ジョブ ショップ:自動化の時間です!

多品種少量の環境では、自動化は難しすぎると思いますか?もう一度考えてみてください

通常、ロボットとジョブ ショップは一緒に語られることはありません。結局のところ、自動化が大量生産にのみ適していることは誰もが知っており、典型的なママ アンド ポップ オペレーションは、多品種少量の非常に複雑な作業の注文でいっぱいになるスケジュールです。セットアップが週に数回、あるいは毎日行われるこの環境で、誰がロボットを必要とするでしょうか?

ただし、次の記事に進む前に、いくつかのことを検討してください。まず第一に、多くの専門家は、所有者が自分自身に何を言おうと、ジョブ ショップは業界で最も低い機械使用率に苦しんでいると示唆しています。総合設備効率 (OEE) の値が 50% 以下であることは珍しくありません。自動化は、この数値を改善する明確な解決策です。

また、ジョブ ショップでは機械の切り替えがより頻繁に行われるため、セットアップ関連の作業を行うには、より熟練した機械工とプログラマー (給与が高く、見つけるのが難しい人) が必要です。これにより運用コストが上昇し、追加作業の機会が減り、24 時間体制の生産が非常に困難になります。したがって、熟練労働者が不足していることを考えると、実装が簡単な道ではないかもしれないとしても、自動化はあらゆるジョブ ショップの聖杯となるはずです。

プラグ アンド プレイの可能性

問題は、どこから始めるかです。 Zach Spencer にはいくつかのアイデアがあります。マサチューセッツ州サドベリーにある Methods Machine Tools Inc. のカスタム提案エンジニアである彼は、特に新しい工作機械の購入の一部として自動化が含まれている場合、自動化はプラグアンドプレイに近いものになる可能性があると述べています。

「私たちは 15 年近く前に JobShop Cell を開発しましたが、それ以来、FANUC RoboDrill 向けの最も人気のある自動化ソリューションの 1 つになりました」と彼は言いました。 「これは、毎日少なくともいくつかの切り替えがあり、フロア スペースが制限されており、あるパーツから別のパーツに簡単に切り替える柔軟性が必要なショップ向けに設計されています。」

JobShop Cell は 2 つの構成で利用できると彼は説明しました。 1 つはオーバー/アンダー コンベア配置を使用して原材料をロボットに運び、完成した部品を取り出します。もう 1 つは、ワークピースと材料の保管用の一連の引き出しを含むキャビネットを使用します。どちらも FANUC ロボットを使用して機械 (または Methods の Twin RoboDrill JobShop Cell の場合は 2 台の機械) のロードとアンロードを行い、状況によっては CNC を何時間も、または完全なシフトで無人にする方法を提供します。

より大量の場合、メソッドは、中規模から大量のジョブ向けのマルチパレット、エレベータースタイルの自動化システムである Plus-E と、機械のセットアップと操作を自動化したいショップ向けの Plus-K を提供しています。ツールホルダー、プリロードされた万力、および治具を交換する機能を備えています。 「これらの 5 つのバイスがパーツ A、次の 2 つのバイスがパーツ B、その次のバイスがパーツ C、次の 10 個がパーツ D であるとシステムに伝えることができます」とスペンサー氏は言います。 「あとは材料を積んで帰るだけ。両方の Plus シリーズ マシンは、RoboDrill と一緒に設置できる自己完結型のユニットであり、自動化に簡単に移行する方法を探しているショップに最適です。」

トロリーに乗る

メソッドだけがこのアプローチを採用しているわけではありません。ウィスコンシン州ハートランドにある Lang Technovation Co. のオペレーション、テクノロジー、およびインサイド セールスの責任者である Eric Nekich 氏は、同社の RoboTrex 自動化システムは FANUC ロボットと最大 4 つの可動トロリーを使用しており、それぞれに多数のバイスが事前に取り付けられていると述べています。たとえば、RoboTrex 52 は、トロリーごとに最大 42 個の万力を保管でき (部品サイズとトロリー構成に基づく)、潜在的に 168 個のワークピースの無人加工を提供します。

JobShop Cell と同様に、RoboTrex は自己完結型で完全に保護されていますが、さまざまなマシニング センターのブランドやモデルと統合することもできます。唯一のハードルは、システムで使用するために必要な Lang の Makro-Grip 5 軸バイスのいくつかに投資する必要があることに頭を悩ませることです (偶然にも、ドイツの Lang の工場で 50 台の RoboTrex を装備したマシニング センターで製造されました)。 . 「しかし、RoboTrex USA システムを使用するとスピンドルの稼働時間が大幅に増加するため、これは非常に迅速な ROI を伴う投資です」と Nekich 氏は述べています。

Michael Gamache は、ウィスコンシン州ニューベルリンに本拠を置く Gamache Systems のビジネス開発マネージャーです。Gamache Systems は、Metalcraft of Mayville の一部門であり、米国における RoboTrex システムの専属インテグレーターです。彼は、一部の顧客が新しいワークホールディング システムへの投資をためらう可能性があることを認識していますが、それを行う優れた理由をいくつか提供しています.

「ビジネス オーナーとして、万力が安価でないことは理解していますが、自動化の観点からは、高品質のワーク保持は戦いの半分です」と彼は言いました。 「繰り返し正確な方法で原材料をロボットに届ける必要があり、Makro-Grip システムはこれを達成するための最良の方法の 1 つです。さらに、ロボットが多種多様な原材料サイズではなく万力を処理するため、システムのセットアップと操作は非常に簡単です。このため、1 つのプログラムですべての部分が機能します。」

理解する

ミネアポリスに本拠を置く Kurt Manufacturing – Industrial Products Division の設計エンジニアである Tyler Mardaus は、彼の会社のアプローチが Lang によって提案されたものとは大きく異なるにもかかわらず、高品質のワーク保持の必要性に同意しました。 「当社のカスタム エンジニアリング ワークホールディング (CEW) チームは、多くのソレノイド制御の複動式油圧システムを設計しています」と彼は言いました。 「油圧はより高い psi を提供するため、手動のワーク保持よりも大きなクランプ力を提供します。一方、ソレノイドはロボットまたは機械制御による万力の電子的作動をサポートし、真に自動化されたシステムを作成します。」

彼は、ショップは最も大量の仕事をターゲットにして自動化の旅を始める必要があると付け加えました.また、機械加工可能なジョーを備えたバイス (または複数のバイス) を使用できる部品がある場合、これらは段取り替え時に交換できるため、セットアップ時間が短縮されます。投資に関しては、油圧ポンプと配管の必要性を避けることはできませんが、ショップの既存の手動万力を油圧に適したナットとネジのアセンブリで改造することは可能かもしれません.

「閉ループ制御システムの作成に努めるべきです」と Mardaus 氏は言います。 「これは、ある種の部品着座確認装置を取り付けることから始まりますが、サイクルを開始する前にバイスが正しい力でクランプされていること、およびロボットが部品を取り外そうとする前にバイスがアンクランプされていることも確認する必要があります。ワークピース。これらのステップはすべて、自動加工ソリューションにとって非常に重要です。」

ワークホールディング交換のスピードアップ

セットアップ時間の短縮に関する Mardaus のコメントは的を射ています。結局のところ、仕事を変えるたびにコストのかかる何時間ものダウンタイムが発生するのであれば、なぜわざわざ自動化によって人件費を削減する必要があるのでしょうか?彼が言及したクイックチェンジジョーは、開始するのに最適な場所ですが、予算が許せば、Lang の Makro-Grip (およびその他) のようなゼロポイントポジショニングシステムを使用すると、ワーク保持交換を 1 分間の演習に変えることができます。後処理されたツールパス、ツールホルダー、切削工具、工作物、工作物保持具、および工作機械自体を評価するシミュレーション ソフトウェアを備えた、堅牢な CAM 機能も必要です。

また、ミシガン州アナーバーにある Zoller Inc. のビジネス開発担当ディレクタである Dietmar Moll 氏が説明したように、ショップは、オフライン プリセット システムと関連ソフトウェアから始めて、工具管理を最優先する必要があります。 「あらゆる自動化戦略の最大のメリットの 1 つは、機械の手入れやその他の付加価値のない作業がロボットやコボットに引き継がれ、資格のある担当者がより重要なタスクを実行できるようになることです」と Moll 氏は述べています。

オフラインでのツールの事前設定はこれらのタスクの 1 つですが、徹底的なジョブ プランニング、ツールホルダーのメンテナンスと編成、切削工具の検査、製造現場データの分析も必要です。この目的のために、Zoller はツール設定をはるかに超えたさまざまなソリューションを提供しています。そのブロンズ、シルバー、およびゴールド レベルのツール管理ソリューション (TMS) により、ショップは必要に応じてその機能を向上させることができ、生産プロセスとツール関連の資産に対する可視性が大幅に向上します。また、これらは Zoller の協調型ロボット »cora« と通信できるため、ツールのクリーニングや保管などのツールルーム タスクを自動化することで「ループを閉じる」役割を果たしている、と Moll 氏は付け加えました。

同様に、同社の統合ツール ストレージ ソリューションは、これらの資産を整理するのに役立ち、ダウンタイムと非効率性をさらに削減します。そして、作業が完了すると、これらの同じシステムを使用して工具をベビーベッドに戻し、性能を確認し、残りの工具寿命を記録できます。 「これにより、工場はどの切削工具がうまく機能し、どの切削工具が機能していないかをよりよく理解できるようになり、プロセスをさらに改善して工具コストを削減できるようになります」と彼は言いました。

スケジュールの提案

堅牢なツール管理は、工作機械とロボットの両方の利用に不可欠な、ジョブ スケジューリングの重要な部分でもあります。 Moll にとって、これは次のジョブが何であるか、そしてそれらを実行するためにどのツールが必要かを知ることを意味します。 Daniel Carranco にとって、それはそれ以上の意味を持ちます。特に自動化のコンテキストではそうです。テキサス州ウッドランズにある Global Shop Solutions Inc. の継続的改善担当ディレクターである彼は、自動化されているかどうかにかかわらず、すべてのショップが優れた ERP とスケジューリング システムを導入する必要があると指摘しました。機械加工プロセス。

ただし、その方程式の監視とデータ収集の部分を達成するには、統合しやすい ERP ソフトウェア、工作機械、ロボット工学が必要です。 「顧客が自社の機器を当社のシステムに統合したいと考えていたにもかかわらず、その機器で使用されているソフトウェア プラットフォームを使用することはほとんど不可能であることがわかったという状況がありました」と彼は言いました。 「したがって、統合された実稼働環境を追求するすべての人への最初のアドバイスは、すべてが効果的に通信できること、および交換されるデータの種類と量について全員が明確であることを確認することです。」

コミュニケーションは、以前よりも多くのことを意味するようです。 ERP システムは長い間、製造現場の人間からデータを収集することに優れていましたが、現在では、ロボットやマシン コントローラーからもデータを収集する必要があります。さらに、このデータには、ユビキタスなジョブ数、生産時間、およびユーザーが期待するようになった完了 (または廃棄) 数量が含まれているだけでなく、リアルタイムの材料消費、検査および部品の品質情報、機械およびロボットのステータスも表示される場合があります。など。

「確かに、今日はかつてよりもはるかに多くの情報を利用できます。適切な ERP ソフトウェア、機器、および統合があれば、そのすべてをシームレスかつ自動的に収集できます」と彼は言いました。 「そうすることで、継続的な改善のためのまったく新しい機会が提供されますが、さらに重要なことは、従業員がより重要なことに集中できるようになることです。とにかくむらがあることが多い手動のデータ収集に無駄な時間を費やす必要がなくなり、人々はプロセスの計画と分析に取り組むことができます。」

ベスト プラクティスの促進

カランコが示唆したように、これらのテクノロジーは、ショップの自動化計画に関係なく追求されるべきであり、すべてがオペレーションをより効率的にし、OEE レベルをはるかに高くするのに役立ちます。そして、ロボットやマテリアル ハンドリング システムの実装という次のステップに進むと、投資ははるかに早く元が取れるでしょう。すでに説明した構成済みのシステムを気にしない、または使用できないと仮定すると、問題は「どのロボットを購入し、どのように実装する必要があるか?」ということになります。

ディーン・エルキンズは、1 つをお勧めできます。オハイオ州マイアミズバーグにある Yaskawa America Inc. の Motoman Robotics 部門のマテリアル ハンドリング部門のセグメント リーダーである Elkins 氏は、ジョブ ショップは、マシン テンディング、部品のバリ取り、自動組立、ロボット溶接など、さまざまな適切なロボット アプリケーションを提示することが多いと述べています。ただし、これらのアプリケーションに適した機器を見つけるには、十分な評価と知識のある人々との話し合いが必要です.

「自動化への投資を正当化するかどうかは、いくつかの要因に左右されます」と Elkins 氏は述べています。 「明らかに、生産量が多ければ多いほど、それを自動化することが理にかなっています。しかし、量が少なくても、ショップがセットアップ時間を可能な限り短縮するために必要な措置を講じていれば、繰り返し作業を行うことで利益を得ることができます.処理時間が単純な部品と同様に、稼働時間が長い部品も良い候補です。」

Elkins 氏によると、ほとんどのジョブ ショップでは、小型から中型の床置き型ロボット (つまり 5 ～ 25 kg のペイロード) があれば、部品のバッチのバリ取り、木箱一杯のブラケットの溶接、またはその後の CNC 旋盤の手入れを行うのに必要なすべてであることがわかります。みんな一晩家に帰った。ただし、それには、グリッパー、工作機械へのインターフェース、および場合によってはプログラミングおよびシミュレーション ソフトウェアと同様に、ある程度の安全ガードが必要になります。

明日、今日

そして訓練を忘れないでください、と彼は警告しました。自動化は以前よりもはるかに簡単になりましたが、経験豊富なジョブ ショップのオーナーは、トレーニングに追加投資を行い、ショップのロボット工学を管理する専任のスタッフを配置する予定です。とはいえ、特に床面積が懸念される場合、協働型の力制限型ロボットは非常に人気が高まっています。ロボットには自動交換またはクイック交換グリッパーを装備できるため、柔軟性が向上します。ビジョン システムは多くの場合、部品搬送システムをなくすか、少なくとも簡素化できます。また、ロボットにそのタスクを教える機能は、オフライン プログラミング システムの必要性を減らすのに役立ちます。 「考慮すべきことがたくさんあります」とエルキンズは言いました。 「だからこそ、自動化に関心のある人には、宿題をして質問し、評判の良いインテグレーターと提携することをお勧めします。」

ウィスコンシン州ワウケシャの Acieta LLC は、そのような企業の 1 つです。オペレーション担当副社長のスティーブ アレクサンダーは、すべてのインテグレーターが平等に作られているわけではないと警告しています。 「あなたのタイプの仕事の経験があり、ロボット自動化プロジェクトを実装するためのスキルレベルを持っている人と一緒に仕事をするようにしてください」と彼は言いました. 「参考文献を入手し、彼らの以前のインスタレーションを見に行き、彼らの仕事の質を理解してください。産業用ロボットは 10 年以上使用できるように設計されているため、セル内の他のすべてが自動化された環境向けに設計されており、ロボット自体と同じくらい信頼できるものであることを確認する必要があります。」

そうすることで、わずか数か月の投資収益率 (ROI) につながる可能性がありますが、おそらく 1 年または 2 年がより現実的な予測です。もちろん、その多くはアプリケーションに依存しますが、ロボットの種類も重要な役割を果たします。 Elkins 氏が指摘したように、協働ロボット (コボット) は、主に使いやすさと、人間の近くでの操作がより安全に見えることから、ここ数年で大流行しています。しかし、外見は欺くことができます。協働ロボットは、いわゆる「産業用ロボット」よりも遅く、精度が低いため、ROI が低下する可能性があります。確立された安全手順に従わないと、最も友好的な協働ロボットでさえ、人間に危害を加える可能性があります。

これが、Elkins 氏と他の人々が、ロボットの設置に関するリスク評価を強く推奨する理由です。彼はまた、自動化の初心者にとって最善のアプローチは、小さく簡単に始めることだと提案しました。 「追加のプロセスや複雑さを検討する前に、単一の問題点を見つけて、まずそれを克服してください」と彼は言いました。 「工場のオーナー、機械のオペレーター、統合を行う人々など、誰もが安心してより大規模な、またはより複雑なプロジェクトに移行できるように、すぐに成功を収めたいと考えています。時には、最大の課題は従業員の賛同を得ることです。ロボットが人間に取って代わるのではないかという懸念は常にあるため、ロボットを実装の一部にすることが重要です。彼らを教育し、ロールアウトに参加させてください。ロボットが実際に仕事をより簡単に、より面白くすることに気付いたとき、彼らはあなたの最大のチアリーダーになるでしょう。」