すべての人のための自動化

自動化はかつては大きな工場だけのものでしたが、今では小さなジョブ ショップにもメリットがあります

インダストリー 4.0、熟練した製造労働者の継続的な不足、COVID パンデミックの複合的な影響により、ジョブ ショップの自動化が加速しています。

これまで以上にカスタマイズされたロボットおよび材料搬送オプションが利用可能になったことで、小規模な製造業者がより多くの生産量を生産できるようになり、オペレータはより付加価値の高い作業に移ることができました。従業員を保護する必要性と相まって、個人用保護具 (PPE) の需要が急増しているため、店舗の自動化への取り組みも強化されています。

オハイオ州ロレインに本拠を置く Absolute Machine Tools の最高マーケティング責任者である Courtney Ortner は、パンデミック中に明らかに増幅された自動化の利点を次のように簡潔にまとめています。社会的距離について心配する必要はありません。また、多くの店舗が検疫により従業員を失っているため、これにより、スタッフを失っても店舗を運営し続けることができます。また、オートメーションの使用により、完全自動製造機能がより一般的になっていることも忘れてはなりません。協働ロボットを使っても、金曜日の夜にジョブを設定し、月曜日の朝までに完了することができます。多くの場合、生産サイクルを先取りすることができます。」

コボットの行進

自動化された製造の話題になると、ロボットが最初に思い浮かぶことがよくあります。彼らの人間に安全なバリアントであるコボットは、セットアップの容易さ、柔軟性、ペイロードの点で改善を続けています。

15 年前に導入されて以来、ボストンのユニバーサル ロボット (UR) のユニットは、特に多品種少量の環境で、ジョブ ショップの主力となっています。 2019 年に導入された 16 kg 可搬バージョン (UR16) により、UR は、ロボットが生産ワークフローに適合できる範囲を押し広げ続けています。

2020 年は特に忙しい年だったと、UR の北米マーケティング責任者である Joe Campbell 氏は述べています。 2 つのテーマが浮かび上がってきました:パンデミックによる再編成と新しい生産モデルの採用です。

特に小規模な店舗では、限られた土地を隅々まで効率的に使用する必要に迫られており、従業員の社会的距離を保つためにコボットを導入しています。 「3 つのツールのクラスターがある場合は、1 つまたは 2 つのコボットを配置して、オペレーターに余裕を持たせます。」

さらに、ショップはコボットがどのように収益を向上させることができるかを認識しています。 「ショップは、平日のみのスケジュールで別の見方をしており、製造チームはより柔軟に対応できるようになっています。」ある UR のお客様は、週末シフトを作成し、多くのチーム メンバーが新しい機会を受け入れていることに気付きました。他の例では、以前は機械のセットアップと積み込みを行う熟練したオペレーターを 1 人雇っていたショップが、積み込み機能用のコボットを追加し、オペレーターが複数の機械を監督しています。

UR ユニットは、店舗での段取り時間を節約します。タッチスクリーンを介して床、壁、または天井で機能するように設定できます。他のロボットは、多くの場合、特定の向きに合わせて特別に構築されています。サイクル時間も短縮されます。特に、UR 協働ロボットはデュアル グリッパーを使用して構成し、完成した部品を同時にアンロードして新しいブランクを挿入できるためです。

UR の柔軟性にとって重要なのは、協働ロボットを一連のサードパーティ製機器およびソフトウェアと組み合わせる機能です。キャンベル氏によると、これらは UR+ プログラム (UR の「一種のアプリ ストア」) を通じてアクセスされます。 UR ロボットの機械的、電気的、およびソフトウェア インターフェイスが公開されており、サード パーティがこれらの仕様を満たす製品を開発しています。 「さらに重要なことは、彼らがテストと検証のためにそれらを提出してくれることです。グリッパーがプラグアンドプレイであると言うなら、それはテスト済みだからです。」

UR の 288 の周辺機器のエコシステムには、パーツ マガジン、ビジョン システム、センサー、取り付けオプション、ロボット カバー、アプリが含まれます。たとえば、Hirebotics の Beacon を使用すると、オペレーターはクラウド経由でコボットを監視できます。 「生産統計を見て、その場で調整することができます」と Campbell 氏は言います。

3 月には、UR+ プログラムが拡張され、グリッパーなどのコンポーネントとソフトウェアを組み合わせて「特定のアプリケーションの問題を解決する」アプリケーション キットが含まれるようになりました。 Robotiq による 1 つのキットには、オービタル サンダー、取り付け用ハードウェア、真空ホース、および家具やキャビネットなどの製品の研磨プロトコルをユーザーがプログラムできるようにするソフトウェアが含まれています。 「複雑な輪郭を数日ではなく、数分でプログラムできます」と Campbell 氏は言います。一方、UR の ActiNav キットは柔軟なマシン ローディング キットであり、ユーザーはビンから部品を取り出して、正確な向きでさまざまなマシンにロードできます。 「1 時間以内に新しい部品をシステムに導入できます。」

ショップが自動化を採用するためのもう 1 つの鍵は、仮想トレーニングのオプションです。 UR は最近、UR 協働ロボットのプログラミングと展開に関する無料のトレーニング モジュールを備えた UR アカデミーを通じて、100,000 人以上のオペレーターをオンラインでトレーニングするというマイルストーンを達成しました。

「トレーニングを受けるために 1 週​​間の大半を 3 人の主任機械工をオフサイトに派遣しなければならない場合、生産は打ちのめされます」と Campbell 氏は言います。小規模なショップは、「トレーニングの 90% をオンラインで行えることに本当に魅力を感じています。」

将来のための高速読み込み

パンデミックによる自動化への圧力に加えて、米国への生産拠点の回帰は、ジョブ ショップ向けのロボットと積み込み機器のもう 1 つの主要な原動力です。

ウィスコンシン州ワウケシャにある Acieta LLC のプロダクト マネージャー兼機械エンジニアである Jake Corning は、次のように述べています。パンデミックが始まって以来、関心と注文が増加しています。彼らは、社会的距離、病気の従業員、および/または生産能力に影響を与えるシャットダウンの時でも、機械を稼働させ、部品を製造し続けることでロボット工学が提供する利点を理解しています。」

さらに、グローバル サプライ チェーンが混乱しているため、「彼らはまた、パンデミックによって膨大な量のオンショアリングが米国に持ち込まれることもわかっています。自動化を受け入れなければ、パンデミック前よりも深刻な労働力不足に直面することになります。最終的に、パンデミックがわが国にもたらした悲劇にもかかわらず、米国の製造業者はすでにロボット技術をより快適に受け入れており、競争力を向上させ、労働者の仕事の満足度と忠誠心を向上させ、米国の消費者により競争力を与える利点を見出しています。

Acieta は、少量多品種のルーチンに特に適したさまざまなソリューションを提供しています、と Corning は説明しました。

「FastLOAD CX1000 および CR2000 システムは、初めてのロボット ユーザーにとって使いやすいように設計されています。 「CR2000 のタッチ スクリーン インターフェースにより、さまざまなパーツ サイズでロボットを簡単に実行できます。オペレータは部品パラメータを入力するだけで、システムが自動的にプログラムを調整して新しい部品を実行します。ロボット グリッパーと部品固定具は、さまざまな部品サイズに柔軟に対応できるため、多くの異なる部品を同じシステムで実行できます。」

CR2000 の切り替えは数分で完了できます。また、CX1000、CR2000、および DR2000 システムは、オペレーターが部品をロードまたはアンロードしている間もロボットが稼働し続けるように設計されています。 「これにより、十分な入荷部品がある限り、機械は休憩時間、昼食時間、シフト外でもノンストップで稼働できます。」

車輪に取り付けられた CX1000 は、作業現場での操作が簡単です。また、複数のクイックチェンジ フィクスチャリング カート オプションも利用でき、ファナックの CRX-10iA/L ロボットを使用しています。 「お客様の課題がより複雑または大規模である場合、当社のカスタム ソリューションは、ビジョン、エンド オブ アーム ツール チェンジャー、フレキシブル フィクスチャリングなどのテクノロジーを使用して、多品種少量部品の実行用に設計することもできます。」

Acieta に付随するマシン テンディング セルは人気があることが証明されている、と Corning は述べています。 「これらは、さまざまな部品で動作するように設計された標準的なロボット システムです。事前に設計された標準製品であるため、従来のカスタム システムよりもはるかに安価で、最短 1 週間で納品できます。 3 つのシステムはすべて、一度に複数の工作機械を扱うことができます。さらに、当社の CX1000 および CR2000 システムは協働ロボットを利用しており、安全フェンスを必要としないため、フロア スペースの使用を最大化するのに役立ちます。」

初めて自動化するジョブ ショップの場合、優れた出発点はコラボレーション CX1000 である、と Corning は述べています。自動化によって作業員は繰り返しの作業から解放され、「ロボット システムのプログラミングやメンテナンスの方法を学ぶことができます。以前は 1 台の機械を扱っていたオペレーターが、複数の機械のロボット システムを管理できるようになりました。」

本質的な問題の解決

マサチューセッツ州サドベリーにある Methods Machine Tools Inc. は、機械加工とジョブ ショップ固有のニーズを深く理解しており、より熟練した労働力を創出しながら、より多くのビジネスをもたらすことを目指して、製造業者の自動化を支援しています。

「優秀な機械工がもっと必要です」と、ファナックのメソッドのオートメーション マネージャーであるジョン ルシエは断言します。 「それがロボットが私たちを助けてくれるものです。ロボットは工場がより多くの仕事を得るのを助け、より多くの機械工を働かせることができます。」よく訓練された機械工は、機械の積み降ろしをするのではなく、「機械をセットアップし、ツールを選び、プログラムを書いています」。

他のサプライヤーと同様に、Methods もパンデミック関連の自動化が急増しており、特に人工呼吸器の部品の製造が急上昇していると彼は述べています。

ルシエ氏は、パンデミックの前に、自動化を初めて検討していた少量のショップをたくさん訪れたことを思い出しました。週に 2 ～ 3 回セルを交換して約 5,000 個の部品を生産する中量生産のオペレーションが一般的になりつつあり、Methods はそのような環境向けにコンベヤベースの Job Shop Cell Pro ラインを提供しています。調整可能なレーン ディバイダーにより、小さいパーツと大きいパーツをすばやく切り替えることができます。もう 1 つの一般的なオプションは、20 ～ 40 個の部品を収納できる穴のあるスチールまたはアルミニウムのプレートを特徴とする一連の引き出しです。

ワークホールディングも重要な考慮事項です、とルシエは付け加えました。自動バイスは比較的単純なソリューションです。 「スイングクランプなどを使えば複雑である必要はありません。それは、空気圧または油圧で開閉する古き良きチャックまたは万力のようなものであり、独自のジョーを作成しています。これは、多くのショップが約 50 個の部品を実行して行っているのと同じです。

少量の部品の場合、ロットサイズが 1 の場合でも、Methods は Plus-K および Plus-K 60 ロボット ロータリー ストレージ カルーセル システムを提供します。 「私たちはロボットをパーツ固有のものにしているのではありません。ロボットは、それが小さな万力であろうとパレットであろうと、一般的なワーク保持具を機械に出し入れできるように設定されています。ロボットは、ワークホルダーの前面にある共通の機能をつかむように設定されています。」部品は手動の万力に積み込まれ、ロボットはパレット積み込みシステムのように機能するように事前にプログラムされています。エンドユーザーのプログラミングは必要ありません。このシステムは、RoboDrill の標準ツールの提供も強化し、21 個からオプションの 161 個のツールになります。

このようなソリューションを使用すると、通常、ジョブ ショップは 12 ～ 18 か月以内に投資を回収できます。 「私たちの目標は、ロボット セルを取り、インフィード システムに部品を入れて午後 5 時に帰宅し、2 ～ 6 時間の稼働時間を得るために、2 ～ 3 シフトで実行するよう説得することです。あなたが計画している作業の 80% を処理する自動化されたシステムを手に入れることができれば、私たちはかなりうまくいっています。」

Informing Methods のソリューションは、ジョブ ショップとの長年のつながりであり、ジョブ ショップがどのように機能するかについての知識です。たとえば、彼はしばしばショップに、独自のスチール製またはアルミニウム製のグリッパーを機械加工できることを思い出させます。また、ロボットにあらかじめ用意されているプログラムを微調整することは、CNC プログラミングよりも簡単です。同社の自動化統合グループは、クーラントや切りくずから工具回転、工具寿命、バリ取りなど、工作機械を取り巻く問題を鋭く認識しています。

「ロボットを工作機械に搭載する場合は、それを行うロボット インテグレーターが必要です」とルシエ氏は締めくくりました。 「ロボットのメリットを正当化するのは難しいことではありません。」

ニーズの評価、スピードの追加

自動化に対するジョブ ショップのニーズを理解することは、生産性を向上させるために必要な量を徹底的に評価することから始まります。

クライアントに採用されると、Absolute の Ortner 氏は次のように述べています。予算内で作業しながら計画を立てます。」

アブソリュートは、コボットからパーツ ハンドリング、モニタリングまで、一連の標準的な自動化機器を提供するだけでなく、「ターンキー パッケージも提供しています」とオルトナー氏は述べています。 「私たちは最善の解決策と思われるものを調達し、それらのサプライヤーと協力して成功を確実にします。」

適切な機器の調達における Absolute の経験は、明らかに成果を上げている、と彼女は指摘しました。 「OB7 コボットを使用しているあるクライアントは、効率が 20% 向上し、シフトのスクラップが大幅に減少しています。彼らは、この特定の実行で納期を 2 週間短縮することができ、より高い ROI のための追加作業のためにマシンまたはセルを開くことができます。また、反復的な作業を頻繁に行う必要がないため、会社に対する労働者の補償請求が少なくなり、労働者が頻繁に病気で電話することもなくなり、[ショップ] で多くのお金を節約できます。」

他のショップが発見したように、他のタスクにオペレーターが利用できるようになったことは、多くの場合、「品質管理チェックなどのプロセス全体に貢献する時間が増えたことを意味します。彼らは単にボタンを押すだけではなく、プロセス管理により深く関与しており、退屈や疲労が少ないのです。」

これらの利点を得ることは、驚くほど費用対効果が高い可能性がある、と Ortner 氏は付け加えました。 「Productive Robotics のコボット ラインは、基本的な CNC パッケージで 34,900 ドルからです。基本的な CNC パッケージから、複数のコボット、コンベヤ、インプロセス ゲージング、部品提示方法を使用して完全に統合されたセルにアップグレードできます。」

より多くのアウトプットを監視する

工場がジョブをスケジュールどおりに維持し、より多くのプロジェクトを無人で実行できるようにするために、イリノイ州バーノン ヒルズにある Mitsubishi Electric Automation Inc. は、機械監視用の MTConnect ベースの Integrated Machine Analytics (IMA) を提供しています。 IMA Mobile アプリは、マシン監視への簡単にインストールできるエントリを提供します。

IMA を使用することで、店舗は「生産をよりよく理解できるようになり、ジョブを正確にスケジュールして、利用可能なマシンと作業時間を最大限に活用し、より多くのジョブに対してより正確に入札することができます」と、IMA モバイル サービス プロダクト マネージャーの Robert Brodecki 氏は述べています。三菱電機オートメーション用。

必要なハードウェアは、イーサネット ケーブルと、複数のマシンを接続する場合のハブ/スイッチだけで、1 台のマシンをセットアップするのに 5 ～ 10 分しかかからない、と彼は説明しました。 「低コストのポイントにより、ユーザーは数日以内に ROI を確認できます。特に、無人または完全消灯の生産を実行していて、マシンの故障により生産時間が失われ、後になるまで発見されなかった場合はなおさらです。 IMA Mobile の通知により、どこにいても、マシンが切断を停止したかどうかを 10 ～ 15 秒以内に知ることができます。」

マシンの監視により、スループットが大幅に向上する、と彼は付け加えました。 「実行状態を見るだけでも、多くのジョブ ショップでは通常、使用可能な時間の 25 ～ 40% の間でマシンがジョブを実行しています。 IMA Mobile を介して現在のステータスを簡単に監視することで、何らかの理由で生産を停止したマシンにすぐに対応できるため、50% 以上にすばやく移行できます。これも、マシンから直接取得した実際のデータです。マシンがどれくらいの時間、アイドル状態で、またはオフになっていたかを推測する必要がなくなります。」予想外の停止による生産の損失なしに、より少ない労働者 (または無人) でより多くのシフトを実行することにより、使用可能な機械の時間を拡張します。

IMA Mobile を使用すると、オペレータは付加価値の高いタスクに移行できます。「ジョブが終了したり、注意が必要なものによって中断されたりすると、アプリが通知してくれることを知っています。」

Brodecki 氏によると、IMA は比較的低コストで導入できるため、ユーザーは「生産を理解し、改善を行うだけでなく、機械が稼働し続けていることを確認しながら、より単純な無人加工プロジェクトを開始できます。すべてが MTConnect 標準に基づいて構築されているため、ユーザーがより詳細でカスタマイズ可能な監視システムに移行することを決定した場合、マシンを再度接続するために料金を支払う必要はありません。新しいソフトウェアを MTConnect エージェントにポイントするだけで、マシン データにすばやくアクセスできます。」

COVID の時代の自動化にとって、その導入の容易さは特に重要であると彼は結論付けました。 「企業はより多くの自動化を目指しているため、これは理にかなっていますが、自動化する領域を特定するための正確な生産データがなければ、どこでどのように行うのかを正確に知ることは困難です.パンデミックが始まった当初、私たちが話していた多くの企業は、マシンの監視についてまだ迷っていました。パンデミックが長引き、企業はもはや自動化とリモートワーク ソリューションを避けられないことに気づき、これらのプロジェクトをリストのトップに移動させています。」