CNC加工の革命：インダストリー4.0による変革

インダストリー4.0は現実のものとなりつつあります。もはや疑う余地はありません。大手企業や国家レベルでもこのイニシアチブへの投資が進み、成果は有望視されています。インダストリー4.0とは、あらゆるIT技術を駆使して、より効率的で自動化された生産方式を実現する新しい製造コンセプトです。この概念は、現代の多くの製造プロセスと設備に大きな影響を与えるでしょう。最も先進的な製造分野の一つがCNC加工技術です。現代の加工手法と工作機械が、製造パラダイムの変革によってどう影響を受けるかを見ていきましょう。

ビッグデータによる意思決定

次世代産業の主要ポイントの一つは「ビッグデータ」です。データベースの規模とコンピュータの情報格納・処理能力が飛躍的に向上し、CNC加工工場の現在および過去の全作業情報を一元管理できるようになりました。それだけでなく、コンピュータとニューラルネットワークが蓄積された加工データを分析し、切削パラメータ、クランピング、切削工具選択などを最適化できます。これにより、機械技師へのアドバイスが可能となり、作業をより容易かつ効率的にします。

予防保全

5軸マシニングセンタ、旋盤、研削盤などの工作機械には多数のセンサーが搭載され、ビッグデータ監視システムが稼働中に情報をオンラインで収集します。これには多くの利点があります。まず、センサーが公差を推定し、工具が過度に摩耗した際に、チップの座標やカッターの直径を変更することで補正できます。

さらに進んで、空気圧ポンプに微細な欠陥があったとします。当初は正常に動作していましたが、時間経過とともに摩耗が加速しました。センサーがこのポンプの圧力を監視し、正常範囲から外れることを完全に故障する前に検知できます。これにより、機械技師は事前に交換部品を手配し、機械が故障して更なる損傷を受ける代わりに、短時間のダウンタイムで交換できます。

プロセス計画改善のためのデータ収集

あまり知られていませんが、工作機械が実際に金属合金を切削している時間は稼働時間のわずか25〜40%です。残りの60〜75%は、前工程から加工部品が到着するのを待機しています。インダストリー4.0の工作機械技術では、全設備が単一のデジタル管理システムで統合され、一つのセルとして機能します。管理システムが部品製造に必要な工程、ひいては工場内の全部品について把握していれば、驚異的な速度で様々な素材ルートを計算できます。新しい部品が追加されればルートを調整し、インテリジェントな自動製造システムを構築できます。実際の切削割合、ひいては効率が大幅に向上します。

自動化・仮想化された品質管理

品質管理は常に複雑な課題でした。自社で高精度測定器を備えた検査室を持つか、外部委託するかのどちらかで、追加の時間とリソースが必要でした。インダストリー4.0をもたらす新たな技術革命により、工作機械に多数のセンサーが搭載され、機械が素材を切削している間にセンサーが提供するデータを評価することで、部品公差、表面粗さ、硬度などの特性を推定できるようになります。製造プロセスを一時停止せずに部品を評価できるため、全体的な検査時間も短縮されます。

工作機械工場の自動化された資材供給

機械加工工場の完全自動化管理には多くの利点があります。製品ライフサイクル管理の一環としてエンタープライズリソースシステムを用いた完全なリソース管理に向けた歩みは既に始まっていますが、改善の余地はまだあります。プロジェクト用の材料や資材を発注してから納品を待つ間に、相当な生産ダウンタイムが発生します。自社の在庫材料と次期プロジェクトで必要となる材料が分かっていれば、このダウンタイムは回避できます。製造現場を管理するニューラルネットワークは両方を実現できます。資材在庫を監視し、部品のモデルや設計が機械加工工場に届いた時点で、その製造に必要な材料と工具を予測できます。部品表（BOM）を自動生成し、資材会社へ自動発注することさえ可能です。これにより、工作機械工場全体が資材不足で待機状態になることはありません。製造システムが新しい部品の加工準備を整えるのに合わせて、資材がジャストインタイムで到着します。

クラウドマシニング

コンピュータ支援製造（CAM）システムとクラウド技術は、IoT（モノのインターネット）の構成要素として、エンジニアや機械技師が様々な工作機械にリモートアクセスし、遠隔地から操作セットアップを行えるようにします。クライアントが自分の部品のCADモデルをアップロードするだけで、あとは自宅に届くのを待つだけという、新たなオンラインマシニングサービスが登場します。エンジニアとの打ち合わせや、図面承認のための長時間の待ちは不要になります。製造がオンラインショッピングと同様になり、唯一の違いは全製品がカスタムメイドであることです。

新たな自動化製造システム

インダストリー4.0が到来すれば、機械自動化とシステム統合は、工作機械工場のレイアウト変更を必要とするレベルに達します。ロボット製造装置が加工プロセスに統合され、ワークのロード/アンロード、クランプ/アンクランプ、品質チェック、切削工具交換などを担います。工作機械（または複数台）が仮想管理システムとロボット装置と連携し、いわゆる「製造セル」を形成します。これは機械技師なしで稼働でき、金属や複合材を供給するだけで加工が可能です。