エンジニアリングシステムとIT活用

エンジニアリング分野でITを活用する意義

かつて、製品の設計は紙の図面で行い、製造は熟練工の手作業に頼っていました。しかし、ITの導入により次のような変化が起きています。

• 設計の高速化・高精度化：コンピュータ上で3Dモデルを作成し、試作前にシミュレーションで検証できる
• 製造の自動化・効率化：ロボットやコンピュータ制御で24時間の安定した生産が可能になる
• 開発期間の短縮：設計と製造を並行して進める手法で、製品を素早く市場に届けられる
• 在庫の最適化：必要なものを必要なときに必要な量だけ調達する仕組みで、ムダを削減できる

このように、エンジニアリング分野におけるIT活用は、品質向上・コスト削減・納期短縮を同時に実現する手段として欠かせないものとなっています。これらの工程を効率化するために活用されるITシステムの総称がエンジニアリングシステムです。

ここでは、設計支援・製造の自動化・生産管理・先端技術の観点から、代表的なエンジニアリングシステムを学んでいきましょう。

CAD と CAM ── 設計と製造をコンピュータで支援する

CAD（Computer Aided Design：コンピュータ支援設計）とは、コンピュータを使って製品の設計や製図を行うシステムです。建築の設計図面や自動車の部品図面などを、手書きではなく画面上で作成します。たとえば、自動車メーカーでは3D CADを用いて車体の形状を立体的に設計し、画面上で回転・拡大しながら細部を確認できます。CADを導入することで、設計の修正が容易になり、データの共有や再利用もしやすくなります。

CAM（Computer Aided Manufacturing：コンピュータ支援製造）とは、CADで作成した設計データをもとに、工作機械を自動制御して製品を製造するシステムです。CADとCAMを連携させることで、設計から製造までの一連の流れをデジタルデータでつなぎ、設計変更を即座に製造工程へ反映でき、手作業による転記ミスも防げます。

用語	正式名称	役割
CAD	Computer Aided Design	コンピュータによる設計・製図
CAM	Computer Aided Manufacturing	設計データをもとにした製造の自動制御

試験で出るポイント

CADは「設計」、CAMは「製造」を支援するシステムです。名前が似ているため混同しやすいですが、D = Design（設計）、M = Manufacturing（製造）と覚えましょう。

シミュレーションとセンシング技術

製造業では、実際に製品を作る前にコンピュータ上で動作を検証したり、製造中のデータをリアルタイムに収集したりする技術が重要です。

シミュレーションとは、コンピュータ上に仮想的なモデルを作り、実際に試す前にさまざまな条件での動作や結果を予測する技術です。たとえば、自動車の衝突実験をコンピュータ上で再現することで、実物を壊さずに安全性を検証できます。シミュレーションを活用することで、試作回数を減らし、開発コストと時間を大幅に削減できます。

センシング技術とは、温度・圧力・速度・位置などの物理量をセンサーで計測し、データとして取得する技術です。工場の製造ラインにセンサーを設置し、機械の振動や温度を常時監視することで、故障の予兆を検知して未然に対処する「予知保全」にも活用されています。

シミュレーションが「仮想空間での検証」であるのに対し、センシングは「現実世界からのデータ収集」を担う技術です。両者を組み合わせることで、より精度の高い製品開発や生産管理が可能になります。

FA と産業用ロボット ── 製造工程の自動化

FA（Factory Automation：工場自動化）とは、工場の生産ラインにコンピュータやロボットを導入し、製造工程を自動化することです。人手に頼っていた組立・検査・搬送などの作業を機械が行うことで、品質の安定化や生産性の向上が図れます。

FAを支える中核技術が産業用ロボットです。溶接、塗装、部品の組付けなど、繰り返し作業や危険な作業を人間に代わって高い精度で正確にこなします。近年では、AIと連携することで状況に応じた柔軟な動作も可能になりつつあります。

試験で出るポイント

FA（Factory Automation）は「工場の生産ラインを自動化すること」と押さえましょう。産業用ロボットはFAを支える中核技術です。

コンカレントエンジニアリング ── 工程を並行して進める

従来のものづくりでは、「設計が終わってから試作、試作が終わってから生産準備」というように、各工程を順番に進めていました。この方法は確実ですが、完成までに長い時間がかかります。

コンカレントエンジニアリングとは、設計・試作・生産準備などの複数の工程を同時並行（コンカレント）で進める手法です。たとえば、製品の設計を進めながら、同時に生産ラインの準備や部品の調達を開始します。

graph TB
  subgraph S1["従来の開発（順次進行）"]
    direction LR
    A1["設計"]:::base --> A2["試作"]:::base --> A3["生産準備"]:::base --> A4["生産"]:::base
  end

  subgraph S2["コンカレントエンジニアリング（並行進行）"]
    direction LR
    B1["設計"]:::primary --> B4["生産"]:::primary
    B2["試作"]:::primary --> B4
    B3["生産準備"]:::primary --> B4
  end

  S1 ~~~ S2

  classDef base fill:#f8fafc,stroke:#94a3b8,stroke-width:1px,color:#333;
  classDef primary fill:#eff6ff,stroke:#2563eb,stroke-width:2px,color:#1e40af;
  classDef alert fill:#fef2f2,stroke:#dc2626,stroke-width:2px,color:#991b1b;

この手法により、製品の開発期間を大幅に短縮できます。ただし、各工程の担当者間で密なコミュニケーションが必要になるため、情報共有の仕組みが欠かせません。

試験で出るポイント

コンカレントエンジニアリングは「複数工程の同時並行」がキーワードです。「コンカレント＝同時並行」と覚えましょう。

JIT とかんばん方式 ── 必要なものを必要なときに

JIT（Just In Time：ジャストインタイム）とは、必要なものを、必要なときに、必要な量だけ生産・調達する方式です。トヨタ自動車が考案したことで知られ、トヨタ生産方式の中核となる考え方です。

JITでは、在庫を最小限に抑えることで、倉庫コストや在庫の陳腐化リスクを削減できます。しかし、部品の供給が少しでも滞ると生産ライン全体が止まるため、サプライチェーン全体での高い信頼性が求められます。

JITを実現する具体的な仕組みがかんばん方式です。後工程（組み立てラインなど）が前工程（部品製造ラインなど）に対して、「かんばん」と呼ばれるカード型の伝票を使って「この部品をこれだけ持ってきてほしい」と指示を出します。つまり、後工程が必要とする分だけを前工程が生産する「プル型」の生産方式です。

MRP ── 計画に基づいて部品を手配する

MRP（Material Requirements Planning：資材所要量計画）とは、製品の生産計画から必要な部品や材料の種類・数量・調達時期を算出し、計画的に手配する方式です。

MRPの基本的な手順は次のとおりです。

1. 生産計画の確認 ── 「何を、いつまでに、いくつ作るか」を決める
2. BOM（部品構成表）の展開 ── 製品1台に必要な部品の種類と数量を洗い出す
3. 在庫の確認 ── 手持ちの在庫数を差し引く
4. 発注数と発注時期の決定 ── 不足分をリードタイム（調達にかかる日数）を考慮して発注する

たとえば、製品Aを100台作るのに部品Bが3個ずつ必要で、在庫が50個ある場合、発注数は 100×3 − 50 = 250個となります。

JITが「後工程の要求に応じて生産する（プル型）」のに対し、MRPは「生産計画をもとに事前に必要量を算出する（プッシュ型）」という違いがあります。

項目	JIT（プル型）	MRP（プッシュ型）
生産の起点	後工程からの要求	生産計画（需要予測）
在庫の考え方	最小限（ムダの排除）	計画的に確保
代表的な仕組み	かんばん方式	BOM展開・発注計算
適する環境	需要が比較的安定	部品点数が多い製品

試験で出るポイント

JITは後工程の要求に応じて生産する**「プル型」、MRPは生産計画に基づいてあらかじめ手配する「プッシュ型」**です。この対比は頻出なので、違いを正確に理解しておきましょう。

FMS ── 柔軟に切り替えられる生産システム

FMS（Flexible Manufacturing System：フレキシブル生産システム）とは、コンピュータ制御により、多品種の製品を同じ生産ラインで柔軟に切り替えて生産できるシステムです。

従来の大量生産向けライン（専用ライン）では、1種類の製品を大量に効率よく作れますが、別の製品に切り替えるには大がかりな段取り替えが必要でした。FMSでは、産業用ロボットや自動搬送装置、NC工作機械などをコンピュータで統合制御し、プログラムの変更だけで異なる製品の生産に素早く切り替えられます。

たとえば、自動車工場で同じラインからセダンとSUVを混在させて生産する「混流生産」は、FMSの代表的な活用例です。

試験で出るポイント

FMSは「多品種少量生産を柔軟に行う」システムです。スマートファクトリーとは異なる概念なので混同しないようにしましょう。FMSは生産ラインの柔軟性に焦点を当てたシステムであるのに対し、スマートファクトリーは工場全体のデジタル化・最適化を目指す概念です。

リーン生産方式 ── ムダを徹底的に排除する

リーン生産方式とは、製造工程からあらゆるムダ（無駄な在庫、待ち時間、不良品など）を徹底的に排除し、最小限のリソースで最大の価値を生み出す生産方式です。「リーン（lean）」は「ぜい肉のない、引き締まった」という意味です。

リーン生産方式は、トヨタ生産方式（JIT＋かんばん方式）を研究した米国の研究者が体系化したもので、JITの考え方を基盤としつつ、品質管理や継続的改善（カイゼン）の思想も含んだ、より広い概念です。

試験で出るポイント

リーン生産方式は「ムダを徹底的に排除して効率を最大化する方式」です。JIT・かんばん方式を含む、より広い概念であることを押さえましょう。

インダストリー4.0 とスマートファクトリー

産業革命の流れ

製造業は、歴史的に大きな変革を何度も経験してきました。

産業革命	時代	特徴
第1次産業革命	18世紀後半	蒸気機関による機械化
第2次産業革命	19世紀後半	電力による大量生産
第3次産業革命	20世紀後半	コンピュータによる自動化
第4次産業革命（インダストリー4.0）	21世紀〜	IoT・AI・ビッグデータによるスマート化

インダストリー4.0

インダストリー4.0（第4次産業革命）とは、IoT・AI・ビッグデータなどの先端技術を活用して、製造業を高度にデジタル化・自動化しようとする取り組みです。ドイツ政府が提唱した概念で、世界中の製造業に影響を与えています。

スマートファクトリー

インダストリー4.0が目指す工場の姿がスマートファクトリーです。スマートファクトリーでは、工場内のあらゆる機械や設備がネットワークでつながり、センシング技術で収集したデータをAIが分析して、生産工程全体を自動的に最適化します。人手に頼っていた判断や調整をシステムが担うことで、生産性の向上・品質の安定・コスト削減を同時に実現することを目指します。

たとえば、ある製造装置の振動パターンが通常と異なることをセンサーが検知すると、AIが故障の予兆と判断し、部品の交換を自動で手配する、といった仕組みが実現されています。

試験で出るポイント

インダストリー4.0＝「第4次産業革命」、スマートファクトリー＝「IoT・AIで最適化された工場」と覚えましょう。第1次〜第4次の流れを問う問題も出題されます。

まとめ ── エンジニアリングシステムの全体像

システム・手法	概要	キーワード
CAD	コンピュータによる設計支援	設計・製図
CAM	CADデータを使った製造支援	工作機械の自動制御
シミュレーション	仮想モデルで検証	衝突実験・事前予測
センシング技術	センサーでデータ取得	予知保全・リアルタイム監視
FA	工場の生産ラインの自動化	ロボット・コンピュータ制御
産業用ロボット	高精度な自動作業	溶接・塗装・AI連携
コンカレントエンジニアリング	複数工程の同時並行	開発期間の短縮
JIT	必要なものを必要なときに	プル型・トヨタ生産方式
かんばん方式	JITを実現する仕組み	カード伝票・後工程起点
MRP	生産計画に基づく資材手配	プッシュ型・BOM展開
FMS	多品種を柔軟に生産	混流生産・プログラム切替
リーン生産方式	ムダの徹底排除	カイゼン・最小リソース
インダストリー4.0	製造業のデジタル変革	IoT・AI・ビッグデータ
スマートファクトリー	工場全体の自動最適化	ネットワーク接続・AI分析

試験で出るポイント

この分野では「用語の定義」を正確に問う問題が中心です。特にCAD vs CAM、JIT vs MRP（プル型 vs プッシュ型）、FMS vs スマートファクトリーの違いを整理しておきましょう。

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過去問で実力チェック

過去問に挑戦

Q. CADの説明として，適切なものはどれか。

• ア アナログ信号をディジタル信号に変換する回路のこと
• イ 建築物，工業製品などの設計にコンピュータを用いること
• ウ 光を電気信号に変換する撮像素子のこと
• エ 文字，画像，音声などのデータを組み合わせて一つのコンテンツを作ること

解答（令和元年）

正解: イ

Q. コンビニエンスストアを全国にチェーン展開するA社では，過去10年間にわたる各店舗の詳細な販売データが本部に蓄積されている。これらの販売データと，過去10年間の気象データ，及び各店舗近隣のイベント情報との関係を分析して，気象条件，イベント情報と商品の販売量との関連性を把握し，1週間先までの天気予報とイベント情報から店舗ごとの販売予想をより高い精度で行うシステムを構築したい。このとき活用する技術として，最も適切なものはどれか。

• ア IoTを用いたセンサなどからの自動データ収集技術
• イ 仮想空間で現実のような体験を感じることができる仮想現実技術
• ウ ディープラーニングなどのAI技術
• エ 表計算ソフトを用いて統計分析などを行う技術

解答（令和2年）

正解: ウ

Q. 製造業における標準化の事例として，最も適切なものはどれか。

• ア 作業負荷の均衡を図り，かつ，前工程から引き取る部品の種類と量を平準化した。
• イ 生産活動を合理化するために，製造に必要な部品や手順を統一した。
• ウ 生産管理プログラムの実行速度を向上させるために，最適なアルゴリズムを選択した。
• エ 製品の種類の削減や作業内容の見直しを通じて，生産計画，生産工程，作業方法を簡素化した。

解答（令和2年）

正解: イ

Q. CADの導入効果として，適切なものはどれか。

• ア 資材の所要量を把握して最適な発注ができる。
• イ 生産工程の自動化と作業の無人化ができる。
• ウ 生産に関連する一連のプロセスを統合的に管理できる。
• エ 設計データを再利用して作業を効率化しやすくする。

解答（令和2年）

正解: エ

Q. ある製造業では，後工程から前工程への生産指示や，前工程から後工程への部品を引き渡す際の納品書として，部品の品番などを記録した電子式タグを用いる生産方式を採用している。サプライチェーンや内製におけるジャストインタイム生産方式の一つであるこのような生産方式として，最も適切なものはどれか。

• ア かんばん方式
• イ クラフト生産方式
• ウ セル生産方式
• エ 見込み生産方式

解答（令和3年）

正解: ア

Q. インダストリー4.0から顕著になった取組に関する記述として，最も適切なものはどれか。

• ア 顧客ごとに異なる個別仕様の製品の，多様なITによるコスト低減と短納期での提供
• イ 蒸気機関という動力を獲得したことによる，軽工業における，手作業による製品の生産から，工場制機械工業による生産への移行
• ウ 製造工程のコンピュータ制御に基づく自動化による，大量生産品の更なる低コストでの製造
• エ 動力の電力や石油への移行とともに，統計的手法を使った科学的生産管理による，同一規格の製品のベルトコンベア方式での大量生産

解答（令和4年）

正解: ア

Q. 必要な時期に必要な量の原材料や部品を調達することによって，工程間の在庫をできるだけもたないようにする生産方式はどれか。

• ア BPO
• イ CIM
• ウ JIT
• エ OEM

解答（令和6年）

正解: ウ

Q. スマートファクトリーにおいても使用されている，FMS（Flexible Manufacturing System）に関する記述として，最も適切なものはどれか。

• ア 技術革新を効果的に自社の経営に取り入れることによって，企業の成長を図る。
• イ 生産工程の各段階で，原材料から完成製品までの資材の流れを適時・適量に管理する。
• ウ 生産時に必要となる部品などを必要な分だけ供給することによって，生産リードタイムを短縮する。
• エ 複数の工作機械や産業用ロボットなどを有機的に結合し，生産プロセス全体を統括的に制御・管理する。

解答（令和7年）

正解: エ

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