知能智造｜米国、ドイツ、日本の製造業の発展に対する戦略分析

西側諸国では、To live well，a nation must producewell、製造業が国家総合国力の最も重要な体現であることを説明します。

インターネットバブルや経済危機を経て、世界各国、特に先進国は製造業の重要性を再認識し始め、自分たちの競争力の優劣も見直している。

第4次産業革命の到来は各国に発展と転換のチャンスを提供し、競争力構造の変化の挑戦にも直面し、知能製造は各国の競争の新たな戦場となった。

各国は製造業をめぐって、米国の「国家製造革新ネットワーク」、ドイツの「工業4.0」、日本の「工業価値チェーン」、もちろん中国の「中国製造2025」という戦略を打ち出している。

では、これらの戦略の違いは何でしょうか。これらの違いを形成する根本的な原因は何でしょうか。

　知識の理解、蓄積、伝承方式の違いが製造哲学と文化を決定する

製造業にとって、簡単に言えば「問題を発見し（例えば、品質欠陥、精度の欠落、設備の故障、コストが高く、効率が低いなど）、問題を理解し、その過程で情報を取得し、それを知識に抽象化し、知識を再利用して問題を認識し、解決し、回避する過程」である。

問題を理解し解決する手段と方法は獲得した知識の形式を決定し、知識を抽象化して運用する過程と形式は知識伝承の形式を決定した。この過程は「人が完成する」、「データが完成する」、あるいは「システムが完成する」ことができ、これも一つの国の製造哲学を決定する最も根本的な原因である。

　　日本：「組織文化や人の訓練を通じて改善し続け、知識の蓄積に非常に依存している」

日本独特の克忍、服従、集団観念文化も日本の製造文化に深く影響し、その最も主要な特徴は組織の絶えず最適化、文化建設と人の訓練を通じて生産システムの中の問題を解決することである。この点では、国内の多くの製造企業が共感していると信じています。なぜなら、みんながリーントレーニングを受けている間に繰り返し強調されている3つの点が「会社文化」、「3級組織」、「人材訓練」だからです。最も典型的なのは、日本が1970年代に提案した「全生産システム維持（TPM）」を核心とする生産管理システムである。その核心思想は「三全」で概括することができる：全効率、全システムと全員参加。実現方法は主に3つの方面の改善を含みます：仕事の技能を高めて、チーム精神を改善して、仕事の環境を改善して、20世紀90年代以降に日本は“リーン製造（LeanManufacturing）」は、「6-sigma品質管理システム」ではなく、その移行方向として機能します。

日本企業は人材の育成にも力を入れており、特に「従業員終身制」文化は、従業員と企業の運命を密接に結びつけ、人の経験と知識を企業内部で蓄積、運用、伝承することができる。

日本企業の問題解決方法は通常、問題が発生する→人員が迅速に現場に行き、現物を確認し、現実を探究し（三現）、そして問題を解決する→問題が発生した原因を分析し、改善を通じて問題を回避する。最終的な知識は人に落ち、人のスキルが向上すると、問題を解決したり回避したりする能力が上昇します。

そのため、日本企業にとって、従業員は最も重要な価値であり、人に対する信頼は設備、データ、システムに対する信頼よりはるかに優れており、すべての自動化や情報化建設も人を助けて仕事をすることを目的としているため、日本企業は機械交換や無人工場について話したことがない。中国が職人精神を学びたいなら、最も参考にすべきは日本が職人を育む組織文化と制度だ。しかし、このような文化はここ数年、日本の高齢化と製造業の若い世代が大量に不足している問題に直面しており、これらの知識を伝承することができる人はいない。

日本もデータや情報システムにおける自分の欠落を意識し、これらの面で力を入れ始めた。これは日本の「工業バリューチェーン産業連盟」の枠組みと目標にはっきりと見える。同連盟が提案した19の作業項目のうち7つはビッグデータと直接関連している。日本の転換戦略は人口構造問題と社会矛盾に対応するための仕方のないことであり、核心は代替者の知識獲得と伝承方式を解決することであると言える。

しかし、日本はモデルチェンジの過程で同様に多くの挑戦に直面している：まずデータ蓄積の欠落であり、知識と経験を人から情報化システムと製造システムに移す過程に根拠と判断基準が欠けている。次に、日本の工業企業の保守的な文化、ソフトウェアとIT技術人材の欠損をもたらし、日本の経産省が発表した「2015年製造白書」に示されたように、「ドイツと米国で加速している製造業の変革に対して、現在の日本企業はソフトウェアを重視する姿勢を示している」と懸念している。

ドイツ：「設備と生産システムのアップグレードを通じて、知識を設備に固化する」

ドイツの先進的な設備と自動化された生産ラインは世界的に有名で、装備製造業の実力には群雄を誇る資格があると言える。同時にドイツ人の厳格なスタイルと、その独特な「徒弟制」高等教育モデルは、ドイツの製造業のスタイルを非常に実務的にし、理論研究と工業応用の結合も最も緊密にしている。しかし、ドイツも早くから労働力不足の問題に直面しており、2015年の各国競争力指数の報告では、労働力は革新駆動型国家の平均水準に弱い唯一の項目である。そのため、ドイツはより先進的な装備と高度に統合された自動生産ラインを開発することでこの不足を補うしかなかった。

ドイツの製造業が問題を解決するロジックは、問題が発生する→人（または装備）が問題を解決する→問題を解決する知識とプロセスを装備と生産ラインに固化する→類似問題に対して自動的に解決または回避する。

比較的直観的な例を挙げて、日本とドイツの問題解決方法の違いを比較する：もし生産ラインでよく材料の選別ミスが発生するならば、日本の解決方法は材料の識別度（色など）、従業員の訓練を改善し、再検査制度を設置することである可能性が高い。一方、ドイツでは無線周波数識別（RFID）スキャンコード自動選別システムを設計したり、画像認識＋ロボットアームを用いて自動的に選別したりする可能性が高い。

また、例えば、ドイツは早くから誤差補償、工具寿命予測、多軸同期性アルゴリズム、主軸周波数振動補償などの解決方法を機能パッケージの形で工作機械に硬化させているため、製造技術や操作に不慣れな労働者でも信頼できる製品を生産することができる。そのため、ドイツ世界一の装備製造業大国の地位を築いた。

生産現場で問題の自動解決を追求するほか、企業の管理や経営面でも人為的な影響要因を減らす努力が見られる。例えば、最高のERP、MES、APSなどのソフトウェアベンダーはすべてドイツから来ており、大量の情報入力と計画の生成と遡及はソフトウェアを通じて自動的に完成し、人為的な要素による不確実性をできるだけ減らす。

しかし、ドイツも同様にデータの収集に蓄積が不足している。ドイツの製造システムでは故障や欠陥に対してゼロ容認の態度を取っているため、問題が発生すると装備端の改造によって一労永逸に解決する。ドイツ人の意識の中で問題が発生することを許さず、自然と問題からデータが発生することはなく、最も直接的な表現はドイツの大学や企業を探して、設備の予診と健康管理（PHM）や仮想測定などの品質予測性分析をしている人はほとんどいない。また、ドイツの生産ラインの高度な自動化と集積化により、全体的な設備効率（OEE）が非常に安定しており、データを利用して最適化するスペースも小さい。

ドイツは装備と工業製品の輸出によって大きな経済的リターンを得た。製品の優れた品質と信頼性のため、ドイツ製は非常に良いブランド口コミを持っている。しかし、ドイツでは近年、多くの工業製品自体が1回しか販売できないため、1人の顧客に販売すると1人の顧客が減少するという問題も発見されています。同時に、一部の発展途上国の装備製造と工業能力の台頭に伴い、ドイツの市場も圧迫され続けている。そのため、2008年から2012年までの5年間、ドイツの工業輸出はほとんど伸びなかった。これにより、ドイツは装備を売るよりもセットのソリューションを売るほうがいいことに気づき始め、同時にサービスを売ることができればもっといいことになった。

そこで、ドイツが提案した工業4.0計画の背後には、ドイツが製造システムに蓄積した知識体系が統合されたシステム製品があり、同時にドイツが製造した知識をソフトウェアやキットの形で顧客に付加価値サービスとして提供し、顧客の持続可能な収益性を実現することができる。この点はドイツの工業4.0設計フレームワークから明らかに見ることができて、全体のフレームワークの中の核心要素は「統合」であり、縦方向の統合、横方向の統合、エンドツーエンドの統合などを含み、これはまるでドイツ製造システムのスタイルのようで、ドイツが得意としているものであり、付加価値サービスを提供するために道を提供している。だから第4次産業革命におけるドイツの主な目的は、知識を利用して工業製品輸出の競争力をさらに向上させ、直接的な経済収益を生み出すことである。

　米国：「データと移民から新しい知識を得て、問題の転覆と再定義に長けている」

日本とドイツに比べて、米国は問題解決の方法の中で最もデータの役割を重視しており、顧客の需要分析、顧客関係管理、生産過程における品質管理、設備の健康管理、サプライチェーン管理、製品の服務期間管理とサービスなどの面でもデータに大量に依存している。これは1990年代以降、米国と日本が2つの異なる製造システムの改善方式を選択し、米国企業は一般的にデータに非常に依存する6-sigmaシステムを選択し、日本は人と制度に非常に依存するリーン管理システムを選択したことをもたらした。

中国の製造企業は2000年以降の品質と管理改革の上で、多くはリーンシステムという道を選んだ。一方で、中国と日本文化の類似性のため、もっと多いのはやはり中国企業が普遍的にデータの蓄積と情報化の基礎を欠いているためで、この問題は今でも解決されていない。

生産システムからデータを取得するほか、米国では21世紀初頭に「製品全ライフサイクル管理（PLM）」という概念を提案した。コアは製品に関連するすべてのデータをライフサイクル全体で管理することであり、管理の対象は製品のデータであり、全ライフサイクルの付加価値サービスと設計端までのデータクローズドループを目的としている。

データは米国が知識を得るための最も重要な方法であり、データの蓄積を重視するだけでなく、データ分析を重視すること、企業の意思決定がデータに反映された事実から出発する管理文化でもある。データから発掘された異なる要素間の関連性、物事間の因果関係、1つの現象の定性と定量的な記述とある問題が発生する過程などは、データを分析した後に構築されたモデルを通じて記述することができ、これも知識の形成と伝承の過程である。

知識を利用して問題を解決するほか、米国は知識を利用して転覆的な革新を行い、問題を再定義することにも長けている。例えば米国の航空エンジン製造業では、エンジンの燃費を下げることが解決すべき重要な問題である。多くの企業は設計、材料、プロセス、制御最適化などの角度からこの問題を解決するが、ゼネラル・エレクトリック（GE）は飛行機の燃費がパイロットの運転習慣やエンジンのメンテナンス状況と非常に関連していることを発見し、製造端から飛び出して運維端に転向してこの問題を解決し、受け取った効果は製造端からの改善よりも明らかである。これはつまり、GEが工業インターネットを普及させる際に提案した「1%の力（Powerof 1%)」の根拠と自信の源は、実は製造とはあまり関係がありません。だから米国のスマート製造革命におけるキーワードは依然として「転覆」であり、この点はその新しい戦略的配置から明らかに見ることができ、工業インターネットを利用して製造業の価値体系を転覆し、デジタル化、新材料、新しい生産方式（3 Dプリントなど）を利用して製造業の生産方式を転覆する。

　製造におけるバリューチェーンのビット量は競争力の決定的要素である

私たちは日本、ドイツ、米国の3者間の文化的差異性の面から3カ国の知能製造革命に対する理解、重点と目的の違いを分析した。このほか、これらの国の競争力の違いも戦略方向の違いをもたらす重要な要素であり、その中で各国は製造バリューチェーンの分布と将来の配置の違いに決定的な役割を果たしている。

生産活動における価値要素の分布は上流から下流へ順に：アイデア革新と需要創造→原材料と基礎エネルギー技術→重要装備と核心部品→生産過程と生産システム→製品とサービス。

全体的な価値要素の分布の中で、中国は生産過程と生産システムの2つの段階で優位性を持っている（主に労働コストと生産能力の面で体現している）が、その他の各段階では劣勢にある。

では、横方向の比較を行うと、世界の主要国の生産活動における価値要素の地位、そして将来の改革の配置はどうなっているのだろうか。

米国：「生産要素の上流をしっかりと占め、下流への延伸に努める」

米国は生産活動要素の分布の中で、アイデア革新と需要創造、原材料とエネルギー使用技術、および製品付加価値サービス端において、明らかな優位性を持っている。米国の工業システムのコア競争力は主に「6 sの生態系」に由来する：

（1）宇宙航空：米国製造業のために大量の技術配当を蓄積し、米国工業システムにおける基礎エネルギー使用技術の最も主要な源となった。

（2）半導体：近年低消費電力半導体材料科の研究開発への投入が大きく、将来の知能化技術の核心、低消費電力高性能チップ技術に明らかな優位性がある。

（3）シェールガス：将来の新エネルギーとクリーンエネルギー分野を配置し、すでに米国の最も主要な代替エネルギーとなっている。

（4）インテリジェント化サービス創造経済：コンピュータと情報化技術分野における米国の優位性を利用して、利益が最も高い製造業サービス端で配置する。

（5）シリコンバレーを代表とする革新精神：絶えず革新を通じてユーザーの潜在需要を掘り起こし、それによって絶えず新しい市場とビジネスチャンスの青海を獲得する。

（6）持続可能な人材資源。

第4次産業革命の戦略的配置では、米ホワイトハウスは2012年3月に「国家製造革新ネットワーク計画」を提案し、製造業の4大分野に9つの研究革新中枢を構築した（下図）。

米国の「6 S」生態系と製造業の発展戦略の配置を分析すると、米国は生産システムの最も基礎的な原料端（エネルギーと材料）、工業製品の使用サービス端（インターネット技術とICTサービス）、そして絶えず革新によって駆動されるビジネスモデル端で、工業価値チェーンの中で最も価値のある部分をしっかりと把握していることが明らかになった。これにより、ドイツの製造設備がどんなに先進的で、中国の製造システムがどんなに効率的であっても、源と価値の投入端からその競争力の核心的優位性を確保することができる。

　ドイツ：「重要な装備と部品、生産過程と生産システム分野での技術的優位性を十分に発揮し、サービスを通じて収益力と競争力を強化する」

ドイツは重要な装備と核心部品、および生産過程と生産システムの2つの段階で非常に明らかな技術的優位性を持っており、これは主に中小企業を核心とするステルスチャンピオン企業、およびドイツの実務的な見習い制の2元教育のおかげであり、この2つはドイツ工業に堅実な基礎を提供し、ドイツ製造が揺り動かされにくい地盤である。

ドイツの隠れたチャンピオン企業はほとんど外部から注目されておらず、規模は大きくないが、その分野で高い市場シェアを占めており、世界で3位にランクインしている。これらの中小企業はドイツの輸出総量の70%を占め、その販売収益率はいずれもドイツの一般企業の2倍を超え、高いレベルの研究開発能力と技術革新能力を持ち、製品価値と顧客の密着、高品質高効率の製造能力とリーン化、柔軟性化のグローバル高効率運営システムを重視し、それらの大きな部分は百年も受け継がれている。

高素質の技術労働者と工学技術専門人材は従来、ドイツ経済発展の支注とされ、「ドイツ製」製品の品質保障である。専門技術労働者の育成を目的とした職業教育はドイツ社会の発展において重要な役割を担っており、比較的完備しており、絶えず調整されている法規体系を形成し、二元制を主な特徴とする職業教育の長期的で安定した発展を保障している。弟子は生産現場で師匠に従って実用技術を学ぶだけでなく、学校に行って必要な理論知識を学ばなければならない。ドイツでは、毎年約60万人の若者が2元制の職業教育を受け始め、同年代の約3分の2を占めている。

ドイツは工業製品の外向型の国であり、国内市場が小さく、自身の需要が弱いため、その工業製品はほとんどすべて輸出に使用され、そのためドイツ製造業の設備輸出第一大国の地位を達成した。しかし、「BRICS」に代表される新興経済体は工業化をほぼ完了しており、東南アジアとアフリカ諸国の新たな成長エンジンが完全に稼働していないため、ドイツの工業装備製品の需要が伸び悩んでいる。ここ数年のドイツの工業輸出総額を見ると、ほとんど何の成長もなく、これもある程度ドイツの経済発展に影響を与えている。このことから、ドイツが工業4.0を提案する核心的な目的は主に2つの方面がある：

第一に、ドイツ製造の競争力を強化し、ドイツの工業設備輸出のために新たな市場を開拓すること、

第二に、これまで設備だけを売ってサービス収入の比重が小さかった状態を転換し、製品側からサービス側に重心を移し、ドイツの工業製品の持続的な収益力を強化する。

　日本：「製品という段階で大量の市場を失っているが、産業競争力は上向きにシフトしている」

従来の日本製のコア競争力は、生産プロセスと生産システム、製品、およびサービス端にあった。ここ2年来、日本の2つの最も強い伝統産業、自動車製造と消費電子産業の中の市場シェアは絶えず韓国、米国、中国に占有され、製品端での優位性はすでに失われているように見える。しかし、「2015年グローバルイノベーション創業トップ100」ランキングでは、日本は40社のランクイン企業で世界で最も革新的な国となった。また、2015年の「グローバル製造力競争指数」報告では、日本も前年の10位から4位に上昇した。実は、日本の消費電子分野の衰退の背後には日本の革新的な方向転換があり、日本は上流の原材料およびエネルギー技術とキー装備とキー部品の分野でより多くの発言権を持つようにする。

例えばパナソニックは電気を失って業界の優位性を得て、自動車電子、住宅エネルギー、ビジネスソリューションなどの分野で新たな発展の機会を見つけ、同時に世界で最も先進的な電池メーカーにもなった。テスラの電気自動車はパナソニック18650電池を使用している。ソニーは消費電子分野のトップの地位を失った後、医療分野で突破し、医療内視鏡の世界シェアの80%以上を占めている。シャープも中核業務をスマート医療、スマートハウス、食品、水、空気安全、教育産業にシフトしている。日本が発表した「2015年製造業白書」では、人工知能とロボット分野を重点発展方向とするとともに、材料、医療、エネルギー、重要部品分野への投入を強化する。