プロセス制御とは？製造業における重要性と最新システムを徹底解説

製品品質の安定化:
原材料の状態や製造工程をリアルタイムで監視・制御することで、製品のばらつきを抑え、安定した高品質な製品を製造することができます。

生産性の向上:
設備稼働率の向上、歩留率の向上、生産スケジュールの最適化などにより、生産効率を最大限に高めることができます。

コスト削減:
エネルギー消費量の削減、原材料の使用量削減、メンテナンスコスト削減などにより、生産コストを大幅に削減することができます。

安全性向上:
プロセスを最適化し工程をシンプルにすること、そして危険作業の遠隔操作を可能にすることで、人による作業を減らし従業員の安全と健康を守ることができます。

環境負荷低減:
エネルギー消費量の削減、廃棄物の削減、環境規制への対応などにより、環境負荷を低減し、持続可能な社会の実現に貢献することができます。

高品質な食品の安定供給:
原材料の状態や製造工程をリアルタイムで監視・制御することで、製品の品質ばらつきを抑え、安定した高品質な食品を製造することができます。

消費期限の延長:
製品の状態を適切に管理することで、消費期限を延長し、食品ロスを削減することができます。

トレーサビリティの向上:
製造履歴を詳細に記録することで、原材料の産地や製造過程を追跡し、情報公開や品質管理を徹底することができます。

これらの価値により、食品製造業は、消費者の信頼を獲得し、競争力を強化することができます。

化学メーカー: 脱炭素化に向けた効率的なエネルギー活用と高品質で安定した化学製品の製造
化学メーカーにおいて、プロセス制御の改善は、以下の価値をもたらします。

高品質で安定した化学製品の製造:
精密な温度や圧力制御、反応時間の最適化などにより、高品質で安定した化学製品を製造することができます。

脱炭素化に向けたエネルギー消費量の削減:
製造工程におけるエネルギー消費量を分析し、省エネ対策を実施することで、エネルギーコストを削減することができます。これは環境負荷低減に繋がります。

化学反応を最適化することで、副生成物の発生を抑制し、原材料の使用量を削減し、歩留率を向上させることができます。

危険性の高い化学物質の取り扱いにおいて、自動化や遠隔操作を導入することで、労働災害のリスクを低減することができます。

これらの価値により、化学メーカーは、高品質な化学製品を安定供給し、環境負荷を低減しながら、安全性を向上させることができます。

鉄鋼業: 自動化による人手不足解消と省エネで高品質な鉄鋼製品の製造
鉄鋼業において、プロセス制御の改善は、以下の価値をもたらします。

生産性向上で人手不足に対応:
鉄鋼製造プロセスを最適化することで作業員の手によるタスクを減らし、今後も進展すると考えられる人手不足に対応することが出来ます。

製鋼工程における温度や圧力、酸素量などを精密に制御することで、鉄鋼製品の強度や靭性を向上させ、高品質な鉄鋼製品を製造することができます。

コスト削減:
原材料の使用量を最適化し、エネルギー消費量を削減することで、コスト削減を実現することができます。

環境負荷の低減:
排ガスや廃棄物の発生量を抑制することで、環境負荷を低減することができます。

生産スケジュールの最適化:
需要予測や原材料の在庫状況などを考慮した生産スケジュールの作成・実行を自動化することで、生産効率を最大限に高めることができます。

これらの価値により、鉄鋼業は、高品質な鉄鋼製品を安定供給し、環境負荷を低減しながら、コスト削減と生産効率の向上を実現することができます。

紙・パルプ業界：高品質な紙・パルプ製品の製造と環境負荷低減
紙・パルプ業界において、プロセス制御の改善は、以下の価値をもたらします。

高品質な紙・パルプ製品の製造:
紙パルプ製造工程における温度や圧力、薬品添加量などを精密に制御することで、紙・パルプ製品の強度や白度、平滑度などを向上させ、高品質な製品を製造することができます。

歩留率の向上:
紙パルプ製造工程を最適化することで、原材料の使用量を削減し、歩留率を向上させることができます。

エネルギー消費量の削減:
紙パルプ製造工程におけるエネルギー消費量を分析し、省エネ対策を実施することで、エネルギーコストを削減することができます。

廃棄物・排水量の削減:
薬品の使用量を最適化し、排水処理システムを改善することで、廃棄物や排水量を削減し、環境負荷を低減することができます。

水資源の有効活用:
水の使用量を最適化し、リサイクル水を活用することで、水資源を有効活用することができます。

これらの価値により、紙・パルプ業界は、高品質な紙・パルプ製品を安定供給し、環境負荷を低減しながら、コスト削減と持続可能な社会の実現に貢献することができます。

プロセス制御において、DCS（Distributed Control System）とSCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）＋PLC（Programmable Logic Controller）は、いずれも重要な役割を果たすシステムです。しかし、それぞれの特性と最適な利用シーンは異なります。

計装のように制御・監視を担うケースも増えています。SCADA＋PLCは、水道処理、電力送配、上下水道など、広範囲な監視と制御が必要なシステムに最適です。

-特徴-
広範囲なデータ収集と監視
遠隔操作による制御
柔軟なシステム構成
比較的低コスト
拡張性が高い

DCSとSCADA＋PLCは、プロセス制御において重要な役割を果たすシステムですが、それぞれの特性と最適な利用シーンは異なります。システム導入にあたっては、それぞれのシステムの特徴を理解し、ニーズに合ったシステムを選択することが重要です。

複雑性とコスト:
プロセス制御システムは、様々な機器やソフトウェアで構成される複雑なシステムです。システムの規模や複雑度が増加するにつれて、設計、導入、運用、保守のコストも増加します。特に、大規模なプラントや複雑なプロセス制御においては、システム全体を統合的に管理することが難しく、コスト負担が大きくなります。

柔軟性の欠如:
従来のプロセス制御システム(特にDCS)は、特定の目的に特化して設計されることが多く、柔軟性に欠けるという課題がありました。生産設備やプロセスが変更された場合、システムの改修や更新が必要となり、時間とコストがかかります。変化の激しい現代社会において、こうした柔軟性の欠如は大きな問題となります。

サイバーセキュリティリスク:
特にこれまでのクローズドなネットワークでの使用とは異なり、MESやERPとの連携によってネットワークが広範になるに比例して、セキュリティリスクも増大していきます。システムに侵入され、データ窃取や操作改ざんが行われた場合、生産停止や重大な事故につながる可能性があります。従来のシステムは、セキュリティ対策が十分ではない場合があり、サイバー攻撃に対する脆弱性が指摘されています。

人材不足:
プロセス制御システムを設計、導入、運用、保守するには、高度な専門知識とスキルが必要です。しかし、近年はこうした人材が不足しており、システムの安定稼働に支障をきたす可能性があります。特に、IoTやAIなどの新技術を活用した高度なシステムを導入・運用するには、専門知識を持つ人材の確保が課題となっています。

2025年問題:
経済産業省から発表されている2025年の崖によると、現行システムの老朽化によって起こるセキュリティリスクや対応できる人材の不足によって多大な経済損失が起こると言われています。 この2025年の崖への対応は製造業にとって喫緊の課題となっており、プロセス制御システムにおいても大きな影響を受けることが予想されます。

カーボンニュートラルネットゼロに向けた脱炭素計画:
近年、地球温暖化対策として、カーボンニュートラルやネットゼロ社会の実現に向けた取り組みが加速しています。製造業においても、温室効果ガスの排出量削減が求められています。プロセス制御システムは、エネルギー消費量を監視・制御することで、省エネ効果を発揮することができます。しかし、従来のシステムでは、十分な省エネ効果を達成できない場合があります。