CNCオートメーションでフレキシブル製造システム構築 — 生産性と効率を向上

フレキシブル製造システムで工場生産性を向上させたいですか？ CNC工作機械で独自のフレキシブル製造ソリューションを構築したいですか？

この記事では、これらの自動化・半自動化製造ソリューションがどう機能するか、フレキシブル製造のメリットを理解し、適切なCNC工作機械と技術を用いてフレキシブル製造ソリューションを構築する5つの方法を学べます。

フレキシブル製造システム（FMS）とは？

フレキシブル製造システム（FMS）とは、製造部品やプロセスの変更に適応できるよう、ある程度の柔軟性を持たせて製造システムを構築することです。こうしたシステムには2種類の柔軟性があります：

• ルーティング柔軟性：システムが新しい部品や製品タイプを生産する能力を変更することを指し、
• 機械柔軟性：異なる機械が同一ワーク上で同じ操作を実行できることを指します。

部品製造工場では、FMSは2台以上のCNC工作機械、自動マテリアルハンドリング、工具ハンドリングソリューションを統合することがあります。これにより、FMSは所定のスケジュールに基づき、最小限の手動介入で、繰り返しながらも多様な操作や、ワーク上の操作順序変更を実行する柔軟性を持ちます。

FMSのサブセットとして、フレキシブル製造セル（FMC）があります — これは一般的に1台の機械と、材料または部品を扱うパレットやその他自動化システムを含みます。初期投資と継続的運用コストが、複数CNC機械を用いた本格的FMSより低いため、このようなソリューションの方が一般的です。

フレキシブル製造システム/セルのメリットと特徴

ますます多くのメーカーが生産施設でフレキシブルソリューションを選択しています。彼らと同様、貴社も以下の複数メリットを享受できます。

第一に、これらのシステムはシステムで処理される異なる部品を識別・区別する能力を持ちます。これにより、作業指示の迅速な切り替えや、製造プロセス中の一品種から別品種への切り替えが可能になります。

第二に、フレキシブル製造システム（FMS）とフレキシブル製造セル（FMC）は、生産ラインで24/7マシニング戦略を採用可能にします。

FMSとFMCベースの施設はまた、貴社が「多品種少量」生産の課題に対応できることを保証します。これにより、スペースと人員といった利用可能リソースをより効果的に活用できます。

フレキシブル製造は、機械が新しい部品や材料をロードする必要がある際の非生産時間も削減します。

フレキシブルシステムは先進国で長年導入されてきましたが、そのメリットにより、現在では低コスト製造国でも人気が高まっています。こうした自動化ソリューションは、機械オペレーターの生産性を大幅に向上させます — 上昇する労働コストと熟練労働力不足を考えると重要な考慮事項です。

FMSとオートメーションでは、生産施設の設計、管理、運営により資格のあるオペレーターを雇用する必要があります。しかし、これらの資格あるオペレーターはより効果的で生産的です — 経営者と従業員のウィンウィンです。

自動化ソリューションを備えたフレキシブルCNC製造システムの5つの特徴

今日、あらゆるニーズ、スペース、予算に対応する幅広いフレキシブル製造自動化ソリューションが利用可能です。しかし、貴社のCNC加工システム向けソリューションには何が必要でしょうか？

ここでは、より重要な5つの特徴を紹介します。

#1 CNC工作機械の互換性と柔軟性

まず、製造システムはワークピースまたは工具のどちらかを柔軟に交換可能にすべきです。

自動ワークピースチェンジャー（AWC）を使用し、機械のATC（自動工具交換装置）内の異なる工具で様々な部品を加工できます。例として、AWC 8または20ステーション、最大60工具ステーションATCを備えたワキノのD2-5AX 5軸マシニングセンタがあります。

あるいは、ワキノマルチパレット（HMP）のようなマルチパレットシステム（MPS）を採用できます。これは400×400mmまたは500×500mmの2種類のパレットサイズで利用可能です。これらは1台または2台の機械で、以下の設定レベルで利用可能です：

1台の場合：1ティア/レベルで7パレット

2ティア/レベルで14パレット

3ティア/レベルで21パレット

2台の場合：1ティア/レベルで4パレット

2ティア/レベルで8パレット

3ティア/レベルで12パレット

各HMPシステムには、通常、機械工具設定のレベル1にワンセットアップステーションが含まれます。こうしたマルチパレットシステムは、以下のワキノCNC工作機械で利用可能です：

• VESTA-660 / VESTA-850B / VESTA-1000+ / VESTA-1050B / VESTA-1300 / VESTA-1300B / VESTA-2000
• SIRIUS-UM+ / SIRIUS-UL+ / SIRIUS-UZ / SIRIUS-UX
• M3-5AX / M4-5AX

また、中央に1つのHMPを配置した任意の2台の機械とも連携可能です。これはパレット数を減らした2台機械バージョンになります。必要に応じて、1台の3軸CNC機械と1台の5軸CNC機械を組み合わせることもできます。

こうしたシステムは、ワキノ機械とワキノオートメーションシステムの購入と共に提供されます。

#2 一貫性と繰り返し可能な加工プロセス

FMSとFMCソリューションの第2の特徴は、一貫性と繰り返し可能な生産を達成する能力です。多品種少量生産におけるプロセス順序変更、生産量変動、設計変更等のバリエーションをより良く処理できるよう調整可能です。

#3 工具と治具設定のフレキシブルな管理

より高いモジュール性のおかげで、フレキシブルで交換可能な工具と治具を実際の生産前にセットアップできます。しかし、CNC機械の内部ソフトウェアが工具状態を監視し、工具寿命が尽きる際にタイムリーな警告を出し、手動交換または「シスターツール」による自動交換が可能であることが重要です。

効果的な工具準備はFMSにおける重要な規律です。これにより、様々な治具を新しい原材料や部品と共に、タイムリー、体系的、問題なく整理できます。工具/治具部門と機械オペレーターの間を接続・調整することで、より良く整理された材料フローと切削工具管理プロセスを設計できます。治具、新材料/部品、切削工具のタイムリーな割り当ても、FMC/FMSシステムのダウンタイム回避に役立ちます。

工具監視システムの例はワキノのM-Visionです。自社工場でのFMSシステム運用経験から開発・完成されたもので、鋳造部品の幅広い選択肢加工や自動車部品の大量生産など、多様なFMSシステムに対応できます。さらに、ワキノM-Visionで単一機械や複数のFMS/FMC配置ユニットの状態を監視できます。

#4 共通プログラミング標準

相互運用性を確保するため、標準化された利用可能なソフトウェアの使用を検討すべきです。これによりエンジニアとオペレーターが同じファイルにアクセス・共有できます。標準的な運用パラメータとコーディング手順により、同じ工具を同じ方法で使用し、繰り返し可能な結果を生み出せます。これはまた、利用可能な工具の範囲を知り、それらを機械のより大きなマガジンに保管すべきことを意味します。

注：ATCツールマガジンが大きすぎることには注意が必要です — コストがかかるだけでなく、工具が長期間適切なメンテナンスなしで保管されることになり、ツールホルダーテーパーが汚れ、時間とともにスピンドル精度に悪影響を及ぼす可能性があります。これを防ぐには、定期的なクリーニングプログラムを確保してください。

#5 定期的な予防メンテナンス

フレキシブル製造におけるベストプラクティスの一つは、定期的な予防メンテナンスプログラムを含めることです。

露出した可動機械部品の定期清掃、チップ除去、オイルレベル/クーラント/エアフローのチェックといったシンプルなタスクは、軽視されがちです。長期的には、これがフレキシブル加工プロセスに悪影響を及ぼし、機械とシステムの全体効率を低下させます。要するに、清掃、補充、交換 — 初期機械コスト以上の節約を、長期的な生産性と精度の確保で享受できます。

まとめと結論

フレキシブル製造システムは、ショップフロア生産性を向上させ、品質部品を期日通り毎回生産するコスト効率の良い方法を提供します。また、単品、中小ロット、シリーズ生産まで多くの部品バリエーションを少量製造可能にし、多品種少量生産を実現します。

FMSとFMCシステムを導入することで、生産スケジュールの効率を高めながらダウンタイムを最小化できます。時間とともに、製造システムを複製・拡張し、競争力を向上させられます。

これにより、貴社のようなメーカーは、より多くの新しいオーダーを受けられるだけでなく、より幅広いオーダーを処理でき、施設のボトムラインパフォーマンスを改善できます。