第四次産業革命

「第四次産業革命」、「4IR」、または「インダストリー4.0」^[1]は、21世紀の急速な技術進歩を表す造語です。 ^[2]これは、第三次産業革命（「情報化時代」）に続くものです。この用語は、 2016年に世界経済フォーラムの創設者兼会長であるクラウス・シュワブによって普及しました。 ^{[3] [4] [5] [6] [7]彼は、これらの発展が}産業資本主義の大きな変化を表していると主張しています。^[8]

産業変革のこの段階の一部は、人工知能や遺伝子編集などの技術と、物理的、デジタル的、生物学的世界の境界を曖昧にする高度なロボット工学との融合である。 ^{[8] [9]}

こうした中で、現代のスマートテクノロジー、大規模なマシンツーマシン通信（M2M）、モノのインターネット（IoT）を活用した伝統的な製造業や産業慣行の継続的な自動化を通じて、世界の生産・供給ネットワークの運営方法に根本的な変化が起こっています。この統合により、自動化が進み、通信と自己監視が改善され、人間の介入なしに問題を分析・診断できるスマートマシンが使用されるようになります。^[10]

また、これは、1990年代後半から2000年代前半のデジタル時代から、社会におけるテクノロジーの遍在を特徴とする埋め込み接続の時代（つまり、メタバース）への社会的、政治的、経済的な移行を表しており、人間が周囲の世界を体験し、知る方法を変えています。 ^{[11]これは、人間の}自然な感覚と産業能力だけと比較して、拡張された社会的現実を私たちが作り出し、その中に入りつつあると仮定しています。 ^{[8]第四次産業革命は、創造性と想像力が経済的価値の主な原動力となる}想像力の時代の始まりを示すと期待されることもあります。^[12]

第四次産業革命という言葉は、ドイツ政府のためにハイテク戦略を策定していた科学者チームによって初めて導入されました。^[13] 世界経済フォーラム（WEF）の会長であるクラウス・シュワブは、2015年にフォーリン・アフェアーズ誌に掲載された記事で、この言葉をより広い聴衆に紹介しました。^{[14] 「第四次産業革命をマスターする」は、スイスのダボス・クロスタースで}開催された世界経済フォーラム年次総会の2016年のテーマでした。^[15]

2016年10月10日、同フォーラムはサンフランシスコに第四次産業革命センターを開設すると発表した。^[16]これはシュワブの2016年の本の主題とタイトルでもあった。^[17]シュワブは、この第四の時代に、ハードウェア、ソフトウェア、生物学を組み合わせた技術（サイバーフィジカルシステム）を含め、^[18]通信と接続性の進歩を強調している。シュワブは、この時代は、ロボット工学、人工知能、ナノテクノロジー、量子コンピューティング、バイオテクノロジー、モノのインターネット、産業用モノのインターネット、分散型コンセンサス、第五世代ワイヤレス技術、3Dプリンティング、完全自律走行車などの分野で新興技術のブレークスルーによって特徴づけられると予想している。^[19]

WEFのグレート・リセット提案では、第四次産業革命は、COVID-19パンデミック後の持続的な経済再建のための解決策における戦略的インテリジェンスとして組み込まれている。^[20]

第一次産業革命は、蒸気力と水力の利用による手作業による生産方法から機械への移行を特徴としています。新しい技術の導入には長い時間がかかり、この期間が指すのは1760年から1820年、ヨーロッパとアメリカでは1840年です。その影響は、最初にそのような変化を取り入れた繊維製造業、鉄鋼業、農業、鉱業に影響を与えましたが、中流階級の強化という社会的影響も及ぼしました。^[21]

第二次産業革命は技術革命としても知られ、1871年から1914年までの期間であり、広範囲にわたる鉄道と電信網の敷設によって、電力だけでなく人やアイデアのより迅速な伝達が可能になった。電化の進展により、工場は近代的な生産ラインを開発することができた。^[22]

第三次産業革命はデジタル革命とも呼ばれ、20世紀後半に始まりました。パーソナルコンピュータやインターネットの出現、通信や産業プロセスの広範なデジタル化を特徴とする、情報技術を中心とした経済への移行が特徴です。

ジェレミー・リフキン著の『第三次産業革命』は2011年に出版され、^{[23]デジタル通信技術と再生可能エネルギーの交差点に焦点を当てた本である。この本は2017年に}Vice Mediaによってドキュメンタリーとして制作された。^[24]

本質的には、第四次産業革命とは、サイバーフィジカルシステム（CPS）、モノのインターネット（IoT）^{[25] 、}クラウドコンピューティング^[26]、^{[27] 、 [28] [29] 、}コグニティブコンピューティング、人工知能^{[29] [30]}を含む製造技術とプロセスにおける自動化とデータ交換への傾向です。

機械は反復的な機能を実行する際の人間の効率を向上させ、機械学習と計算能力の組み合わせにより、機械はますます複雑なタスクを実行できるようになります。^[31]

第 4 次産業革命は、大容量接続などのサイバーフィジカルシステムの技術開発、タッチインターフェイスや仮想現実システムなどの新しい人間と機械の相互作用モード、ロボット工学や 3D 印刷 (付加製造) などのデジタル指示を物理世界に転送する機能の向上、「ビッグデータ」とクラウドコンピューティング、オフグリッド / スタンドアロン再生可能エネルギーシステム (太陽光、風力、波力、水力、電池 (リチウムイオン再生可能エネルギー貯蔵システム(ESS) と EV)) の 改善と普及として定義されています。

また、分散型の意思決定、つまりサイバーフィジカルシステムが自ら意思決定を行い、可能な限り自律的にタスクを実行する能力も重視しています。例外、干渉、または相反する目標がある場合にのみ、タスクはより高いレベルに委任されます。^{[32] [26]}

第四次産業革命の支持者は、これが第三次産業革命の単なる延長ではなく、独自の革命であると主張している。^[14]これは以下の特徴によるものである。

• 速度— 既存産業が影響を受け、置き換えられる指数関数的な速度^[14]
• 範囲とシステムへの影響 – 影響を受けるセクターと企業の数が多い^[14]
• テクノロジー政策のパラダイムシフト - この新しいやり方のために設計された新しい政策が存在します。一例として、シンガポールはイノベーション政策においてインダストリー 4.0 を正式に認めています。

この概念に対する批判者は、インダストリー 4.0 をマーケティング戦略として退けている。彼らは、革命的な変化は特定の分野では確認できるものの、これまでのところ体系的な変化はないと主張している。さらに、インダストリー 4.0 の認識と政策の移行のペースは国によって異なり、インダストリー 4.0 の定義は統一されていない。最もよく知られている人物の 1 人はジェレミー・リフキンで、 「デジタル化は、いわゆる第 3 次産業革命の特徴であり、定義する技術であることに同意している」。^[33]しかし、彼は「デジタル化の進化はまだ始まったばかりであり、モノのインターネットという形でのその新しい構成は、その発展の次の段階を表している」と主張している。^[33]

第四次産業革命の応用は以下を通じて行われる。^[34]

• モバイルデバイス
• 位置検出技術（電子識別）
• 高度なヒューマンマシンインターフェース
• 認証と不正検出
• スマートセンサー
• 大規模な分析と高度なプロセス
• 多段階の顧客インタラクションと顧客プロファイリング
• 拡張現実/ウェアラブル
• コンピュータシステムリソースのオンデマンド可用性
• データの視覚化

インダストリー4.0は、幅広い新しい技術をネットワーク化して価値を創造します。物理的なプロセスを監視するサイバーフィジカルシステムを使用することで、物理的な世界の仮想コピーを設計することができます。サイバーフィジカルシステムの特徴には、分散型の意思決定を独立して行う能力があり、高度な自律性を実現します。^[34]

インダストリー4.0で創出される価値は電子識別に依存することができ、スマート製造では製造プロセスに設定された技術を組み込む必要があるため、インダストリー4.0の開発経路に分類され、もはやデジタル化ではない。^[35]

第四次産業革命は、人間の介入を最小限に抑えて施設と物流システムが組織化された生産環境である「スマートファクトリー」を促進します。

スマート ファクトリーの基盤となる技術は、モノとサービスのインターネットを使用して相互に通信するサイバー フィジカル システムです。このプロセスの重要な部分は、製品と生産ライン間のデータ交換です。これにより、サプライ チェーンの接続がはるかに効率的になり、あらゆる生産環境内での組織化が向上します。^[要出典]

モジュール構造のスマートファクトリーでは、サイバーフィジカルシステムが物理プロセスを監視し、物理世界の仮想コピーを作成し、分散型の意思決定を行います。^{[36]モノのインターネットを介して、サイバーフィジカルシステムは、}バリューチェーンの参加者が提供および使用する組織サービス内および組織全体で、同期した時間で相互に通信し、協力します。^{[26] [37]}

人工知能（AI）は、経済のあらゆる分野で幅広い用途に使用されています。2010年代のディープラーニングの進歩に伴い注目を集め、2020年代には生成型AIの台頭によりその影響が強まり、この時期は「 AIブーム」とも呼ばれています。 ^[38] GPT-4oのようなモデルは、口頭やテキストでの議論に参加したり、画像を分析したりできます。^[39]

AIはインダストリー4.0の重要な推進力であり、ロボット工学、自動運転車、リアルタイムデータ分析などの技術を調整します。機械が複雑なタスクを実行できるようにすることで、AIは生産プロセスを再定義し、切り替え時間を短縮します。^{[40] AIは}ソフトウェア開発を大幅に加速し、さらには自動化することもできます。^{[41] [42]}

一部の専門家は、AIだけでも産業革命と同じくらいの変革をもたらす可能性があると考えています。^[43] OpenAIやMetaなどの複数の企業が、人工汎用知能（人間が実行できるほぼすべての認知タスクを実行できるAI）を作成するという目標を表明しており、 ^{[44] [45]}より高性能なAIモデルをトレーニングするためにデータセンターとGPUに多額の投資を行っています。 ^[46]

ヒューマノイドロボットは伝統的に有用性に欠けていた。不正確な制御と調整のために単純な物体を拾うことが困難であり、環境や物理の仕組みを理解することができなかった。それらはしばしば狭い範囲のタスクを実行するように明示的にプログラムされており、新しい状況に遭遇すると失敗していた。しかし現代のヒューマノイドロボットは典型的には機械学習、特に強化学習に基づいている。2024年には、ヒューマノイドロボットは急速に柔軟性が増し、訓練が容易になり、多用途になっている。^[47]

インダストリー4.0は、 IoTセンサーなどの高度な技術の使用により、予知保全を促進します。予知保全は潜在的なメンテナンスの問題をリアルタイムで特定できるため、機械の所有者は機械が故障したり損傷したりする前に、費用対効果の高いメンテナンスを実施できます。たとえば、ロサンゼルスの企業は、シンガポールの機器が異常な速度や温度で動作しているかどうかを把握できます。その後、修理が必要かどうかを判断できます。^[48]

第四次産業革命は3Dプリント技術に大きく依存していると言われています。3Dプリントの産業における利点としては、3Dプリントでは多くの幾何学的構造をプリントできるだけでなく、製品設計プロセスを簡素化できることが挙げられます。また、比較的環境に優しいです。少量生産では、リードタイムと総生産コストを削減することもできます。さらに、柔軟性を高め、倉庫コストを削減し、企業が大量カスタマイズのビジネス戦略を採用するのに役立ちます。さらに、3Dプリントはスペアパーツをプリントして現地で取り付けるのに非常に役立ち、サプライヤーへの依存を減らし、供給リードタイムを短縮します。^[49]

センサーと計測機器は、インダストリー4.0だけでなく、スマート生産、スマートモビリティ、スマートホーム、スマートシティ、スマートファクトリーなど、他の「スマート」メガトレンドにおいても、イノベーションの中心的な原動力となっています。^[50]

スマートセンサーは、データを生成し、自己監視や自己構成から複雑なプロセスの状態監視まで、さらなる機能を可能にするデバイスです。無線通信機能により、設置の手間が大幅に軽減され、高密度のセンサーアレイを実現できます。^[51]

インダストリー4.0におけるセンサー、計測科学、スマート評価の重要性は、さまざまな専門家によって認識され、認められており、「インダストリー4.0：センサーシステムなしでは何も実現できない」という声明がすでに出ています。^[52]

しかし、時間同期エラー、データ損失、収集された大量のデータの処理など、本格的なシステムの実装を制限するいくつかの問題があります。さらに、これらの機能に対する追加の制限は、バッテリー電源です。電子機器にスマートセンサーを統合する 1 つの例は、スマートウォッチのケースです。スマートウォッチでは、センサーがユーザーの動きからデータを受信し、そのデータを処理し、その結果、ユーザーに 1 日の歩数に関する情報を提供し、そのデータを消費カロリーに変換します。

これら2つの畑のスマートセンサーはまだテスト段階です。^[53]これらの革新的なコネクテッドセンサーは、区画で入手可能な情報（葉面積、植生指数、クロロフィル、湿度、温度、水分ポテンシャル、放射線）を収集、解釈、伝達します。この科学的データに基づいて、スマートフォンを介してリアルタイムの監視を可能にし、結果、時間、コストの点で区画管理を最適化するさまざまなアドバイスを提供することが目標です。農場では、これらのセンサーを使用して作物の段階を検出し、適切なタイミングで投入物や処理を推奨できます。また、灌漑レベルを制御することもできます。^[54]

食品業界では、ますます高いセキュリティと透明性が求められており、完全な文書化が求められています。この新しい技術は、追跡システムとしてだけでなく、人間のデータと製品データの収集にも使用されています。^[55]

知識経済とは、生産とサービスが主に知識集約型の活動に基づいており、それが技術と科学の進歩の加速と急速な陳腐化につながる経済システムです。^{[56] [57]}インダストリー4.0は、物理的入力や天然資源よりも知的能力への依存を高めることで、知識経済への移行を支援します。

インダストリー4.0の導入における課題: ^{[58] [59]}

• 高い経済的コスト
• ビジネスモデルの適応
• 不明確な経済的利益/過剰投資^{[58] [59]}
• 自動化と技術の進歩によって経済に大きな変化がもたらされ、雇用の喪失と新たな役割の創出がもたらされ、広範な労働力の再教育と制度的適応が必要となる。^[60]

• プライバシーに関する懸念
• 監視と不信
• 利害関係者による変化への一般的な抵抗
• 企業IT部門の冗長化の脅威
• 自動化プロセスやIT制御プロセスにより、特にブルーカラー労働者の多くの雇用が失われる^{[58] [59] [61]}
• AIによる代替の影響を受けやすい職業における男女不平等のリスク増加^{[62] [63]}

• 規制、基準、認証形式の欠如
• 不明確な法的問題とデータセキュリティ^{[58] [59]}

• ITセキュリティの問題は、以前は閉鎖されていた生産工場を開放する必要性が本質的に大きく悪化している。
• 極めて短く安定した遅延時間を含む、重要なマシン間通信（M2M）に必要な信頼性と安定性
• 生産プロセスの完全性を維持する必要性
• IT のトラブルは、生産停止につながり、多大なコストがかかるため、回避する必要がある。
• 産業のノウハウを保護する必要性（産業オートメーション機器の制御ファイルにも含まれています）
• インダストリー4.0への移行を促進するための適切なスキルセットの欠如^{[64] [65]}
• トップマネジメントのコミットメントが低い
• 従業員の資格不足^{[58] [59]}

多くの国がインダストリー4.0技術の導入を促進するための制度的メカニズムを構築している。例えば、

オーストラリアにはデジタルトランスフォーメーション庁（2015年設立）と首相のインダストリー4.0タスクフォース（2016年設立）があり、ドイツと米国の業界団体との連携を推進している。^[66]

「インダストリー4.0」という用語は、I4.0または単にI4と短縮され、2011年にドイツ政府のハイテク戦略のプロジェクトから生まれ、製造業のコンピュータ化を促進する4IR ^[8]のより広い概念ではなく、特にそのプロジェクト政策に関連しています。 ^{[67] 「インダストリー4.0」という用語は、同じ年に}ハノーバーメッセで公式に導入されました。^[68]著名なドイツの教授であるヴォルフガング・ヴァルスターは、「インダストリー4.0 」という用語の発明者と呼ばれることがあります。^[69] 2012年10月、インダストリー4.0作業部会は、ドイツ連邦政府にインダストリー4.0の実装に関する一連の推奨事項を提示しました。作業部会のメンバーとパートナーは、インダストリー4.0の創設者であり原動力として認められています。 2013年4月8日、ハノーバーメッセで、インダストリー4.0作業部会の最終報告書が発表されました。このワーキンググループはロバート・ボッシュ社のジークフリート・ダイスとドイツ科学技術アカデミーのヘニング・カガーマンが率いた。^[70]

インダストリー4.0の原則が企業に適用されるにつれて、その原則は時々ブランド名が変更される。例えば、航空宇宙部品メーカーのメギットPLCは、自社のインダストリー4.0研究プロジェクトをM4と名付けた。^[71]

インダストリー4.0、特にデジタル化への移行が労働市場にどのような影響を与えるかという議論は、ドイツではワーク4.0というテーマで議論されている。^[72]

ドイツ連邦政府は、BMBFとBMWiの省庁を通じて、I4.0政策の策定をリードしています。ドイツ連邦政府は、企業が達成すべき目標と目的を公表することで、デジタル変革の方向性を定めようとしています。しかし、ドイツ企業の協力とこれらの政策に関する知識の間にはギャップがあります。^[73]ドイツの中小企業が現在、製造プロセスのデジタル変革に関して直面している最大の課題は、さらなるデジタル変革の取り組みを支援するための具体的なITとアプリケーションの環境を確保することです。^[73]

ドイツ政府のインダストリー4.0戦略の特徴は、非常に柔軟な（大量）生産の条件下での製品の強力なカスタマイズです。^{[74]必要な自動化技術は、自己最適化、自己構成、 [75]}自己診断、認知、およびますます複雑化する作業における労働者のインテリジェントサポートの方法の導入によって改善されます。 ^[76] 2013年7月現在、インダストリー4.0の最大のプロジェクトは、ドイツ連邦教育研究省（BMBF）の最先端のクラスター「オストヴェストファーレン＝リッペのインテリジェント技術システム（OWL）」です。もう1つの主要なプロジェクトは、BMBFプロジェクトRES-COM、^[77]および「高賃金国向け統合生産技術」エクセレンスクラスターです。^[78] 2015年、欧州委員会は、インダストリー4.0トピックを促進する主要なイニシアチブとして、国際的なホライズン2020研究プロジェクトCREMA（クラウドベースの迅速な弾性製造）を開始しました。^[79]

エストニアでは、 2015年にクラウス・シュワブと世界経済フォーラムによって第4次産業革命と名付けられたデジタル変革が、1991年の独立回復とともに始まりました。50年間のソ連占領により情報革命には遅れをとりましたが、エストニアはアナログ接続をほぼ完全にスキップしながら、デジタル時代へ一気に移行しました。マルト・ラール首相が国の経済発展の方向性について行った早い段階の決定により、今日e-エストニアとして知られる、世界で最もデジタルが進んだ国の一つが誕生しました。

エストニアのデジタルアジェンダ2030で設定された目標によると、^[80]国のデジタル変革における次の飛躍は、民間とビジネス環境の両方でイベントベースのプロアクティブなサービスに切り替えることと、環境に優しくAIを活用した人間中心のデジタル政府を開発することです。

もう一つの例は、産業パフォーマンスの向上に重点を置いた「Making Indonesia 4.0」である。^[66]

経済が拡大し、製造業が盛んなインドは、デジタル革命を取り入れ、製造業に大きな進歩をもたらしました。インドのインダストリー4.0プログラムは、インダストリー4.0の最新技術を取り入れながら、技術を活用してコスト効率の良い価格で世界的に競争力のある製品を生産することに重点を置いています。^[81]

Society 5.0は、国民の幸福を最優先し、デジタル世界と現実世界の緊密な相互接続システムを通じて、経済発展と社会的課題への効果的対応の調和のとれたバランスを実現する社会を構想している。この概念は、今後の社会の枠組みの青写真として、2019年に日本政府の第5期科学技術基本計画で導入された。^[82]

マレーシアのインダストリー4.0に関する国家政策は、Industry4WRDとして知られています。2018年に開始されたこの政策の主な取り組みには、デジタルインフラの強化、労働者への4IRスキルの習得、業界全体でのイノベーションと技術導入の促進などが含まれています。^[83]

南アフリカは2019年に第四次産業革命に関する大統領委員会を任命し、学界、産業界、政府出身の約30人の関係者から構成されています。^{[84] [85]}南アフリカはまた、インダストリー4.0に関する省庁間委員会も設立しています。

韓国は2017年から第四次産業革命に関する大統領委員会を設置している。韓国のI-Korea戦略（2017年）は、政府のイノベーション主導型経済政策に沿って、AI、ドローン、自動運転車などの新たな成長エンジンに重点を置いている。^[84]

ウガンダは2020年10月に、電子政府、都市管理（スマートシティ）、医療、教育、農業、デジタル経済に重点を置いた独自の国家4IR戦略を採用しました。地元企業を支援するため、政府は2020年に地元の新興企業法案を導入することを検討しており、この法案では、すべての会計担当者が海外からデジタルソリューションを調達する前に、地元の市場を徹底的に調査することを義務付けています。^[84]

2019年に発表された英国のビジネス・エネルギー・産業戦略省の政策文書「第四次産業革命のための規制」では、進化する技術や社会環境の中で競争力を維持するために、現在の規制モデルを進化させる必要があると概説した。^[9]

国土安全保障省は2019年に「産業用モノのインターネット（IIOT）：機会、リスク、緩和策」という論文を発表した。重要なインフラの基盤部分は、接続性と最適化を高めるためにますますデジタル化されている。したがって、その実装、成長、保守は慎重に計画され、保護されなければならない。この論文では、IIOTの用途だけでなく、関連するリスクについても説明されている。リスク緩和が可能ないくつかの重要な分野が提案されている。国土安全保障省は、公共、民間、法執行機関、学術界、その他の利害関係者間の連携を強化するために、国家サイバーセキュリティおよび通信統合センター（NCCIC）を設立した。^[86]

航空宇宙産業は、「大規模な自動化を行うには生産量が少なすぎる」と評されることもある。しかし、インダストリー4.0の原理はいくつかの航空宇宙企業によって研究されており、自動化の初期費用を正当化できない場合に生産性を向上させる技術が開発されている。その一例が、航空宇宙部品メーカーのメギットPLCのM4プロジェクトである。^[71]

産業用IoTの利用増加は、ボッシュ、そしてドイツでは一般的にインダストリー4.0と呼ばれています。アプリケーションには、故障を予測してメンテナンスプロセスを自律的に開始したり、生産における予期しない変化に反応する自己組織化調整を実行したりできる機械が含まれます。 ^{[87] 2017年、ボッシュは、インダストリー4.0を含むIoTに特化した}イリノイ州シカゴを拠点とするイノベーションインキュベーター、Connectoryを立ち上げました。

インダストリー4.0は、学術界や研究開発のデジタル化に向けた動きであるイノベーション4.0に影響を与えました。^{[88] 2017年には、}リバプール大学に8100万ポンドをかけて建設されたマテリアル・イノベーション・ファクトリー（MIF）がコンピュータ支援材料科学センターとしてオープンし、^[89]ロボットによる処方、^[90]データのキャプチャとモデリングが開発手法に統合されています。^[88]

日常業務の自動化が着実に進展する中、自動化とは正反対のメリットを見出した人もいた。自動化が関わった製品よりも自作の製品の方が評価されるのだ。^[91]この評価は、ハーバード・ビジネス・スクールのマイケル・I・ノートン、イェール大学のダニエル・モション、デューク大学のダン・アリエリーによる造語で、IKEA効果と呼ばれている。IR4の成長とともに加速すると予想されるもう1つの問題は、精神疾患の蔓延である。^[92]これはハイテク事業者の間では既知の問題である。^[93]また、IR4はAIの偏見や倫理的問題に関する大きな批判を引き起こしている。意思決定プロセスで使用されるアルゴリズムは、既存の社会的不平等を永続させ、疎外されたグループに不釣り合いな影響を与え、透明性と説明責任が欠如していることが多いためである。^[94]

インダストリー5.0は、効率性の向上ではなく、社会の幸福と経済および工業生産の持続可能性の促進に重点を置くべき産業景観のパラダイムシフトを生み出す戦略として提案されている。 ^{[95] [96] [97]}

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• この記事には、フリーコンテンツ作品 からのテキストが組み込まれています。テキストは、ユネスコ科学レポート「よりスマートな開発のための時間との競争」、Schneegans、S.、T. Straza、J. Lewis（編）、ユネスコから引用されています。