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プロセス産業のスマート工場化とプロセスオートメーション

プロセス産業を取り巻く環境はグローバル化企業間競争の激化、技術革新、環境問題への関心の高まりなど大きく変化しています。 例えば計測・制御は単純な監視制御だけではなく、トラブルへの迅速な対応や安全・安定操業に加え、カーボンニュートラル・省エネなど地球環境への配慮、 最新テクノロジーの活用による生産性向上や工場全体のスマート化などさまざまな機能・役割を求められます。

これら課題を解決するために化学、石油・ガスパイプライン、紙・パルプや清掃工場などのさまざまなプラント・工場向けにさまざまなソリューションが提供されています。

プロセス産業とは

プロセス産業は原料に熱や圧力などを加え、他産業の加工素材となる製品を製造します。例えば牛乳からチーズをつくる、石油からナフサ、ナフサから基礎化学品をつくる、鉄鉱石から鉄をつくるなどがあります。

プロセス産業は製造工程で化学反応を利用するため、プロセスオートメーションでは生産設備からえられるデータだけでなく、計測器等を用いてアナログデータ(温度・圧力・流量など)を監視し、適切に制御していくことが重要になります。

プロセス産業の例としては品製造業の他、石油・化学業界、鉄鋼業界、セメント・ガラス、製紙・パルプ、清掃工場などがあります。

さまざまなプロセス産業

食品製造業
食品プラント・工場の特徴の一つは労働集約型の産業で、他の産業と比較して人の作業が必要となる製造工程が多く存在します。

他のプラントと異なる点は、原料が生ものであり季節の影響を受けることや、原材料の長期保存がしにくいこと、異物混入対策・消費期限の管理、原料の調達から出荷までいわゆる食品の安全性を確保する必要があるという特徴があります。
化学工業

化学プラントはさまざまな装置が利用されており、生産プロセスも複雑で、製品も原料品、中間財、最終製品など多岐にわたります。化学工業は装置産業といわれ、自動化・機械化が進めやすく、生産設備・装置の大型化によりスケールメリットを得やすいという特徴があります。

化学プラントでは安全・安定運転、高効率稼働が求められ、いかに製品品質を向上させるかが重要視されます。

鋳造工場

鋳造工場とは、金属や合金を溶かし、鋳型に注入して製品を作り出す工場です。金属を溶かした後、溶融金属を鋳型に流し込んで冷却固化させることで製品を形成します。

鋳造工場ではバッチ処理や高度なプロセス制御が行われており、また溶解炉や冷却装置などの設備に多くのエネルギーを消費します。このため、エネルギー利用の効率化・設備稼働の最適化は重要な経営課題となります。

鉄鋼業

製鉄所は広大な敷地に加え, 多様な設備で構成され, 原材料の加熱・冷却を伴う工程で大量の水やエネルギーを必要とするという特徴があります。

鉄鋼プラントでは24時間連続稼働を行う必要があり、安定稼働の仕組みの構築、製造設備の保全・保守効率が求められます。

紙・パルプ

紙・パルププラントは装置産業であり、24時間連続操業が基本となる産業です。製造技術が確立している一方で、設備要素も多いという特徴があります。このため、自動化・機械化と、いかに安定操業させるか生産性向上に必要とされます。

原料が木材であるため種類・樹齢や伐採時期により特性がことなり、製造工程は複雑で、時間もかかり、品櫃管理が難しいという特徴があります。

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プロセスオートメーション(PA:Process Automation)とは

プロセスオートメーション(PA:Process Automation)とは素材産業・プロセス産業の製造工程・生産ラインや工場の制御・自動化のことを指します。

また、プラント・工場などで、人が行っていた作業をロボットや機械などに置きかえ、無人化・自動化を実現する技術・自動化形態を、産業用オートメーション、オートメーション技術と呼ぶことがあります。

プロセスオートメーションの主な目的はプラント・工場の生産性向上にあります。ロボット化・機械化を進めることで、労働人口減少・人材不足の解消、ヒューマンエラーの最小化、プラントの自動制御システムによる24時間稼働、作業員の安全性確保などが可能になります。

食品製造業、化学工業や石油精製などの装置工業において、製造プロセスの各主要点で温度・圧力・流量・液位・組成・濃度・混合比率などを自動制御することによる生産工程の連続自動化などに活用されています。

主な制御機器としては分散制御システム(DCS:Distributed Control System)、プログラマブルロジックコントローラ (PLC:Programmable Logic Controller)やSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)などがあります。
プロセス産業向けソリューションのご案内

食品工場ソリューション

食品工場の故障予知・予知保全
食品工場の故障予知・予知保全

PLCデータを収集、エッジ端末で統計解析を可能にします。これにより製造現場で素早く、簡単に異常検知・不良原因解析・故障解析ができるようになります。

既存設備に簡単に導入でき、AI・機械学習の利用のためのインフラ構築も不要。PLCデータの他、振動センサからもデータを取得可能で、製造設備の予知保全・故障予兆検知を実現します。
食品工場の製造品質改善
食品工場の製造品質改善

製造品質改善や設備の異常検知などの実績が豊富なアナリティクス・AI(解析・最適化技術)です。

製造実績データの解析により、異常要因検出、品質因果抽出に利用する製造・品質管理部門や、既製品の製造実績データを用いた品質シミュレーションにより試作効率向上を必要とする設計・生産技術部門などの利用されています。

食品工場の生産設備の故障予知
食品工場の生産設備の故障予知
回転機故障予兆監視システムは、突発的な回転機や生産設備の故障を未然に防ぎ、生産ラインが止まってしまうことによる機会損失を低減します。

回転機、ファン、ポンプ、発電設備、プレスなどの機械設備の機械振動やベアリング振動、温度を自動的に記録し、傾向を管理することができるため、異常予兆を早期発見することができます。
食品工場の遠隔支援・技術継承
食品工場の遠隔支援・技術継承

遠隔作業支援システムは 産業用スマートグラスを活用し、遠地にある工場現場の状況をリアルタイムで把握し、作業指示や支援を行うこと可能にします。

熟練者が遠隔地から人材育成や作業指示ができるようになり、作業者はスマートグラスを経由して支持を受けられるようになるため、これまでの働き方を変えるとともに移動時間や拘束時間の短縮を可能にします。

食品工場の蒸気の見える化
食品工場の蒸気の見える化

クランプオン式蒸気用超音波流量計を導入することで、蒸気の熱エネルギーの測定が簡単になり、見える化、エネルギーマネジメントによる省エネ対策を可能にします。

さらに、エネルギーマネージメントシステムを構築することで化学プラント・工場全体のエネルギー利用の最適化ができるようになり、さらなる省エネ対策やカーボンニュートラルへの取り組みを可能にします。

食品工場の遠隔支援・技術継承
熱利用・熱効率改善を支援

食品工場では蒸気を利用する設備が多数あり、熱効率を改善したり、省エネルギー化を進めることは、食品工場のエネルギーコストの削減やCO2排出量の削減を可能にします。

このためには蒸気使用量や排熱量などの熱収支を定量的に把握する必要があります。

熱収支分析システムは飽和水蒸気利用設備の熱収支を自動で見える化、異常データの判定や、熱効率を改善するための要因分析などを可能にし、食品工場の省エネ対策の推進、CO2排出量の削減などを可能にします。

食品工場の遠隔支援・技術継承
排熱回収で工場の省エネを支援

食品工場の生産工程設備では多くの熱を利用し排出しています。

蒸気発生ヒートポンプはこうした設備で排出された熱を回収・再加温し、排熱の再利用を可能にします。工場で排出される排温水(60~80℃)などから熱を回収し、飽和蒸気(100~120℃)を供給します。

遠隔監視・操作に対応しており、ヒートポンプとエネルギーマネージメントシステムを組み合わせることで食品工場全体の省エネ、エネルギー利用の最適化を可能にします。

食品工場の遠隔支援・技術継承
エネルギーマネジメントシステムで実現する省エネ・見える化

EMSを利用することで、工場や設備のエネルギー消費量の把握が容易になり、省エネ効果の定量化や無駄なエネルギーロス削減を可能にします。

食品分野向けEMSソリューションでは、 EMS(エネルギーマネジメントシステム)で電気と熱の見える化・分かる化で工場のエネルギーマネジメント・省エネを実現。自社工場のスマート化の実現にて培ったノウハウをもとに、EMSとMES連携ソリューションや、 現場データの活用するためのEMSなどをご提案いたします。

設備管理支援システム
設備管理のデジタル化で設備保全・メンテナンス業務を効率化

食品工場の設備管理では、計画的な保全の実施や、故障時の迅速な対応が求められます。一方で、設備管理業務は多岐にわたるため、人手不足や情報の共有不足などの課題があります。設備管理支援システムは、これらの課題を解決します。

設備管理支援システム「Maintenance Station」は、設備台帳や保全実績などの管理を効率化し、メンテナンスコストを削減。紙ベースの設備管理から、デジタル化を実現、設備管理データの共有や、設備管理業務や作業の効率化・迅速化を可能にします。

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化学業界向けソリューション

化学工場のスマート保安
化学工場のスマート保安

「まるごとスマート保安サービス」はIoT・AI技術を活用したO&M(オペレーション&メンテナンス)サービスです。IoT・AI技術を活用し、保全計画の立案から設備の監視、保全管理策の提案まで、設備保全の最適化を支援します。

属人化した保安業務を見直し、IoT、AI技術やタブレットなどのデジタル機器を活用することで人材不足の解消、化学プラント設備の安定稼働と保全費低減を可能にします。

化学工場の蒸気の可視化
化学工場の蒸気の可視化

クランプオン式蒸気用超音波流量計を導入することで、蒸気の熱エネルギーの測定が簡単になり、見える化、エネルギーマネジメントによる省エネ対策を可能にします。

さらに、エネルギーマネージメントシステムを構築することで化学プラント・工場全体のエネルギー利用の最適化ができるようになり、さらなる省エネ対策やカーボンニュートラルへの取り組みを可能にします。

化学工場の遠隔作業支援システム
化学工場の遠隔作業支援システム
回転機故障予兆監視システムは、突発的な回転機や生産設備の故障を未然に防ぎ、生産ラインが止まってしまうことによる機会損失を低減します。

回転機、ファン、ポンプ、発電設備、プレスなどの機械設備の機械振動やベアリング振動、温度を自動的に記録し、傾向を管理することができるため、異常予兆を早期発見することができます。


化学工場のモータの予知保全
化学工場のモータの予防保全

回転機故障予兆監視システムは化学工場の保全業務のスマート化を実現します。

モータ・ポンプ・ファン等を、IoT・振動センサーと統計解析技術を活用し標準化。遠隔監視を可能にし、予知保全、メンテナンスコスト・保全コストを低減します。

IoTやセンサー技術などを活用し、生産性を向上させることで、現状の体制で保安・保全力を向上させることが可能になります。

エネルギー管理・分析ツール
製造データを統合し、高度なエネルギー分析・エネルギー管理を実現

MainGATE/PPA for EMS (エネルギーマネジメントシステム)は、製造管理・実績分析パッケージをベースとしたエネルギー管理・分析ツールです。

エネルギー計測データだけでなく、生産設備の稼働情報や製品出荷量などの製造データを統合。熱源、空調、照明など、様々な設備のエネルギー使用量を分析し、最適なエネルギー管理を実現します。

エネルギー計測技術と、アナリティクス・AIやIoTを活用し、エネルギーデータを詳細に分析することで、高度なエネルギーマネジメントを可能にします。

設備保全管理システム
プラント設備管理のデジタル化で設備保全、保守・点検業務を効率化

設備管理システム「Maintenance Station」 は産業分野の設備保全管理を支援してきた豊富な実績を基に、必要な機能だけをシンプルに構成した設備保全管理システム(CMMS)です。設備保全管理のデジタル化により、設備管理データの共有や、設備管理業務の効率化、メンテナンスコスト削減を実現します。

設備保全管理に関する点検履歴、修理記録、部品在庫などの一元化、過去のデータを基にした最適な保全計画の策定を可能になり、設備保全管理のコスト削減、作業効率向上、安全性の確保など、様々なメリットが期待できます。

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鋳造工場ソリューション

化学工場のスマート保安
電気炉の省エネ化を実現する高周波誘導炉

鋳造工場の省エネ化やカーボンニュートラルを推進する場合、工業炉の燃料転換や、高効率な電気炉/誘導炉への切り替える方法があります。これによりエネルギー原単位の改善、CO2排出量の削減/環境負荷の低減が期待できるためです。

富士電機の省エネ・電源技術を集結させた高周波誘導炉 F-MELT100G。高効率で省エネルギーかつ安全・安心な操業を実現し、お客様の電気炉の省エネ化、工業炉のカーボンニュートラル化推進に貢献します。

化学工場の蒸気の可視化
工場・電気炉の排ガス測定/排ガス分析装置

排ガスの測定・分析することで、測定・分析データに基づいた適切な対策、環境への影響の評価と改善、製造プロセスの最適化、法的な規制順守が可能になり、企業の持続可能性、企業ブランドのイメージ向上や信頼性の向上にもつながります。

富士電機の排ガス分析装置は長期安定性に優れた赤外線ガス分析計を搭載、NOx、CO2、HCL、ばいじんなど環境監視に必要な最大7成分のガス濃度を同時に測定できます。工場、電気炉などの排ガス測定に最適です。

化学工場の遠隔作業支援システム
超音波流量計/流量センサ(液体用)

流量計/流量センサは、鋳造工場の設備の保全、異常検知や省エネ対策に役立ちます。例えば、流量・流速のモニタリング、データに基づく給排水の利用制限、ポンプの稼働台数の最適化による省エネなどに利用できます。

この流量計/流量センサはクランプオン式の超音波流量計です。配管外側へ簡単に取り付け可能で、非接触で測定できます。 変換器は設置形(壁/パイプ取付)とハンディタイプ可能なポータブル形をラインナップ。鋳造工場の冷却水・温水・純水や油などの流量測定に最適です。
化学工場のモータの予知保全
生産設備のデータ解析/異常検知を支援

鋳造工場で生産設備の稼働状況を見える化・稼働データを活用することは、生産性向上や品質管理改善、故障予知や保全コスト削減などのメリットがあります。

現場型診断型装置 SignAiEdgeはPLCのロギングデータや振動データを活用しバッチプロセス装置のデータ解析を可能にします。 既存PLCに接続するだけで導入することができ、高度な専門知識を必要としません。これにより鋳造工場現場の生産設備の稼働率改善やメンテナンスの効率化を可能にします。

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製造業・工場のIoT活用・DXの導入事例・適用事例集

富士電機ではこれまでセンサ技術、 DCS (分散制御システム、Distributed Control System)、 PLC (Programmable Logic Controller)などをベースに、現場での製造活動を支える安全で安定した情報制御システムを数多く提供してきました。 各分野で培ってきたこれらのエンジニアリング・サービス、最適制御技術、IoTを組み合わせ製造業の生産性向上に役立つシステム&ソリューションをご提案します。
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DCS・PLCのエンジニアリング支援ツール活用による製造工程制御のエンジニアリング効率化事例
AI・機械学習導入に向けたデータ統合基盤の構築
ディーゼルエンジンの冷却水から熱回収。排熱利用で蒸気発生にかかるエネルギーコストを約55%削減、CO2排出量を約40%削減。
蒸気と熱収支分析で廃温水の排熱回収利用できることが判明。エネルギー効率向上と設備最適化が可能に。
蒸気流量の測定で、エネルギーを見える化。ムダな蒸気消費が分かり、稼働条件の見直しでボイラ設備の省エネ対策が可能に。
ノイズ除去でベアリングの振動診断を実現、試算効果は年間3千万円~7千万円。
巡視点検業務にIoTカメラを適用、メータ読みをAI画像認識によるデータ化で、保全業務を省力化。トレンド監視・傾向管理を実現。
工場の設備稼働状態を遠隔監視、点検作業のデジタル化で業務を効率化。作業実績や傾向管理でのデータ高度利活用を実現。
工場現場のトラブル対応を遠隔作業支援で実施、平均復旧時間を約1/5に短縮。
PCSの重耐塩対応で腐食や劣化に対する耐久性を向上。直接海水がかからなければ、湾岸・海岸から300m以内でも設置可能に。
工業炉のカーボンニュートラル化に貢献。キュポラから電気炉へ、熱源転換・CO2排出量削減事例
溶解炉のバッチを大容量化、大電力のIGBT電源を導入し、生産効率を大幅に向上。
IGBT電源を追加導入し既存メーカーの炉設備を更新せずに、生産効率を向上。部品廃型による生産停止リスクを回避。
操炉監視システムで約35km離れた新工場の操業を見える化。保全部門は機動的に両工場の保守作業を行うことが可能に。

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製造業・工場の動向・トレンド調査一覧(最新)

プロセス産業分野における問題・課題への取り組み状況、テクノロジーの利用動向などを独自に調査し無料で公開しています。
過去に実施した製造業・工場の動向・トレンド調査一覧
化学工業のカーボンニュートラルに関する意識調査[2022年調査]
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