FA / CIM『CAD、FMSなど、アルファベット3文字の略語が次々と出てきて混乱しがちな「生産情報システム」』

アルファベットの森を「点・線・面」で歩く

CAD、CAM、CAE、NC、MC、FMC、FMS、FA、CIM。アルファベット3文字の略語が次から次へと出てきて、どれが何で、どうつながっているのか分からなくなる。生産情報システムは、そんな混乱のもとになりやすい分野です。動画はこの森を、製品の設計図という点が、現場の生産という線になり、さらに企業全体の面へ広がっていく流れとして整理します。

ここで出てくるたとえがレゴブロックです。個々のシステムを単独で覚えようとすると大変ですが、小さなものから大きなものへ順番に組み上がっていく1つの物語として見れば、それぞれの役割がすっと入ってきます。動画の流れは、次の5つです。

• 設計の点：CAD・CAM・CAE
• 生産現場の線：NC → CNC → MC → FMC → FMS
• 工場・企業全体の面：FA・CIM
• 設備の選び方：品種と生産量の組み合わせ
• 開発の進め方：CE（コンカレントエンジニアリング）とPDM

なお動画は、後半でMCという点、FMCという線、FMSという面、という別の「点・線・面」も使います。たとえが2通りあるので混ざりやすいところですが、略語を順番に並べて覚えれば大丈夫です。

設計の「点」：CAD・CAM・CAE

物語は、製品開発の心臓部から始まります。まずCADは、コンピュータで設計するシステムです。いまや当たり前になった3Dモデルも、これでつくります。ただ、完璧な3Dモデルも、そのままではコンピュータの中の絵にすぎません。

そこで登場するのがCAMです。「ここをこの角度で2mm削れ」といった具体的な指示に翻訳して、現実の工作機械が理解できる言葉にします。設計者の頭の中のイメージを機械に伝える、いわば通訳者です。

もうひとつのCAEは、デジタルの実験室です。CADでつくった部品のデータを持ち込み、「大きな力がかかったらどうなるか」「10年使ったらどこが壊れそうか」といったシミュレーションを、実物をつくる前に行います。昔は、図面を引き、職人が試作品をつくり、ハンマーでたたいて壊してはやり直す、という作業に何か月もかかりました。いまはその「つくって壊す」が、ほぼデジタル空間で完結します。時間とコストが減るだけでなく、リスクを恐れずに大胆な設計へ挑戦できる。動画はこれを、ものづくりの哲学そのものを変えたと表現します。

メリットは開発現場だけではありません。3DのCADデータをお客さんに見せれば、まだ形のない製品でもリアルに提案できます。

（補足：動画にない話です。CAEは、強度や衝撃などを数値で解析するための道具で、有限要素法という手法がよく使われます。あとで出てくるCE（コンカレントエンジニアリング）と略称が似ているので、混同に注意してください。）

生産現場の「線」：NCからMCへ

設計という点が固まったら、いよいよ生産現場の話です。基本になるのがNC加工機で、NCはニューメリカルコントロール、つまり数値制御のことです。昔は紙テープで機械を制御していた時代からの言葉です。そこにコンピュータが搭載されて高度になったものがCNC加工機です。ここまでは比較的シンプルな自動化ですが、ここから面白い進化が始まります。

用語	中身	ひとこと
NC	数値の指令で工作機械を動かす	昔は紙テープ
CNC	NCにコンピュータを搭載	より高度な自動化
ATC	自動工具交換装置	ロボットアーム付きの巨大な工具箱
MC	CNCにATCを加えたもの（マシニングセンタ）	1台で複数の工程を全自動

CNC加工機にATCがつくと、MC（マシニングセンタ）に進化します。ドリルや刃物をガチャガチャと付け替えるロボットアーム付きの工具箱をイメージしてください。

（補足：動画にない話です。MCの定義は、JIS B 0105:2012（工作機械―名称に関する用語）で「主として回転工具を使用し，フライス削り，中ぐり，穴あけ及びねじ立てを含む複数の切削加工ができ，かつ，加工プログラムに従って工具を自動交換できる数値制御工作機械」とされています（2012年版の原文で確認。より新しい版の有無は未確認）。決め手は「複数の切削加工」と「自動工具交換」です。）

MCからFMC、そしてFMSへ

この有能なMCを、さらに組み合わせていきます。個々のMCや産業用ロボットを連携させて、一まとまりの工程を自動化した小さな生産ラインがFMC（フレキシブル生産セル）です。セルは細胞のこと。生産ラインの基本単位というイメージです。セルとセルの間で部品を運ぶのには、AGV（無人搬送車）が使われます。工場の中を自動で走り回る、お掃除ロボットの親玉のようなものです。

そして、FMCを複数組み合わせ、AGVのような搬送システムでつないで、多様な製品を人の手を介さずに自動で生産できるようにした、より大きな製造システムがFMS（フレキシブル生産システム）です。

（補足：動画にない話です。FMSは、数値制御工作機械を中央のコンピュータで集中管理するシステムに、部品の自動搬送装置が加わる形で、1960年代後半に登場したとされます。資料により年代の書き方に幅があります。）

工場全体、企業全体へ：FAとCIM

FMSで工場の「面」が見えてきました。次は工場全体、そして企業全体へとスコープが広がります。動画の説明では、FMSが生産ラインの自動化だとすれば、そこに資材の調達、在庫管理、品質検査といった間接的な業務まで含めて、工場全体をまるごと自動化しようというのがFA（ファクトリーオートメーション）です。

その究極の姿がCIM（コンピュータ統合生産）です。工場だけでなく、開発・販売・経理といった製造に関わる企業のあらゆる活動を、コンピュータで統合管理します。動画の例が分かりやすいので、流れを追ってみます。

これらがリアルタイムで連動して行われる。それがCIMの目指す世界です。（補足：動画にない話です。CIMという考え方は、1970年代前半のジョセフ・ハリントンの著書で広まり、1980年代にCASA/SMEという団体が「製造企業全体の統合」として整理したとされます。）

（補足：試験向けの整理です。動画はFAを、間接業務まで含めてやや広めに説明していますが、一般にFAは「工場の生産工程の自動化」を指し、設計・販売・経理まで企業全体を情報でつなぐのがCIMです。「FAは工場、CIMは企業全体」と覚えておくと区別しやすくなります。）

品種と生産量で決まる、最適なシステム

どれだけ多くの品種を、どれだけの生産量でつくるか。この2つの軸で、最適なシステムが決まります。動画は左上から右下へ、4つの領域を順に紹介します。次の方式の対応は動画の整理で、資料により書き方は異なります。

領域	向く方式 （動画の整理）	特徴
多品種少量	セル生産方式	人の手で柔軟に対応。1人が複数の工程を担う屋台のイメージ
品種が少し減り量が増える	FMC	ある程度自動化しつつ、品種の切り替えにも柔軟
中品種中量	FMS	複数の製品を効率よく自動で作り分ける
少品種多量	トランスファーマシン	柔軟性はないが、最も効率的な専用機

トランスファーマシンは、1台の機械に材料を入れると、ベルトコンベアのように流れながら次々に加工されて、完成品が出てくるイメージです。ペットボトルや自動車の特定の部品のように、ごく少ない種類をひたすら大量につくる場面で、特定の製品のためだけに設計された専用機として使われます。

整理すると、左上のセル生産は柔軟性が最も高く、右下のトランスファーマシンは効率が最も高い代わりに柔軟性はゼロ。その間でFMCとFMSがバランスを取っています。自社の製品がこのグラフのどこに位置するかを見極めることが、最適な設備投資の第一歩になります。

（補足：動画にない話です。セル生産方式は主に組立で、1人または少人数の作業者が製品を完成まで受け持つ方式を指し、FMCは加工機を自動化したセルです。名前が似ていても「セル生産＝人が中心」「FMC＝機械が中心」と区別しておくと、試験で迷いません。）

開発の進め方：CEとPDM

最後に、これまでのシステムとは少し系統の違う、でも重要なキーワードが2つあります。まずCE（コンカレントエンジニアリング）は、開発の進め方についての考え方です。従来は、企画、設計、試作、生産準備と、各部門がバトンを渡していくリレー方式でした。これをラグビーのように、全員でボール（情報）を共有しながら一斉にゴールを目指すラグビー方式に変えよう、というのがCEです。

たとえば、設計部門が図面を引いている段階で、生産部門が「その形だと加工が難しい」と伝える。営業部門が「その機能より価格を抑えてほしい」とフィードバックする。各工程を同時並行で進めることで、あとからの手戻りをなくし、開発期間の短縮とコスト削減をめざします。

（補足：動画にない話です。CEの定義としてよく引かれるのは、米国防衛分析研究所（IDA）が1988年の報告書で示した「製品と、製造・支援を含む関連プロセスを、統合して同時に設計する体系的な取り組み」という趣旨のものです。リレーとラグビーの対比は、竹内弘高・野中郁次郎が1986年に『ハーバード・ビジネス・レビュー』で発表した論文で使われた比喩として知られます。また、PDMと似た言葉にPLMがありますが、PDMが主に設計情報を扱うのに対し、PLMは企画から廃棄までの製品ライフサイクル全体を管理する考え方です。）

まとめ

設計段階の1枚のCADデータから始まって、それが工場を動かし、最終的には企業全体の経営戦略にまでつながっていく。個々の技術が連携して、より大きなシステムへと統合されていく流れを見てきました。

略語	役割	位置づけ
CAD	コンピュータで設計する	設計の点
CAM	加工の指示をつくる	設計の点
CAE	試作前に解析する	設計の点
NC・CNC	数値制御の工作機械	現場の線
MC	CNC＋自動工具交換	現場の線
FMC・FMS	生産セルと、それをつなぐ生産システム	現場の線から面へ
FA・CIM	工場の自動化と、企業全体の統合	面
CE・PDM	同時並行の開発と、情報の一元管理	開発の進め方

これらは突き詰めれば、情報を見える化して共有し、そして自動化するための強力な道具の集まりです。そして動画は最後に、考えるための問いを1つ残します。これだけシステム化・自動化が進んだ未来の工場で、人間にしか発揮できない、代替不可能な価値は何なのか。より優れたシステムを設計し改善し続ける創造性か、システムでは予測できない突発的なトラブルに臨機応変に対応するしなやかさか。効率のその先にある人間の役割を考えてみるのも、この学習の面白い続きになるかもしれません。