- 発行日 2025年1月23日
- 最終変更日 2025年1月26日
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プロセス製造の最適化
この記事では、プロセス製造業が直面する課題と、それらの課題に対応して生産量を最適化していく為の方法について学びます。

高品質の食品、飲料、衣料、燃料、医薬品を安定的に供給するには、製造プロセスを最適化する必要があります。原料サプライチェーンの管理から、業界の規制要件への対応、主要なパラメータの調整まで、プロセス製造の効率を最適化することは、困難ではあるが達成可能な目標です。この記事では、製造業者が直面する課題と、それを克服するための方法および技術革新について紹介します。
プロセス製造とは?
プロセス製造は、原材料を集め、組み合わせ、一貫した処方に従って製品を作ります。プロセス製造と組立製造の違いは、後者が部品を組み立て、再び分解する能力を保持することです。
多くの製品はプロセス製造から始まります:
- 加工食品
- 飲料
- 塗料
- プラスチック
- 金属
- 繊維
- 石油燃料と潤滑油
これらの消費者向け製品を許容できる品質レベルで繰り返し生産するには、主要なパラメータと原材料を注意深く管理する必要があります。強力なプロセス制御システムでこれらを統合し、調整することは、プロセス製造を最適化するための出発点です。
プロセス製造の課題
プロセス製造の最適化には、ディスクリート製造にはない課題があります。
- 規制:安全上の理由から、プロセス製造製品は、食品安全や危険物取扱基準などの規制を遵守しなければなりません。このため、製品の品質、包装、保管、出荷のベンチマークが設定され、メーカーはこれを満たさなければなりません。複数の国の規制に対応することは、この課題をさらに大きくなります。
- 品質管理:強力な品質管理システムは、規制要件を満たし、原材料の一貫性など他の課題にも適用されます。原材料の品質が低い場合、同じ品質の製品を消費者に提供することは難しい。スケジュールや季節性もこの不確実性に拍車をかけます。 厳密なサンプリングと検査システムは、製品品質の一貫性を確保するのを可能にします。
- トレーサビリティ: 製品の欠陥がリコールされた場合、品質管理もその役割を果たします。どのロットがどのような材料を受け取り、どこで販売されたかを追跡することは、このような問題を軽減するために不可欠です。そのため、強力なトレーサビリティを確立し、維持することが必要です。
- 腐敗性: 多くの原材料は、それらが製造される製品と同様、保存期間が限られています。そのため、品質の悪い製品や劣化した製品の納入を防ぎ、賞味期限切れの在庫によるビジネスの損失を避けるために、原材料を慎重に管理する必要があります。
- 材料廃棄: 腐敗により、材料の廃棄ロスは、プロセス製造とディスクリート製造では、大きな問題となっています。混合、分離、成型、包装時の廃棄物を最小限に抑えることも重要です。さらに、材料廃棄物の残留は、悪臭、機器の性能低下、健康問題につながる可能性があるため、プロセス製造では頻繁なクリーニングが必要となっています。

最適化プロセス製造のメリット
プロセス製造を最適化するために、さまざまな課題を克服することは、同様にさまざまなビジネス上のメリットを引き出します:
- リスクの低減:プロセス管理システムにより、リスクを特定し、軽減または排除することができます。
- コストの削減: プロセス製造効率の向上は、エネルギーコストの削減、材料の無駄の削減、保管要件の削減になります。
- 一貫性の向上: 原材料の厳格な品質管理チェックと最適化された製造工程制御により、顧客に一貫した高品質の製品を保証することができます。
- 納期の短縮:プロセス製造のステップ、インプット、アウトプットを評価することで、最適でない、または付加価値のないオペレーションを特定できます。そのような部分を取り除くことで、リードタイムを短縮し、競争力を向上させることができます。
- コンプライアンスの向上: プロセス製造の最適化は、常に業界の規制を念頭に置く必要があります。これらの規制を中心にプロセス管理システムを構築することで、事業の運営、評判、顧客満足度を維持することができます。
- 知識の獲得: 主要なプロセスパラメータと、ニーズに合わせた制御方法を学ぶことで、ビジネスに影響を与える要因や、問題が発生した場合の対処方法をより深く理解できるようになります。
プロセス効率向上の方法
原材料管理
ディスクリート製造が直面する資材管理の課題(サプライヤーとの 関係、在庫管理、サプライチェーン、生産計画など)に加え、プロセス 製造では、賞味期限、材料グレード、製造管理、コンプライア ンスなどの問題も考慮しなければなりません。
オーダーや生産ロットの賞味期限を管理するには、FIFO(先入れ先出し)のような、最も古い在庫を優先的に使用するシステムを検討します。一方、FEFO(最初の有効期限先出)は、賞味期限に最も近い在庫を使用します。
プロセス製造における資材管理は、通常、入庫品をサンプリングし、品質レベルを確認する必要があります。これらは、色、脂肪、有効成分の含有量などであり、一回の製造で使用される原料の量に影響することがあります。
プロセス製造業者は、製造ロット管理を可能にし、ロットの原材料を遡ってトレーサビリティを維持するために、どの原材料にロット管理が必要かを考慮しなければなりません。
プロセス管理
重要なプロセスパラメータを特定し、プロセス制御システムに統合することで、プロセス製造の効率を向上させます。これらのパラメータには、以下のようなものがあります:
- 温度
- 圧力
- 流量
- 成分量
- 混合時間
- pHレベル
これらのパラメータを、設定した理想的なレベルに制御するために、計装と自動化を備えたプロセス制御システムを設定する。監視制御・データ収集(SCADA)システムは、収集されたデータを管理し、オペレーターがリアルタイムで分析できるようにします。
望ましい品質を達成するために、プロセス制御を微調整する必要もあります。ラボ情報管理システム(LIMS)は、サンプルの追跡、試験の計画、結果の記録を支援し、最適なパラメータを決定できるようにします。
製造管理
製造管理は、ロット管理とも呼ばれ、材料の生産と配送を追跡するための品質管理シス テムです。製造管理システムは、製造された原料の各ロットについて、工程パラメータ(温度や調理時間など)、原料の量、原料のトレーサビリティ情報(各管理システムから)、完成品の受領者を記録します。これにより、リコールが発生した場合のトレーサビリティが可能になり、確立された品質保証手順を使用したことが証明されます。
製造管理機能搭載のERPシステムは、ロット識別コードの下に使用したパラメータを自動的に記録することで、上記機能を最適化します。このようなシステムは、異なるロットやブランドの新製品の品質工程管理を保証するために、簡単に拡張・適応させることができます。
プロアクティブメンテナンス
機械が重要なパラメータを確実に満たすために は、問題が発生したときに修理する事後保全に頼るのではなく、事前予防保全計画を作成する必要があります。
プロアクティブメンテナンスには、いくつかの内容があります:
- 予防保全: 稼働時間や暦月などに基づいて定期的に点検を実施します。
- 予知保全: コンディションモニタリング(状態監視)により、機器の問題を検出し、悪化する前に対処します。
- 精密メンテナンス:機械の清掃、操作、監視、メンテナンスができるよう全作業員を訓練し、確立された手順に従ってすべての作業を一貫して実施し、事業にとっての機械の重要性に基づいて保守の実施を選択します。
製造実行システム(MES)やコンピュータ保全管理システム(CMMS)のようなツールを使用することで、設備の監視と保全スケジュールを調整できます。
定期的な清掃は、プロセス製造のメンテナンスに大きく影響します。多くの原材料は、機械に残留物を残し、悪臭、健康リスク、腐食、機械の詰まり、性能低下など、様々な問題を引き起こします。資産の定期的な洗浄停止時間を予定し、自動洗浄や超音波洗浄などの方法を検討します。
データ分析
工程管理システムが主要な工程パラメータのデータを収集し続けるにつれて、工程の製造効率を改善するシステムの有効性を継続的に評価する必要があります。使用原材料、消費エネルギー、リードタイム、顧客からのクレーム、リコールなどの観点から、実施した対策を評価し、システムの改善状況を確認します。
統計的工程管理(SPC)は、これを支援するものである。 統計的工程管理は、製造パラメータデータに統計的分析ツールを適用し、最良または最悪の品質の製品を生産する条件を推測します。これには、確立された限界内でデータをサンプリング、グループ化、プロットし、異常なデータを調査することが含まれます。
プロセス製造におけるイノベーション
競争力を維持するため、製造業者はプロセス製造効率を最大化するインダストリー4.0の革新が検討されています。これには以下が含まれます:
- デジタルツイン: 工場のIIoT対応デバイスからデータを収集し、そのオペレーションをデジタルで再現することで、非効率や新たな問題を特定します。 また、システムが初期段階のコンセプト製品をどのように扱うかを予測することで、アイデアを改良し、より早く市場に投入することができます。
- 自動化:主要なプロセスパラメータを自動制御することで、 材料の無駄が減り、より効率的なエネルギー使用が可能になります。 自動化技術は、ロット間の機械の再構成も支援できます。
- AI:人工知能は、製品の品質管理をより迅速かつ効果的に処理できるため、品質を犠牲にすることなく、より迅速な生産が可能になります。
- ブロックチェーントレーサビリティ: ブロックチェーン技術は、製品の原産地、製造日、成分のトレーサビリティなどを継続的にデジタル記録できるため、プロセス製造のトレーサビリティニーズに適しています。これにより、製品が期待される基準に従って製造されたことを迅速に証明できます。