり、かつ品質が向上し、最終的には従来ラインより良くなるという結果が出ている。
［３］セル生産システム基本構成の課題とセル生産システムが持つ仕組みや補助活動
セル生産システムは人が組立工程を主導して一つの製品を完成させる生産方式で、数人あるいは一人が担当する作業ステーションを基本構成としている。しかし、この基本構成ゆえに生じる幾つかの課題があり、課題改善のための仕組みが考案され、あるいは補助活動が行われている。それらを図表７に整理して示す。
［４］セル生産システム適用拡大のための研究例
（１）セル生産システムの無人化研究
図表７で示した、⑤組立工数があまりにも多い製品、重量部品がある製品など、適用が難しい製品に対し、セル生産システムを適用する研究の方向には、（ａ）セル生産システムの人を多機能ロボットに置き換える研究、（ｂ）人とロボットの協調システムを目指す研究がある。これらの研究は、ロボットセル生産システムなどと呼ばれ、人を中心としたセル生産システムの追求というよりも、無人化生産システムによる変種変動生産や生産の安定化を目指している。しかし、現在、作業者が行っている両腕協調作業あるいは製品の変化による組立方式の頻繁な変化などの全てに対応できる実用レベルのロボットが今後５年程度で開発できるとは考えにくい。一方、有害な薬品や高温作業など人に優しくない製造プロセスで、かつ変種変動生産でない場合には、徹底してLCA（ローコストオートメーション）といわれる無人化を目指す研究への要請は大きい。しかし、これらの研究は本来的なセル生産システムが目指す方向と別の方向と考えられる。
（２）人の機能を拡張する装置の研究
最近の大学での研究成果を中心に、セル生産システムの成功要因である人中心の構成を基本にし、人の機能を拡張しようとする装置の研究開発例を以下に示す。現状況で適用が難しい製品というのは、人の機能が不十分であることが主因の場合が多い。したがって、（ａ）人の機能を拡張する装着可能な装備、（ｂ）人の意のままにコントロールできる装置の研究が重要と考えられる。図表８に研究の目指すイメージを示す。
（図表クリックで拡大表示）
人の意のままにコントロールできる装置として例えば、ヘッドマウントディスプレイとコンピュータ支援組立装置の組み合わせで、部品や装置の実像と同じ部品や装置のコンピュータグラフィックス表示図を重畳し、合わせて作業方法・関連データなどを表示させる仕組みが考えられている。わかりやすく、かつ操作ミスを防ぎやすい操作画面を使い、容易に作業者の意のままに装置を制御し装置に作業をさせ、作業者が担当する多くの組立工数への対応を容易にし、作業効率を向上させることが考えられる。
図表８の人の機能を拡張する装着可能な装備例１は、セル生産システムの中核となる熟練者が指先に装着できるセンサーのアイデアである。指先で部品に触ることにより温度などをセンシングできれば作業効率が高くなる。図表８中の有機半導体による電子人工皮膚（手に装着できる多機能センサー）16）の研究は、柔軟に曲がる触覚センサーの集合体の実現を目標にしている。これは人のセンシング機能を拡張する装備のひとつである。例えば、軍手をつけるような容易さで、人の能力を超える各種のセンシングが出来れば効果が大きい。
また、人の機能を拡張する装着可能な装備例２は腕に装着することで、精密位置決めや、パワーなど、人の機能を拡張するというアイデアである。パワーアシストツール17）の研究例はハンドリング力の支援になる。セル生産システムの熟練者の装着により、（１）高精度位置決めなど人より自動機が得意な機能、（２）セル生産システムが向いていないといわれる重い製品の扱いを可能にする機能、を付加することができる。
人に合わせた生産システムの今後の課題は、現在のところセル生産システムを進歩させる研究が最も有望と考えられる。セル生産システム従事者は、ものづくり技能者兼技術者であり、担当するセル生産システムを創意工夫により改善あるいは改善提案を行うことで進化させる可能性がある。セル生産システムは人が全体を制御することで、高い柔軟性を持つところに特徴がある。この結果、人のやる気を高め、かつ、生産効率が高い生産システムとなっている。したがって、人を中心にし、人の機能を拡張する装着可能な装備・人の意のままにコントロールできる装置の研究が重要と考えられる。重量部品を持つ製品などへセル生産システムの適応範囲を拡大させるとともに、製品利用者の多様なニーズなどから今後一層ダイナミックに変化する品種数や生産量に適切に対応できるセル生産システムの研究が望まれる。
４‐２．環境に配慮した生産システム
前述したように、第３期科学技術基本計画では「環境と経済の両立」が政策目標のひとつに取り上げられている。素材や廃棄物処理の研究動向の報告18～20）や環境と経済の両立を目指す生産システムに関するシンポジウムの開催21）など活発な活動が行われている。
［１］環境配慮型の生産システムの構成
図表９に環境に配慮した生産システムの理想的な構成を示す。一般に、製品を作る「順工程」と、運用が終わり回収・分解・検査・仕分けの逆方向に進む「逆工程」の両者を考えることでライフサイクル全体を循環型にすることができる。部品の再利用が望ましいが、逆工程の最後は材料レベルの再利用である。一方、多くの製品は運用段階での定期的な部品交換により性能を維持することができる。部品の余命が予測できれば、無駄な交換を防ぐことが可能となり、その分は、環境への配慮となる。このように状態によって部品交換時期を決める保全は、状態基準保全（CBM：Condition
Based Maintenance）と呼ばれ、必要に応じて部品を交換することにより、「無駄な保全」を少なくできる。図表９に示した、運用‐健全性評価・診断‐保全のサイクルは状態基準保全活動を表している。「健全性評価・診断」では、「使用済み部品から使用年数や使用環境などと劣化状況等のデータとを相互に関連付けたデータベース（余命予測の基礎データベース）」を活用して部品余命を予測し、保全の必要性を判断する。
［２］循環型ライフサイクルの課題
製品の設計においては、順工程における易組立性と逆工程における易分解性という、場合によっては相反する条件のトレードオフを考えることが必要である。順工程の生産システム設計は逆工程も考慮して設計される必要がある。逆工程は部品供給としては不確定要素の大きいルートであり、SCM（Supply
Chain Management）は複雑になる。図表９のように総合的に生産システムを最適化するには、関与する企業が地域的に集積している方が都合よい。順工程の産業集積と合わせて、逆工程も含めた地域としての産業の集積により、順工程企業群と逆工程企業群との相互調整を含めて全体としての最適化を目指しやすい「地域生産システム」を構築することが望ましい。循環型ライフサイクルでは、SCMを含めて企業にまたがる組立と分解工程の双方の最適化技術の研究が必要である。
［３］状態基準保全の課題
状態基準保全の考え方を図表10に示す。図表９における、運用‐健全性評価・診断‐保全のサイクルが状態基準保全活動である。
部品の余命はその状態から理論的に予測することは困難であるが、数多くの使用済み部品から使用年数や使用環境などと劣化状況等のデータとを相互に関連付けたデータベースを作れば、使用中の部品の健全性評価・診断に役立つと考えられる。図表９に示すように、逆工程の「ユニット分解」後の「検査・仕分け」で再生できないと判断された部品を、「使用済み部品から使用年数や使用環境などと劣化状況等のデータとを相互に関連付けたデータベース」作成に活用する。作成されたデータベースを余命予測の基礎データベースとして使う。図表10において、１‐２→１‐３→２‐３→２‐２は状態基準保全による保全活動サイクルを示している。２‐２健全性評価・診断で余命予測の基礎データベースが活用される。部品の健全性評価・診断に関しては、余命の予測精度が高いことが望まれる。この余命の予測精度を高めるためには、逆工程における「検査・仕分け」用の部品状態計測技術の研究、余命予測の基礎データベースのデータモデルの研究、予測アルゴリズムの研究等が必要である。必要な場合のみ部品を交換することで、使用可能な状態の部品を定期的に交換する無駄を削減できる状態基準保全（CBM）技術の研究が必要である。
［４］環境配慮型の生産システム全体の最適化の課題
生産工程のある断面だけで必要資源量と活動量を下げる技術は、他の工程で必要資源量あるいは活動量を増大させる場合がある。逆工程のみを考えた場合、一般に分解は時間と手間を要するので、回収された製品を粉砕しチップ状にし、材料レベルで再生利用する方法が考えられる。この場合、状態基準保全のデータとして使う原型を留めた部品の回収はできない。つまり、分解というサブシステムの合理性を考えるだけの研究では、総合的な環境負荷低減効果は限定される。
順工程と逆工程により、ライフサイクルを循環型にする研究は種々進められている12、21）。国のプロジェクトの結果も活かした、地方自治体の取り組みも行われている。状態基準保全は、製品の運用における故障による運転停止防止、安全の観点からも、定期的保全ではなく部品の劣化状況などから必要に応じて保全を行うことが出来る技術として研究が進められている。そのシステム構成はISOにおいて標準化が検討されている。循環型ライフサイクルと状態基準保全は、別々に研究が進められている。しかし、本稿で述べたように、製品のライフサイクル全体での必要資源総量や活動総量に関して相互に深い関係を持つと考えられる。総合的にライフサイクル全体で必要資源総量や活動総量を最小化する効果を上げることを目指した研究が必要である。
本稿では、人や環境と経済の両立を目指す我が国の進むべき生産システムを例示し、今後、研究開発において、特に注目していくべき点として以下を提示する。
［１］生産システムの部分的・サブシステムレベルでの研究では局所的課題解決となり、大局的には課題間で矛盾を生じる場合がある。生産システムの個別的な重要な課題は分野別推進戦略でも数多く示されているが、個々の目標を確定する上で、システム全体の最適化を考える必要がある。
画期的な生産システムは他産業への波及効果の大きい製造業の付加価値額の増加への貢献が期待できる。特に本稿で述べた人や環境に配慮した生産システムは、社会的価値と経済的価値を生み出す効果が大きい。国内産業全体の底上げを目指す、生産システム全体の視点からの研究開発が望まれる。
［２］人に配慮した生産システムとしては、セル生産システムの人中心の構成を基本にし、（１）製品利用者の多様なニーズなどから今後一層ダイナミックに変化する品種数や生産量に迅速に対応する生産方式、（２）重量部品を持つ製品などへの適応範囲を拡大させる生産方式の実現を目指すことが重要である。セル生産システムを採用することで、人のやる気を高め、作業方法の創意工夫による生産の効率化・品質向上を可能にできる。さらに適用を拡大するためには、
（１）人の機能を拡張する装着可能な装備。
（２）人の意のままにコントロールできる装置。
の研究を中心に進める必要がある。
［３］環境に配慮した生産システムとしては、順工程と逆工程のライフサイクルの循環に、状態基準保全（CBM）で活用する、余命予測のための基礎データベースを持つ構成の実現を目指すことが重要である。部品の再利用による必要資源の低減技術の研究に合わせて、
（１）循環型ライフサイクルでの、SCMを含めた企業にまたがる組立と分解工程の双方の最適化技術の研究。
（２）部品の余命の予測精度を高める研究を中心に、使用可能な状態の部品を定期的に交換する無駄を削減する、部品の余命の予測に基づく状態基準保全技術の研究。
に取り組み、総合的にライフサイクル全体で必要資源総量や活動総量の最小化を目指す生産システムの研究が望まれる。
