工場の3D化とは？3Dスキャン・点群データで解決できる課題と活用事例
「図面が古く、現況と合っていない」「設備を搬入したら配管にぶつかった」など、工場の改修や設備更新には悩みがつきものです。
その解決策として注目されているのが、3Dスキャンによる工場の3D化です。
本記事では、工場の3D化の基本から、解決できる課題、進め方、活用事例までをわかりやすく解説します。
工場の3D化とは？
工場の3D化（3Dデータ化）とは
工場の3D化とは、建屋や設備、配管などの現況を計測し、パソコン上で扱える3次元のデータに置き換えることです。
2Dの図面では平面の情報しか読み取れませんが、3Dデータなら高さや奥行きを含めた空間全体を、さまざまな角度から確認できます。
以前は専用の大型スキャナーと専門の技術者が必要でしたが、最近はiPadなどのLiDAR搭載端末でも、現場を歩きながらその場で3Dデータを作れるようになりました。
図面が残っていない工場でも、思い立ったときに手軽に現況を記録できます。
3Dスキャンの仕組み
3Dスキャンとは、現実の物や空間の形を計測し、そのまま3Dデータとして記録する技術です。
写真が見た目を平面に写し取るのに対して、3Dスキャンは奥行きや高さを含めた「形」そのものを写し取ります。
3Dスキャナーは、レーザーや光を周囲に照射し、跳ね返ってくるまでの時間や角度から対象物までの距離を測ります。
この計測を何百万回と繰り返して得られる、座標を持った無数の点の集まりが「点群データ」です。
点群は寸法の情報を持ち、レイアウト検討や干渉チェックの基本となるデータです。
ただし点の集まりのため、拡大すると隙間が見えます。用途によっては、次のような形式に変換して使い分けます。
- メッシュ：点群をつなぎ合わせて面を張ったデータ。設備や建屋の形状がひと目で伝わり、VRやプレゼン資料で活躍する
- 3D Gaussian Splatting（3DGS）：写真や動画から、まるで実写のような3D空間を再構築する最新技術。光の反射や質感までリアルに再現できる一方、寸法精度では点群に一歩譲る
「寸法を測るなら点群、見せるならメッシュや3DGS」と、目的に応じて選ぶのが基本です。
３Dスキャンを仕組みから学びたいという方はもご参考にどうぞ
こちら→
主な計測方法
工場の3Dスキャンでは、主に次のような方法が使われます。
どの方法が最適かは、求める精度と手軽さのバランスで決まります。
日々のレイアウト検討や現況の共有ならiPadで手軽に、mm単位の精度が欠かせない工事なら地上型レーザースキャナーで、というように用途に合わせて選ぶのがポイントです。
工場の3D化とデジタルツインの関係
デジタルツインとは、現実の工場を仮想空間にそっくり再現し、生産状況の監視やシミュレーションに活用する仕組みです。
その「器」となるのが、3Dスキャンで取得した工場の3Dデータです。
まず、建屋や設備の形状をデジタル化し、そこに設備の稼働データやセンサー情報を重ね合わせていくことで、デジタルツインへと発展させられます。
つまり工場の3D化は、デジタルツインやその先の工場DXに向けた第一歩といえます。
工場が抱えがちな主な課題
工場の改修や設備更新を進めるうえで、多くの現場が共通して抱えている課題があります。
ここでは代表的な3つを紹介します。
図面がない・図面と現況が違う
築年数の長い工場では、竣工時の図面が残っていなかったり、紙の図面しかなかったりするケースが少なくありません。
図面が残っていても、長年の増築や設備の入れ替え、配管の追加などが反映されておらず、現況と食い違っていることもよくあります。
その結果、改修や設備更新のたびに現地で実測し直す必要があり、担当者の大きな負担になっています。
測り漏れや記録ミスがあれば、後工程で手戻りが発生するリスクも抱えることになります。
レイアウト変更や設備搬入の検討に手間がかかる
生産品目の変更や増産に合わせて、レイアウトの見直しは定期的に発生します。
しかし2Dの図面だけでは、高さ方向の干渉や作業スペースの広さをイメージしにくく、検討に時間がかかりがちです。
特に大型設備の搬入では、通路の幅や天井の高さ、梁や配管との位置関係まで細かく確認しなければなりません。
事前の確認が不十分だと、当日になって「入らない」「ぶつかる」といったトラブルが起き、工期の遅れや追加コストにつながります。
関係者間でイメージを共有しにくく、合意形成に時間がかかることも課題です。
安全教育・技術継承が難しい
工場の安全教育は、マニュアルや座学が中心になりがちです。危険な場所や作業の手順を、実際の現場の感覚とともに伝えるのは簡単ではありません。
また、ベテラン社員の退職が進むなかで、「どこに何があるか」「どう作業すれば安全か」といった現場の知識を、どう次の世代に引き継ぐかも大きな課題です。
人手不足で教育に割ける時間も限られており、効率よく伝える方法が求められています。
3Dで解決できること
前章で紹介した課題は、工場を3D化することで大きく改善できます。
さらに3Dデータは、ロボット導入やデジタルツインといった、これからの工場づくりにも活用が広がっています。
図面のない既設工場を現況どおりにデータ化
3Dスキャンなら、図面が残っていない工場でも、今ある建屋や設備、配管の状態をそのまま記録できます。
増築や設備の入れ替えで図面と現況が食い違っていても、スキャンしたデータが「いまの正しい姿」になります。
一度データ化しておけば、寸法の確認はパソコン上で完結します。
現地に何度も足を運んで測り直す必要がなくなり、測り漏れによる手戻りも防げます。
iPadなら現場を歩くだけで計測できるため、レイアウトが変わるたびに手軽に最新の状態へ更新できるのも強みです。
レイアウト検討・設備搬入を3Dでシミュレーション
3Dデータ上に新しい設備のモデルを配置すれば、実際に動かす前にレイアウトを検討できます。
高さや奥行きを含めて確認できるため、2Dの図面では見落としがちな梁や配管との干渉も、事前に発見できます。
設備搬入では、搬入ルートに沿って設備を動かし、通路の幅や天井の高さが足りるかを確かめられます。
「当日になって入らない」というトラブルを防げるだけでなく、3Dの画面を見ながら話し合えるため、現場や設計者、経営層など関係者間のイメージ共有や合意形成もスムーズになります。
VRで安全教育・技術継承
工場の3DデータをVRで再現すれば、実際の現場に近い感覚で安全教育を行えます。
危険な場所や立ち入り禁止エリアを仮想空間で体験できるため、座学だけでは伝わりにくい現場の感覚を、事故のリスクなく身につけられます。
また、設備の配置や作業の流れを3Dで残しておくことで、ベテランの知識を視覚的に引き継ぐ教材としても活用できます。
新人が配属前に現場の様子を把握できるなど、教育にかかる時間の短縮にもつながります。
ロボット・フィジカルAI導入の基盤データとして活用
人手不足を背景に、搬送ロボットや、AIを搭載したロボットアームなど、フィジカルAIの導入が進んでいます。
こうしたロボットを現場で動かすには、まず工場の空間を正確に把握する必要があります。
3Dデータがあれば、走行経路の作成や、通路幅・障害物の確認を事前に行えます。
ロボットアームの設置スペースや可動範囲の検証、仮想空間での動作テストにも活用でき、導入時の手戻りを減らせます。
ロボットやフィジカルAIを現場で活かすには、まず現場を正確にデジタル化することが出発点になります。
フィジカルについてより詳しく知りたい方はこちら記事もぜひ
3Dデータを起点にデジタルツインへ発展
工場の3Dデータに、設備の稼働状況やセンサーの情報を重ね合わせていけば、デジタルツインへと発展させられます。
仮想空間で生産ラインの状況を監視したり、ライン変更の効果を事前にシミュレーションしたりと、工場運営そのものの改善に役立てられます。
いきなり大規模なデジタルツインを構築するのはハードルが高いですが、まずは3D化から始め、活用の幅を段階的に広げていくのが現実的な進め方です。
工場の3D化は、自社で行う方法と、専門業者に外注する方法の大きく2つに分かれます。ここでは基本的な流れと、それぞれの進め方のポイントを紹介します。
工場のデジタルツインについてより詳しく知りたい方はこちらの記事
デジタルツインのさまざまの業界の活用事例はこちらから学べます
工場3D化の進め方
3D化の基本的な流れ
工場の3D化は、一般的に次の4つのステップで進めます。
- 計測：3Dスキャナーで工場内を計測する
- 点群処理：複数回に分けて計測したデータをつなぎ合わせ、ノイズを取り除く
- モデリング：必要に応じて、点群からメッシュや3DCADのモデルを作成する
- 活用：レイアウト検討や干渉チェック、VR教育などに使う
大切なのは、計測を始める前に「何に使うか」を決めておくことです。用途によって必要な精度や成果物が変わり、それに合わせて計測方法や費用も変わります。
自社で行う場合：3Dスキャナー・点群ソフトの選び方
自社で3D化する場合は、まず用途に合った3Dスキャナーを選びます。
レイアウト検討や現況の共有が中心なら、iPadなどのLiDAR搭載端末で十分なケースが多く、導入コストを大きく抑えられます。
専門知識がなくても扱いやすく、必要なときにすぐ測り直せるのも内製ならではの強みです。
点群ソフトは、データを閲覧・計測するだけの無料ソフトから、干渉チェックやレイアウト検討の機能を備えた専用ソフトまでさまざまです。
社内の誰が、どの用途で使うのかを考えて選ぶと失敗しにくくなります。
ツールの比較、検討にぜひこちらの記事もご参考にしてください
外注する場合：費用と期間の考え方
外注費用は、工場の面積だけでなく、求める精度や成果物の内容によって大きく変わります。
たとえば、現況を共有するためのcm単位のデータと、配管工事に使うmm単位のデータとでは、計測の手間も処理の時間もまったく異なります。
費用が上がりやすいのは、次のようなケースです。
- 配管やダクトが入り組んでいて、計測の回数が増える
- 稼働中の工場で、作業が夜間や休日に限られる
- 点群だけでなく、3DCADやBIMのモデル、図面作成まで依頼する
- 短納期での納品を求める
期間も、計測自体は数日で終わっても、データの処理やモデリングに数週間かかることがあります。
見積もりを比べるときは、金額だけでなく「どこまでが費用に含まれているか」をそろえて比較することが大切です。
Forgersは「自社の工場ではどの方法が合うのか」「どのくらいの費用がかかるのか」など、目的に合わせた計測方法や費用感について、ぜひお気軽にご相談ください。
お問い合わせはこちらから
工場3D化の活用事例
ここでは、3Dデータを活用して工場の課題を解決した国内外の事例を紹介します。
事例1 BMW：全工場を3Dスキャンし、レイアウト検討を仮想空間で
引用：https://mobilitech.jp/archives/3216
ドイツの自動車メーカーBMWグループは、2020年11月から、世界中の車両工場とエンジン工場の3Dスキャンを進めてきました。
移動式のレーザースキャナーやドローンを使い、2023年までに屋内約700万㎡、屋外約1,500万㎡をデジタル化したと発表しています。
スキャンデータからつくった工場のデジタルツインは、クラウド上のビューアで約1万5,000人の従業員が利用しています。
計画担当者は現地に行かなくても、仮想空間で工場内を歩き回って寸法を測り、拠点や時差を越えてレイアウトを検討できるようになりました。
同社は、計画の手間や設備投資を抑え、計画ミスを減らせるとしています。ハンガリーのデブレツェン工場では、計画から検証までを完全に仮想空間で行い、量産開始の2年以上前に仮想空間での生産立ち上げを実現しました。
- 詳細はこちら
事例2 渡辺鐵工：図面のない現場を点群化し、配管の干渉と危険な高所計測を削減
引用：https://infipoints.elysium-global.com/case-study/watanabe-tekkou
北海道と静岡を拠点に、製紙工場の配管や大型タンクの新設・メンテナンス工事を手がける渡辺鐵工は、現場の計測に課題を抱えていました。
高所の計測には足場や高所作業車が必要で、準備が難しい場合は、はしごでの不安定な作業になることもありました。
計測の時間や工場への立ち入り回数にも制約があり、測りきれなかった箇所は図面を推測で補うしかありませんでした。
その結果、施工時に配管が干渉し、現場での改造や人員の追加が必要になることもあったといいます。
そこで3Dスキャナーで現場を点群化し、配管や鋼材をCADモデルにしたうえで、新しい設備のモデルを重ねて工事内容を可視化しました。
点群を使うことで手戻りが減り、安全かつスムーズに工事を進められるようになったとしています。
今後は、設備の搬入シミュレーションで既設設備との干渉を事前に確認する取り組みも予定しています。
- 詳細はこちら
事例3 Amsted Rail：工場をスキャンしたデジタルツインで、没入型の安全教育を実現
約150年の歴史を持つアメリカの鉄道車両部品メーカー、Amsted Railでは、実際の設備を使った訓練に危険が伴い、内容が限られていました。
新入社員や協力会社の作業者に、口頭や2Dの資料だけで危険箇所を伝えるのも難しい状況でした。
そこで約2.8万㎡を超える施設を数週間で3Dスキャンし、工場のデジタルツインを構築しました。
危険な場面を仮想空間で再現し、アバターを使ったロールプレイングや共同訓練を、実際のリスクなく行えるようにしています。
同じデータは施設改修のシミュレーションにも活用しており、従来の2Dでの設計に比べて、検証にかかる時間を大幅に短縮できたとしています。
- 詳細はこちら
工場の3DスキャンならForgersの「RITTAI SCAN」
私たち株式会社Forgersが提供する「RITTAI SCAN」は、iPhoneやiPadだけで工場や作業現場を3D化できるスキャンアプリです。
- 全体はメッシュ、細部は3DGSで使い分け：広い空間は寸法も測れるメッシュで、設備の細部は実写のような3DGSで記録できます。
- 撮ったその場ですぐに完成：データの処理は端末上で数分ほどで終わり、必要な場所だけ手軽に測り直せます。
- マニュアル・安全教育にそのまま活用：3D/ARマニュアル「RITTAI MANUAL」に取り込み、作業手順の伝承や安全教育に使えます。
初期費用はかからず、無料トライアルもご用意しています。
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まとめ
本記事では、工場の3D化の基本から、現場が抱える課題、3Dデータで解決できること、進め方、活用事例までを紹介しました。
工場を3D化すると、図面がない建屋でも現況を正確に記録でき、レイアウト変更や設備搬入の検討をパソコン上で進められるようになります。
さらに3Dデータは、VRによる安全教育や技術継承、ロボット・フィジカルAIの導入、デジタルツインの構築など、これからの工場づくりを支える基盤にもなります。
かつては大型の機材と専門の技術者が必要だった3Dスキャンも、いまではiPadなどの身近な端末で手軽に始められるようになりました。
まずは気になるエリアを1か所スキャンしてみるところから、工場DXの第一歩を踏み出してみてはいかがでしょうか。
