歩留まりとは？製造業で使える計算式と改善のヒントをわかりやすく解説

製造業の歩留まりの基本的な意味と重要性

歩留まりとは、簡単に言えば「投入した資源からどれだけの成果物が得られたか」を示す割合です。製造業では、原材料や部品の投入量に対する良品の生産量の比率として表されます。

製造業における歩留まりの定義

製造業における歩留まりは、投入した原材料や部品の量に対して、最終的に良品として出荷できる製品の割合を指します。例えば、100個の部品から80個の良品が得られた場合、歩留まりは80%となります。この数値は生産ラインの効率性や製造プロセスの安定性を評価する上で欠かせない指標です。

製造現場では、この歩留まりを常に監視し、目標値との乖離があれば原因を追究して改善策を講じることが一般的です。また、歩留まりは製品の種類や製造工程の複雑さによっても変動するため、製品ごとや工程ごとに適切な目標値を設定することが重要です。

歩留まりが製造業に与える影響

歩留まりは単なる数値以上の意味を持ちます。高い歩留まりは原材料の有効活用につながり、製造原価の削減に直結します。逆に低い歩留まりは原材料のロスや追加の生産時間、エネルギー消費の増加を意味し、製品コストを押し上げる要因となります。

さらに、歩留まりは品質管理の側面でも重要です。歩留まりの変動は製造プロセスの安定性を反映しており、急激な低下は品質問題の発生を示唆していることがあります。そのため、多くの製造企業では歩留まりをKPI（重要業績評価指標）として設定し、継続的に監視しています。

歩留まりの計算方法と具体的な例

歩留まりを正確に把握するためには、適切な計算方法を理解し、自社の製造プロセスに合わせて応用することが大切です。ここでは基本的な計算式と実際の例を紹介します。

基本的な歩留まり計算式

最も基本的な歩留まりの計算式は以下の通りです。

歩留まり率（%）＝ 良品数 ÷ 投入量 × 100

この式は非常にシンプルですが、製造業の現場では様々なバリエーションがあります。例えば、重量ベースで計算する場合は、以下のように計算します。

歩留まり率（%）＝ 良品の重量 ÷ 投入原材料の重量 × 100

また、複数工程がある場合は、各工程の歩留まりを掛け合わせることで全体の歩留まりを算出できます。

全体の歩留まり率（%）＝ 工程1の歩留まり × 工程2の歩留まり × … × 工程nの歩留まり × 100

良品率と直行率の違い

歩留まりに関連する指標として「良品率」と「直行率」があります。これらは似ていますが、測定するポイントが異なります。

良品率は、生産された製品のうち、規格を満たす良品の割合を指します。

良品率（%）＝ 良品数 ÷ 生産数 × 100

一方、直行率は、最初から最後まで手直しなく一度で完成した製品の割合です。

直行率（%）＝ 手直しなしで完成した製品数 ÷ 生産数 × 100

これらの指標を併用することで、製造プロセスの質と効率をより詳細に分析できます。例えば、良品率は高いが直行率が低い場合、多くの製品が手直しを経て良品になっていることを意味し、工程の安定性に問題がある可能性を示唆しています。

製造業の歩留まり改善のための実践的アプローチ

歩留まりの改善は製造コストの削減と品質向上に直結します。ここでは、製造現場で実践できる具体的な改善手法を紹介します。

データ収集と分析の重要性

歩留まり改善の第一歩は、正確なデータ収集と徹底的な分析です。不良品が発生する工程、時間帯、作業者、材料ロットなど、様々な角度からデータを収集し、パターンを見つけ出すことが重要です。

最近では、IoTセンサーを活用した自動データ収集システムを導入する企業が増えています。リアルタイムでデータを収集・分析することで、問題が大きくなる前に対策を講じることが可能になります。例えば、温度センサーを設置した場合に、製品品質に影響を与える温度変化をリアルタイムで監視することで、歩留まりを向上させることができます。

また、不良原因分析にはパレート図やフィッシュボーン図などの品質管理ツールが効果的です。これらを活用して優先的に取り組むべき課題を特定しましょう。

製造プロセスの標準化と最適化

製造プロセスの標準化は、歩留まり向上の基盤となります。作業手順書の整備や作業環境の統一により、作業者によるばらつきを最小化できます。

標準作業手順書（SOP）は、最も効率的かつ品質を確保できる作業方法を文書化したものです。SOPを整備し、全作業者が同じ手順で作業することで、品質のばらつきを減らし、歩留まりを安定させることができます。

また、製造プロセスの最適化も重要です。例えば、製造工程のボトルネックを特定し、設備レイアウトを変更することで生産効率を向上させることもできます。同時に、工程間の仕掛品の管理方法も改善し、品質劣化によるロスを減少させています。

設備保全と予防メンテナンス

製造設備の状態は歩留まりに大きな影響を与えます。定期的な点検と予防メンテナンスにより、設備起因の不良を減らすことが可能です。

予防保全の考え方は「壊れてから直す」のではなく「壊れる前に対策する」というものです。設備の状態を常にモニタリングし、異常の兆候を早期に発見することで、大きな故障や品質問題を未然に防ぐことができます。

従業員教育とチームワークの強化

歩留まり改善には、現場作業者の技術力と意識向上が不可欠です。定期的な研修や技術伝承の仕組みを構築しましょう。

特に熟練作業者の技能をどのように若手に伝承するかは多くの製造業が抱える課題です。熟練作業者の動きをビデオで記録し、ポイントを解説したデジタル教材を作成することで、新人作業者による不良発生も減少が見込めます。

また、QCサークル活動などの小集団活動を通じて、現場からのボトムアップ改善を促進することも効果的です。現場作業者は日々の作業の中で多くの気づきを得ていますので、その声を歩留まり改善に活かすことが重要です。

最新技術を活用した歩留まり改善事例

デジタル技術の進化により、従来は困難だった歩留まり改善が可能になってきています。ここでは、IoTやAIなどの最新技術を活用した改善事例を紹介します。

IoT技術による製造データのリアルタイム監視

IoT技術を活用した製造データのリアルタイム収集・分析により、異常の早期発見と迅速な対応が可能になります。温度、湿度、圧力などの環境要因や設備パラメータをリアルタイムで監視することで、品質に影響を与える要因をすぐに特定できます。

例えば、射出成形機にIoTセンサーを設置し、成形条件のリアルタイムモニタリングを実施する方法があります。条件が許容範囲を逸脱した場合は自動でアラートが発信され、作業者がすぐに対応できるようになったケースもあります。この取り組みにより、不良率を減少させ、歩留まりを大幅に向上させることができます。

このようなIoTを活用した製造プロセスの監視は、特に複雑な工程や厳密な条件管理が必要な製造現場で効果を発揮します。

AI・機械学習による不良予測と予防

AIや機械学習技術を活用することで、従来は見つけられなかった不良発生パターンを発見し、予防策を講じることが可能になります。製造パラメータと品質結果の関係性を学習させることで、どのような条件で不良が発生しやすいかを予測できます。

また、画像認識AIを活用した外観検査も普及しています。人間の目では見逃しやすい微細な欠陥もAIが検出することで、検査工程の歩留まり向上に貢献しています。

HACARUSのAI技術活用事例

AI技術を製造業に実装している代表的な企業としてHACARUSが挙げられます。HACARUSは画像認識AI技術を活用して、製造業の検査工程の効率化と歩留まり向上に貢献しています。

HACARUSのAIシステムは、人間では見逃しやすい微細な欠陥や不良を高精度で検出可能です。例えば、金属部品の微小なキズや食品パッケージの印刷ミスなど、従来は熟練検査員の目視に頼っていた検査をAIが支援することで、検査精度の向上と検査時間の短縮を同時に実現しています。

また、HACARUSのシステムは検査データを蓄積・分析し、不良発生の傾向を可視化する機能も備えています。これにより、製造プロセスのどの段階で問題が発生しているかを特定しやすくなり、根本原因の解決につながります。

AIを活用した検査システムの導入により、検査工程のボトルネックが解消され、生産ラインの稼働率向上にも寄与しています。製造業における歩留まり改善と品質向上の両立を目指す企業にとって、HACARUSのようなAI技術の活用は今後ますます重要になるでしょう。

歩留まり改善を推進するための組織体制と取り組み方

歩留まり改善を効果的に進めるためには、適切な組織体制と継続的な取り組みが不可欠です。ここでは、改善活動を推進するための体制づくりと具体的なアプローチ方法を紹介します。

効果的な改善推進体制の構築

歩留まり改善を効果的に推進するためには、組織横断的なチーム編成が重要です。製造部門だけでなく、品質管理、設備保全、技術開発など、関連部門からメンバーを集めたプロジェクトチームを編成しましょう。

改善活動の推進役となるファシリテーターの育成も重要です。問題解決手法やデータ分析スキルを持ったファシリテーターが各チームをサポートすることで、効率的な改善活動が可能になります。

PDCAサイクルを活用した継続的改善

歩留まり改善は一度限りの取り組みではなく、継続的なプロセスとして捉えることが重要です。PDCAサイクル（Plan-Do-Check-Action）を活用した改善活動を推進しましょう。

Plan（計画）: 現状分析に基づき、具体的な目標と改善策を設定します。例えば「3か月以内に歩留まりを93%から96%に向上させる」という明確な目標と、そのための具体的なアクションプランを作成します。

Do（実行）: 計画に基づいて改善策を実施します。この段階では、関係者全員が改善の目的と方法を理解していることが重要です。小規模なパイロット実施から始め、効果を確認しながら展開する方法も有効です。

Check（評価）: 改善策の効果を測定・評価します。単に歩留まり率だけでなく、品質、コスト、納期など多面的な評価を行うことが重要です。予想と異なる結果が出た場合は、その原因分析も行います。

Action（改善）: 評価結果に基づき、改善策の定着・標準化または修正を行います。効果的だった改善策は標準作業として定着させ、不十分だった部分は再度PDCAサイクルを回します。

改善活動のモチベーション維持と評価

歩留まり改善の活動を長期的に継続するためには、関係者のモチベーション維持が欠かせません。改善成果の見える化や適切な評価・報酬制度の構築が効果的です。

また、改善活動の成果を評価する際は、単に数値目標の達成だけでなく、改善プロセスの質や組織への貢献度なども考慮することが重要です。短期的な数値改善だけを追求すると、根本的な課題解決につながらないケースもあります。

四半期ごとに「歩留まり改善発表会」を開催し、各チームの取り組みを共有・表彰する手段も有効です。改善の結果だけでなく、問題分析の深さや創意工夫なども評価の対象することで、単なる数値競争ではなく、真の改善文化の醸成につなげることができます。

歩留まり改善がもたらす経営効果と将来展望

歩留まり改善は単なる製造現場の課題ではなく、企業経営全体に大きな影響を与えます。ここでは、歩留まり改善がもたらす経営効果と今後の展望について見ていきましょう。

歩留まり改善の経済的効果の算出方法

歩留まり改善の経済的効果を正確に把握することは、経営層の支援を得るために重要です。効果の算出には以下のような方法があります。

歩留まり向上による直接的な原材料費削減額は以下の式で算出できます。

原材料費削減額 = 年間生産量 × 原材料単価 × (改善後の歩留まり率 – 改善前の歩留まり率)

例えば、年間100万個生産する製品で、原材料費が1個あたり500円、歩留まりが90%から95%に向上した場合の計算式は、以下のようになります。

削減額 = 1,000,000個 × 500円 × (0.95 – 0.90) = 25,000,000円

歩留まり向上による間接的な効果も重要です。生産能力の向上、納期遵守率の改善、品質クレームの減少などが挙げられます。これらの効果も可能な限り金額換算することで、投資対効果をより明確に示すことができます。

サステナビリティと歩留まり改善の関係

近年、企業の環境負荷低減や持続可能性（サステナビリティ）への取り組みが重要視されています。歩留まり改善はこうした観点からも大きな意義を持ちます。

歩留まりの向上は、原材料使用量の削減、廃棄物の減少、エネルギー使用の効率化につながります。これらはすべて企業の環境負荷低減に貢献します。例えば、歩留まりが5%向上すれば、同じ生産量に対して原材料使用量が約5%削減され、それに伴う廃棄物も減少します。

歩留まり改善の活動を環境マネジメントシステムと連携させ、CO2排出量削減目標の一部として位置づけることもできます。歩留まり向上による原材料削減とエネルギー効率化により、CO2排出削減にも大きくつながり、環境に配慮した企業としてのブランド価値向上にも貢献することができるのです。

まとめ

製造業における歩留まりは、生産効率や製造コスト、品質管理、さらには環境負荷まで幅広い影響を与える重要な指標です。本記事では、歩留まりの基本的な意味や計算方法から、具体的な改善手法、最新技術の活用事例まで幅広く解説しました。

自社の製造プロセスに合わせた歩留まり改善活動を継続的に実施し、製造競争力の強化につなげていきましょう。小さな改善の積み重ねが、大きな経営効果をもたらします。

参考文献
https://www.nec-solutioninnovators.co.jp/sp/contents/column/20221202_yield-rate.html