プラントエンジニアリング業界でのAI活用メリットは？解決課題・活用事例を徹底解説！

プラントエンジニアリング業界は、工場やプラント（化学工場、製油所、発電所など）の設計、建設、運転、保守を専門とする産業分野です。これらの施設は、原材料の加工やエネルギーの生産など、私たちの日常生活や経済活動に欠かせない製品やサービスを提供しています。

近年、プラントエンジニアリング業界では、技術革新が進んでいます。その中でも特に注目されているのがAI（人工知能）の導入です。AIは、従来の手法では解決できなかった課題に対する新たなソリューションを提供し、業界全体の効率化と革新を推進しています。

そこで今回は、プラントエンジニアリング業界が直面する課題に触れながら、AIの具体的な活用シーン、導入メリットなどについて詳しく解説します。

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プラントエンジニアリング業界が直面する課題

日本におけるプラントエンジニアリング業界は、現在以下のような課題に直面しています。多くの企業や経営者にとってこれらの課題を解決することが重要なテーマとなっています。

熟練技術者の不足

プラントエンジニアリングは高度な専門知識と経験が求められる分野ですが、日本では熟練技術者の数が問題になっています。高齢化に伴い、多くの技術者が引退する一方で、新たな人材の育成が十分でなく、知識や技術の継承が課題となっています。

プロジェクトのコスト管理

プラント建設プロジェクトは大規模であり、予算超過が頻繁に発生します。材料費や労働費の変動、予期しないトラブルなどがコストを押し上げる要因です。厳しいコスト管理が求められる業界です。

安全管理の徹底

プラントエンジニアリング業界では、事故防止と安全管理が最優先事項です。高リスクの作業環境においては、厳格な安全基準を遵守することが求められます。事故が発生すると、人的被害だけでなく、社会的信用の喪失や多額の賠償金が発生するため、予防的な安全対策が不可欠です。

環境規制への対応

日本では、環境保護に対する規制が年々厳しくなっています。プラントの建設や運営においても、これらの規制を遵守する必要があり、環境負荷を最小限に抑える技術や設備の導入が求められます。これにより、追加のコストや手間が発生し、プロジェクトの複雑さが増しています。

プラントエンジニアリング業界におけるAIの活用シーン

プラントエンジニアリング業界においてもAIの活用が注目を集めています。以下はAI活用の具体的シーンです。

設計プロセスの最適化

機械学習アルゴリズムを使用して、過去の設計データを分析し、最適な設計案を提案します。これにより、設計の効率が向上し、エラーの減少とコスト削減が期待できます。AIを活用することで、複雑な設計作業も迅速かつ正確に行うことがより実現しやすくなります。

予知保全とメンテナンス

プラントの稼働中には、設備の故障を未然に防ぐことが重要です。AIは、センサーから収集された大量の運転データをリアルタイムで解析し、故障の予兆を検知します。これにより、適切なタイミングでのメンテナンスが可能となり、故障時間を最小限に抑えることができます。

予知保全とは何か？どんなメリットがあるか？こちらの記事で詳しく説明していますので併せてご覧ください。

安全管理

安全性はプラントエンジニアリングにおいて最も重要な要素の一つです。AIは、画像認識技術を用いて、作業現場の監視と異常検知を行います。例えば、作業員の行動をモニタリングし、安全基準に違反する行動をリアルタイムで検出します。これにより、事故を未然に防ぎ、安全な作業環境を維持することができます。

異常検知とは？どのような活用事例があるか？こちらの記事で詳しく説明していますので併せてご覧ください。

生産プロセスの効率化

AIは、生産プロセス全体の効率化にも貢献します。生産データを分析し、最適な生産計画を立てることで、無駄を削減し、生産性を向上させます。さらに、リアルタイムのデータ分析により、生産ラインのボトルネックを特定し、迅速に対策を講じることができます。

生産管理システムとは？I活用事例は？こちらの記事で詳しく説明していますので併せてご覧ください。

品質管理

製品の品質を維持することは、プラントエンジニアリングにおいて非常に重要です。AIは、製造過程のデータをリアルタイムで分析し、品質の異常を早期に検出します。これにより、不良品の発生を防ぎ、高品質な製品を安定的に生産することが可能となります。

製造業での品質管理をこちらの記事で詳しく説明していますので併せてご覧ください。

属人化された知識の共有

LLM（大規模言語モデル）とRAG技術を組み合わせ、熟練技術者のみが保有して伝承されていない知識やノウハウを、誰もが簡単に取得できるよう、知識を学習させたチャットボットを構築するケースが増えています。これにより、知識の属人化を防ぐことが可能となります。

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プラントエンジニアリング業界でAIを使用する4つのメリット

AI技術を積極的に活用することはプラントエンジニアリング業界に革新をもたらします。以下では、AI活用を進めるメリットを一部ご紹介します。

運営コストの削減

AI技術の導入によって、プラントの運営コストを大幅に削減できます。AIは膨大なデータを高速で処理し、最適な資源配分やプロセスの自動化を実現します。

これにより、人的ミスによるロスを最小限に抑え、無駄な経費を削減することが可能です。さらに、予知保全機能によって設備の故障を未然に防ぎ、メンテナンスコストの削減にも貢献します。

品質の向上

品質管理の面でもAIは大きな力を発揮します。AIは製造過程の膨大なデータを常時監視し、品質に影響を与える要因をリアルタイムで検出します。

これにより、品質のばらつきを抑え、高品質な製品を安定的に供給することが可能となります。また、AIによる自動検査システムの導入により、不良品の発生を最小限に抑えることができます。品質管理の高度化は、顧客満足度の向上とブランド価値の向上につながります。

安全性とリスク管理の強化

プラントの安全性とリスク管理においても、AIは重要な役割を果たします。AIは各工程の稼働状況や環境データを常時分析し、異常や危険な兆候を早期に検知します。

これにより、事故や障害のリスクを未然に防ぎ、作業者の安全を確保することができます。また、AIを活用した高度なシミュレーションにより、様々な危機的状況への対応力を高めることも可能です。安全性の向上は、作業者の安心につながるだけでなく、企業の社会的責任を果たす上でも欠かせません。

人材育成とイノベーションの加速

AIの導入は、人材育成の面でもメリットがあります。AIの活用によって単純作業から解放された従業員は、より創造的で付加価値の高い業務に専念することができます。

これにより、従業員のモチベーションと能力の向上が期待できます。また、AI技術を活用した新たな技術やサービスの開発も加速するでしょう。イノベーションの推進は、企業の競争力強化と持続的な成長に不可欠な要素です。

プラントエンジニアリング業界でのAI活用事例

AIの進化が進むにつれて、企業のAI導入事例は増えています。以下はプラントエンジニアリング業界における実際のAI活用事例です。

【NEC/日揮】プラント設備の異常検知と予知保全

NECと日揮株式会社は、プラントエンジニアリング分野においてAI技術を導入し、製造プロセスの最適化と効率化を図っています。

具体的には、AIを用いたデータ解析により、プラント設備の異常検知と予知保全を実現しています。日揮の広範かつ高度なエンジニアリングノウハウと、NECの最先端AI技術群「NEC the WISE」を融合し、プラント全体の運転データを網羅的かつ迅速に解析することが可能となります。

これにより、異常予兆の因果関係をリアルタイムで特定し、トラブルの予防・未然防止の機械化・自動化を実現します。この技術により、設備の稼働率が向上し、メンテナンスコストの削減が可能となっています。

【IBM】AIを活用した高度な遠隔設備監視

IBMのMaximo Application Suiteは、AIを活用した高度な遠隔監視システムを提供しています。設備の遠隔監視にAIを活用することで、障害の予兆をいち早く検知し、ダウンタイムを最小限に抑えることができます。これにより、複数の設備データをリアルタイムで統合・分析し、異常の早期検出と予測が可能です。

AIを用いた問題検出と詳細な分析機能により、設備の機能不全を最小限に抑え、運用効率を大幅に向上させています。Maximo Monitorは、複数のデータソースを統合し、AIを用いて異常を検出します。全社レベルでのデータ可視化と分析が可能となり、問題解決までの時間を大幅に短縮できます。

AIを活用したコンピューター・ビジョンにより、設備の”目視点検”を自動化します。専門知識を必要とせず、現場で簡単に導入・運用できるのが特長です。IBM Maximo Application Suiteは、設備の遠隔監視にAIを活用することで、運用の効率化と最適化を実現します。

【HEROZ/東洋エンジニアリング】AIを活用した工期遅延リスク検知システム

プラント設計・建設プロジェクトにおいて、工事段階での工期遅延リスクを早期に検知することは極めて重要です。HEROZ株式会社と東洋エンジニアリング株式会社は、プラント設計段階でAIを活用し、工期遅延リスクを検知するシステム『Underground Constructability Hazard Detection AI（AI for U）』を共同開発し、実案件への適用を開始しました。

従来、設計段階での施工性検討は、エンジニアの経験と知見に大きく依存していました。AI for Uは、3D CADモデルからリスクとなる設計を自動検知することで、このような問題の未然防止を可能にします。

AI for Uの導入により、属人的・局所的な判断から脱却し、包括的なリスク検知が実現します。これにより、プラントを納期通りに引き渡すことが可能となり、顧客満足度の向上が期待できます。また、工期遅延リスクの低減は、コスト削減にも直結します。HEROZと東洋エンジニアリングの取り組みは、プラントエンジニアリング分野におけるAI活用の先駆的事例といえるでしょう。

関連ニュース記事：「プラント工期遅延リスクをAIが検知するHEROZ「AI for U」、実案件への適用を開始」

【日立造船/日立ハイテク】ごみ焼却発電施設でのAI制御の長期運転成功

日立造船と日立ハイテクソリューションズは、ごみ焼却施設においてAIを活用したボイラ過熱蒸気温度の最適制御による90日間の長期運転に成功しました。この技術は、過去の運転データから学習した制御モデルをもとに、リアルタイムで最適な制御則を導き出すことが特長です。

従来のPID制御のような後追い型ではなく、試行錯誤的な繰り返し運転が不要なAI制御システムを採用することで、蒸気温度低下による発電ロスを最小限に抑えることが可能となりました。さらに運転中に新たな挙動が発生した場合も、AIモデルとして学習・登録することで、より優れた制御を実現します。

日立ハイテクソリューションズは、本システムを「RL-Prophet」として製品化。ごみ焼却施設の他プロセスや一般産業への展開も視野に、省エネルギー化やカーボンニュートラルなどのGX(グリーントランスフォーメーション)に貢献するとともに、熟練者不足といった社会課題の解決にも寄与していく方針です。

関連ニュース記事：「日立ハイテクソリューションズと日立造船、AI制御システムによるごみ焼却発電施設の長期運転に成功」

【コスモ石油/YOKOGAWA】製油所のデジタル化

コスモ石油とYOKOGAWAグループ(横河電機、横河ソリューションサービス、横河デジタル)は、コスモ石油の製油所におけるデジタル化推進に向けた共同検討を開始しました。

この取り組みの一環として、コスモ石油の四日市製油所では、将来的なプラントの点検・保守の代替を見据え、4足歩行ロボットを活用した実証実験を実施しています。休止中のプラントでロボットの歩行性能を確認するとともに、現場活用に向けた課題抽出や検証項目の選定を行いました。

また、千葉製油所ではデジタルツールの活用に関するワークショップを開催し、製油所業務の高度化と効率化を推進しています。将来的には、コスモ石油の全製油所で、ロボット・ドローン技術やデジタルツールの活用を検討。”ヒトとロボット・AIが協働する製油所”の実現を目指します。

関連ニュース記事：「コスモ石油とYOKOGAWAグループ、「ヒトとロボット・AIが協働する製油所」の実現を目指す取り組みを共同で開始」

プラントエンジニアリング業界におけるAIについてよくある質問まとめ

まとめ

プラントエンジニアリング業界におけるAIの導入は、技術革新と効率化の鍵を握っています。熟練技術者の不足やコスト管理、安全管理、環境規制などプラントエンジニアリング業界が直面しているあらゆる課題に対して、AIは革新的かつ有効な解決策になります。

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