産業ロボット市場で求められる「ロボットインテグレータ」、産学連携した人材育成が急務――立命館大学プレスセミナー

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立命館大学理工学部 川村貞夫教授(右)と三菱電機株式会社FAシステム事業本部主席技監 小平紀生氏(左)

立命館大学は2018年9月18日、「日本の人口減少・労働力低下を救うのは『システム構築技術』ロボットシステムインテグレータ育成が緊急課題」と題するプレスセミナーを開催した。

近年製造業界では、労働力の低下や生産性向上などを背景に、産業ロボットによる自動化ニーズが世界的に高まってきている。かつては世界一を誇った日本の産業ロボット業界だが、欧米や新興国の急伸によって、その国際競争力は低下してきている。

今回のセミナーは、こうしたロボット産業を取り巻く世界情勢や、特に日本の人材育成における課題や展望について、学術界・産業界の両面から紹介するものだ。スピーカーは、立命館大学理工学部教授/元日本ロボット学会会長 川村貞夫氏と、FA・ロボットシステムインテグレータ協会・参与/元日本ロボット学会会長 三菱電機株式会社FAシステム事業本部主席技監 小平紀生氏の両氏だ。

1.「学から見たロボットSI(System Integration)研究の課題と実例」

まず、立命館大学理工学部 川村貞夫教授は「学から見たロボットSI(System Integration)研究の課題と実例」と題し、学術界におけるロボット研究の課題を説明した。

技術と科学は技術が高度に進歩するためには、科学の高度化も的な裏付けが不可欠

川村教授は、まず産業界で利用されている技術と学術界で研究されている科学の関係を整理している。ここでいう科学の高度化は、技術の理論化、普遍化と言い換えられる。このように技術と科学は、双方補い合いつつ、図中①⇒③⇒④、①⇒②⇒④、あるいはその組み合わせという形で技術と科学の両面で発展していくとした。

次に、システムインテグレーション、特に工場自動化を目的とした生産設備へのロボット導入に必要となる「ロボットSI」について触れている。特にセンサ/コンピュータ/アクチュエータなどが統合された高機能・高性能な次世代ロボット開発のためには、システムインテグレーションを研究者の側から考える必要があるとしている。

次世代ロボット開発には、システムインテグレーションの科学的な裏付けが必要

そして川村教授はロボットSIの科学について、図中②にある優れた産業用ロボット技術の科学的説明の課題を指摘する。現状では科学的な裏付けがないため、何が優れているのかという客観的な尺度もなく、産業界全体として高度化に向かうための足かせにもなっているという。

ロボットやカメラ、ワークは異なる座標系にあるため、目標性能の達成にはキャリブレーションという補正作業が必要だ。

そして、ロボットのシステムSIについて、カメラとロボットのキャリブレーションを例として取り上げ、説明を加えている。生産ラインに導入される産業ロボットでは、複数のカメラ、ロボット、台座などから構成されている。これらは異なる「定規」を持っており、これらをきちんと揃えるためには、複雑なキャリブレーション作業が必要となる。その上、このキャリブレーションによって座標軸を揃える作業は、現実的には完璧に実施することが難しく、単体で0.03mm程度の繰り返し精度を実現している6自由度ロボットでも、カメラと組み合わせたシステムではキャリブレーションを十分に実施したとしても、その手先精度は0.5mm~1mm程度だという。

座標変換、キャリブレーションを不要とする制御。運動の収束性も証明されている

川村教授のロボットSIに対する科学的証明の一例が、従来の産業ロボットが必要としていた複雑なキャリブレーションによる座標変換とそれに起因する精度の低下をなくした、新たなロボット制御法「ALGoZa」だ。この手法によれば、従来のキャリブレーションのように、座標系を要素分解した後に逆過程でシステム統合した結果生じる誤差がない。ヒトの視覚フィードバック制御を参考とし、科学的な考察に基づいたアルゴリズムの提案であり、ロボットSIを科学的に証明することで、より高度な技術を実現した例と言えるだろう。

最後に川村教授は、今回の内容を以下の4点にまとめている:
・ロボティクスには、SIの科学と技術の両面が必要
・産業界はSI技術の高度化に、学術界はSI科学の高度化に努力すべき
・SIの科学と技術の高度化のため、産学連携が重要
・SIに関わる人材育成、大学/大学院での教育実施と、社会的な認知度の向上

2.「産から見たロボットシステムインテグレータの現状と課題」

続いてセミナーの後半では、三菱電機株式会社FAシステム事業本部主席技監 小平紀生氏が、「産から見たロボットシステムインテグレータの現状と課題」と題し、産業界におけるロボットインテグレータに関する課題を説明した。

全世界のロボット市場の需要拡大に伴い、輸出向け出荷台数は大幅に伸びる一方、国内向け出荷台数はほぼ横ばい。

始めに小平氏は、世界的な製造業用ロボット市場が急拡大していること、需要拡大に伴い日本製ロボットの輸出額も2014年以降は毎年過去最高出荷台数を更新するなど右肩上がりであること、一方で国内向けの出荷台数がほぼ横ばいで推移しており、急激な輸出依存化と国際競争の激化に晒されていることを説明した。

激化する国際競争の中で、日本のロボット技術が生き残りをかけるべき領域は、「ロボットシステム」「生産システム」だという

そして小平氏は、日本のロボット産業が激化する国際競争を生き残るための課題として、以下の4点を挙げている:
1. 新興工業国とのロボット産業競争力の確保と維持
2. 国際市場に展開する事業体制の構築
3. 国内製造業振興のための産業構造の再構築
4. 国際競争力の維持と国際指導力の同時発揮

そしてロボット産業の競争力を維持できる領域として「ロボットシステム」と「生産システム」があるとし、特にロボットSIer(システムインテグレータ)の重要性を強調する。

ロボットSIer(ロボットシステムインテグレータ)の重要性

産業ロボットは、あくまで半完結製品であり、そのシステムインテグレーションの市場規模はロボット市場よりも、はるかに大きい

産業ロボットの生産設備への導入に際しては、例え安価なロボットをセレクトしたとしても、センサーやコンベア、治具などと組み合わせ、組み立て精度などを校正すると、設備全体の価格はロボット単価の数十倍にもなるという。

そして、これを業務として行うロボットSIerには、生産設備を運用するエンドユーザーへのコンサルティング能力から機械設備の保守能力まで、広範な領域での課題解決能力が求められている。

システムエンジニアリングでは、要求仕様に基づき顧客ごとの事情を勘案し、業界標準や法規制を順守したシステムの設計検討を行い、達成目標を実現する幅広い知識と経験が求められている

小平氏は、ロボットSIerが生産システムを設計して構築する際の達成目標として、次の3点を挙げている:
・競争力の根源となる自動化の実現
・設備の安全・安心・安定の信頼性確保
・コストパフォーマンスの最大化

加えてSIerにとって重要なポイントとして、エンドユーザーごとの個別の状況、例えば生産工場の成り立ちや設備投資規模などを考慮すること。すなわち設計変更や工程変更、部品供給方法など、最適な自動化を実現するためのベストソリューションを提案し、エンドユーザーと仕様設計の合意形成ができる人材の必要性を指摘している。

これを業界全体としてサポートするため、「FA&ロボットシステムインテグレータ協会」が2018年7月13日、システムインテグレータ120社余りをメンバーとして設立されている。同協会は、生産システムのシステムインテグレーション企業のマッチング/体質強化/ビジネス強化の3つを目的とし、製造業の自動化のさらなる高度化を促進することを狙いとしている。

最後に小平氏は、日本のロボット産業の国際競争力強化のため以下の3点が求められているとして、セミナーを締めくくった。

・システムインテグレータの質的変化(コンサルティング能力を備えた生産設備のプロ)
・体系的な産業区分としての強化(経験則ではない、学による理論化・体系化)
・他のシステムインテグレータとの協業体制の構築(個社では無理な高度な自動化の実現)

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