デジタル化により、自動車部品のセル生産が 20% 増加

ウィスコンシン州に本拠を置く自動車部品メーカー Felss Rotaform LLC (ウィスコンシン州ニューベルリン) は、注文の規模と量の増加により、新しいデュアルロボット機械管理セルを通じて業務を拡大しました。同社は、ロータリースエージング、アキシャルフォーミング、チューブエンドフォーミングプロセスを使用した精密部品のサプライヤです。同社の継続的なプロセス改善の目標を達成するために、新しいセルは以前の製造セルよりも安全で、高速で、柔軟性が高い必要がありました。

自動化の複雑な性質に対処するために、同社はシーメンスとシステム インテグレータの IAS Inc. (ウィスコンシン州ニュー ベルリン) に連絡を取りました。これは、統合されたロボット工学と制御技術におけるイノベーションと専門知識の実績があるからです。 6 か月後、Felss Rotaform はデジタル化された統合製造セルを運用していることに気付き、会社の生産性と収益性の記録を破っていました。

Felss Rotaform には、次世代ロボット セルの要件を検討する際に、いくつかの目標がありました。まず、新しい高速 PLC を導入して個々の部品のフルサイクル ターンアラウンド タイムを短縮することで、生産性を向上させたいと考えていました。

第二に、誰がセルに入るのをより適切に制御できる、より高度な安全ソリューションを探求したいと考えていました。古いセルでは、メンテナンス担当者がセル内にいるときに誤って機械の電源がオンになり、その担当者が負傷する危険がありました。これを回避するために、Felss Rotaform は、再起動後にセルが空であることを保証する自動プロセスを必要としていました.

第 3 に、セル切り替えの柔軟性を高めたいと考えていました。これにより、同社は、より多様な製品範囲をテストし、顧客に提供できるようになります。古いセルでは、新しいプロセスが実行されるたびにセル全体を再プログラムする必要があり、実行に数日かかることもありました.

Felss Rotaform の当初の目標は、新しいセルの各パーツのフルサイクル ターンアラウンド タイムを 48 秒にすることでした (以前のどのセルよりもはるかに高速です)。このソリューションの設計と実装により、部品製造​​プロセス全体が最大 38 秒短縮され、効率が 20% 向上しました。 Felss Rotaform の電気制御エンジニアである Chad Due 氏によると、新しいセルが実装されると、複雑な切り替えのダウンタイムが数日から数時間に短縮され、通常のスケジュールされた切り替えでは、実行に 8 時間かかっていたものがわずか 15 分で済みました。

「この新しいセルは、以前は 3 シフトで完了していたものを 2 シフトで生産できます。これにより、24 時間で 600 個の追加部品を生産することができます。さらに、セルの収益性は 13% 増加しました」と、Due 氏は述べています。

Siemens のアカウント マネージャーである Richard Parkhurst 氏は、IAS が Felss Rotaform の目標を達成する上で強力な位置付けになることを知っていました。 「ソフトウェア開発を厳密に行うインテグレーターもいれば、ハードウェアの構築と組み立てに熟練しているインテグレーターもいます。 IAS は、ロボット工学や安全工学の能力など、必要なスキルと専門知識をすべて組み合わせてもたらしました」と彼は言いました。

IAS は、必要な速度、信頼性、柔軟性、および安全性を提供することにより、Felss Rotaform がその目標を達成するのを支援する上で、シーメンス製品が重要であると認識しました。たとえば、Ethernet ベースの Siemens PROFIsafe デジタル通信バックボーンは、マシンと周辺の安全性を制御するためにセルに組み込まれるように設計されています。さまざまな PLC とロボットの間で安全な通信が提供されます。 PROFIsafe は、セル内のデバイスからメイン PLC にステータス情報を中継し、
標準通信と安全通信の両方が単一のバス システムを介して行われるため、古い技術に比べて大きな利点があります。

PROFIsafe ソリューション内のすべてのセンサーとアクチュエーターは、I/O ステーションに関係なく、分散安全コンセプト内で自由にプログラムできます。この柔軟性により、オペレータはアクチュエータを選択的にオフにすることができます。その他の利点には、フェールセーフ通信、高度な診断、およびダウンタイムの短縮に役立つホット スワップ機能が含まれます。

Profinet インターフェースを内蔵した Siemens Simatic S7-1500 PLC も、動作速度の向上に大きな役割を果たしました。高速バックプレーン バスは、高いボー レートと効率的な伝送プロトコルを備えているため、高速信号処理において重要なパフォーマンス上の利点が得られます。

IAS アプリケーション エンジニアであり、メイン ロボティクスおよび PLC プログラマーである Simon Vancina 氏は、次のように述べています。機能、比較的コンパクトなフォーム ファクタ、低コストです。」

シーメンスの TIA ポータルは、すべての PLC と HMI をプログラミングする際に、時間とエンジニアリング リソースを節約する上で重要な役割を果たしました。 TIA ポータルを使用すると、シミュレーション ツール、プログラマー生産性ツール、および追加の診断によって、市場投入までの時間が短縮されます。

「TIA Portal のおかげで、自分が書きたいようにコードを記述でき、必要なときにいつでもプログラミング言語を切り替えることができます」と Vancina 氏は述べています。 「たとえば、TIA ポータルでは、単純な論理セクションを読みやすくするためにラダー ロジックを選択し、コードの次の行で構造化テキストなどに切り替えて、より複雑なプロセス制御や計算を実装することができました。ほぼすべての PLC でさまざまな IEC 61131-3 プログラミング言語を使用できますが、TIA ポータルを使用すると、それらを独自の効果的な方法で組み合わせることができます。これは非常に便利な機能で、コードの開発時間を短縮し、このシステムをより迅速にオンラインにすることができました。」

プロジェクトが実施されると、Felss Rotaform はすぐにその主要な目標を超えたメリットを実感しました。大手自動車メーカーは常に新製品のテストに取り組んでいます。彼らは、サプライヤーがテストプロセスを支援してくれることを期待しています。テスト段階で最も反応の良いサプライヤーは、多くの場合、新しいビジネスで報われます。

Felss Rotaform の新しい製造セルは、製品テストを念頭に置いて設計されました。 1 週間で 6 つの異なる新しい部品番号を実行できますが、別のセルでは 1 か月かかります。

新しいセルは、欠陥部品を検出する能力も大幅に向上しています。 Felss Rotaform のようなメーカーにとって、トレーサビリティは運用コストを削減する上で重要な役割を果たします。セルは、欠陥部品を検出して別のビンに配置することで、欠陥部品の出荷を防ぐのに役立ちます。また、欠陥が頻繁に発生する場合はセルを停止してオペレータに警告することもできます。欠陥のある部品が出荷され、顧客によって発見された場合、それは出荷全体の返品を意味する可能性があり、サプライヤーには数十万ドルの費用がかかります.

IAS とシーメンスは現在、2018 年に実装される 2 つの同様のロボット セルをテストしており、より高度なデジタル マニュファクチャリングのためのより優れたメンテナンス追跡が含まれています。この新しいシステムは、マシンが稼働している時間を追跡し、主要な重要部品が予測されたサイクル時間のしきい値に近づいていることを示します。

検討されているソリューションの 1 つが MindSphere です。これはクラウドベースのオープンなモノのインターネット (IoT) オペレーティング システムであり、セキュリティ リスクの軽減や接続されたマシンやプラントの可用性の向上など、さまざまな機能を提供するアプリを備えた接続プラットフォームとして機能します。

さらに、新しいシステムには予測分析が組み込まれており、潜在的な問題に関するアラートをセルのマスター コントロールに送信します。 「新しいシステムは、交換が必要なものと、システムに必要な部品の種類を教えてくれます。パーツを取り付ける前にスキャンすると、そのマシンに適したパーツかどうかがわかります」と Vancina 氏は言います。

シーメンスの詳細については、www.siemens.com にアクセスするか、847-640-1595 に電話してください。 IAS から www.iasworldwide.com にアクセスするか、866-243-2402 に電話してください。