スマートプロトタイピングにおけるAI：効率化とコスト削減の変革

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投稿日：2019年11月26日 | 執筆：WayKen

最初のコンピュータ開発以来、ITはあらゆる産業に着実に進出し、機能のかなりの部分、あるいは支配的な部分を占めるようになりました。この割合は、電子制御システムと管理ソフトウェアの発展に伴い年々増加しています。スマートプロトタイピングは、ITが全プロセスの効率を高めコストを削減できる多くの分野の一つです。その潜在的解決策の一つが、製造目的での人工知能活用です。

今日のプロトタイピングにおける人工知能

AIの一部は既にプロトタイプ製造で使用されています。これらは最前線技術ではありません。特定のAIソフトウェアとハードウェアの使用には、商業的に実行可能で完全であることが要求されるからです。しかし、一定の進歩は達成されています。例えば、搬送ロボットはメーカーによって広く採用されています。非常に柔軟で、コンパクトながら重量物を持ち上げられ、人間作業者と協調動作可能で、絶対的に安全です。このようなロボットは、移動対象物のどこに触れ、どこに置くかを判断するため、マシンビジョンに大きく依存しています。また、一部の製造システムにはAI自己調整システムが搭載されています。工作機械が加工中に部品の表面仕上げを測定し、切削パラメータの調整が必要なら自動的に実行します。

これらの例は、AIが将来プロトタイピングをどう改善できるかの氷山の一角に過ぎません。

AIがプロトタイピング効率をどう高めるか

機械は既に、様々な単純労働、計算、システム監視で人間に取って代われます。しかし、今日人間の仕事と機械の仕事を分けるのは意思決定です。機械にはパワーと強さがありますが、意思決定は人間が行います。AIが発展するにつれ、機械が自ら意思決定を始めます。パーツをどうピックし、何にも衝突せずにどう移動し、どう正しく配置するか……それが最も簡単なステップ。次に、プロトタイピング工場のパーツフローをどう整理し全納期を守るか、CNCプロトタイプ加工の最適パラメータをどう選ぶか、CNC加工の最適材料をどう選ぶか、などなど。ここでの可能性は巨大で、AIの能力にのみ依存します。

最近の技術開発により、近い将来の潜在的進歩が見えてきました。スマートプロトタイピングへのAI活用の可能性を見ていきましょう。

卓越した精度のためのマシンビジョン

現代産業は小型化しています。生産量の話ではありません。ハードウェア回路、マイクロチップ、それに伴う筐体とアプライアンス全般が小型化しています。一方で精度要求は上昇しています。一部産業では、要求精度と製造速度が人間の能力を超えています。そこでプログラムされたロボットが生産ラインで人間に代わり、人間は製造速度は遅いが柔軟性がより重要なプロトタイピング領域に移りました。しかし、サイズはさらに小さくなり続けています。人間が微小アセンブリに対応できなくなった時、高精度AIロボットが彼らに取って代わるでしょう。このようなロボットは、マシンビジョンのおかげで量産向けロボットよりはるかに柔軟です。

真に柔軟なプロセス

意思決定はプロセス計画に不可欠な機能です。現在、ソフトウェアの知能能力はかなり限定的です。複数の異なるセットアップを持つ複雑な生産チェーンを計算し、工場内の全プロジェクトの総タイムラインを推定することはできます。しかし、必要な工程に基づいてパーツが通るルートを生成するのはエンジニアです。彼が工程を設備に割り当てます。これは経験に基づいて行われます。プロセス自体は効率的でも、全体像で見れば、多数の異なる単一プロトタイプ、小ロット、モックアップモデルが工場で同時進行し、ボトルネックを生み、一台の設備が200%負荷で他がアイドル状態になることがあります。

AIを搭載したプロセス計画ソフトウェアの次のステップは、プロセス、工程、さらには機械工場のレイアウト全体を自由に配置できる完全な自由を与えることです。AIソフトウェアは1秒で数千の組み合わせを計算し、より良い解を生成します。

危険作業のためのより安全なワークスペース

製造はしばしば危険を伴います。だからこそ換気、照明、化学物質接触、個人防護などの基準があります。現代では人間が全ての危険な仕事をするためこれらは必要です。なぜか？それらの仕事には意思決定や柔軟性が必要だからです。まさにAIがロボットにもたらすとされる二つのことです。雇用安全規制はプロトタイピング企業に多額の追加コストをもたらし、それが製品価格上昇につながります。それらのルールと規制を必要としない作業者がいると想像してください。搭載内容により、ロボットは不合理に有毒な環境、高温、水中、暗闇、凍結環境で作業できます。そして彼らは問題なく働けます！

モバイル展開がプロトタイピングショップに革命をもたらす

AIを全工作機械、ローディングロボット、制御機械に追加し、それらを同期させ、単一の統合された生物のように振る舞わせるとどうなるでしょうか？

現代の自動車組立ラインは、ワークが特定の作業場を通過し、各場所で単一工程が実行される剛直な構造です。これは大量生産に最適ですが、システムは極めて非柔軟です。

AIは、我々が知る設備レイアウトと生産ラインに革命をもたらせます。複数の接続されたモバイルユニットが、あらゆる部品を加工できるよう自己組織化します。中央制御システムがどの設備ユニットが必要かを判断し、それらを配置します。これを製造ラインではなくロボット協調と捉えてください。AI意思決定とロボットのモバイル展開の組み合わせにより、毎日、さらには単一部品ごとに新しい機械工場レイアウトを作成でき、人々を場所移動させるのと同じ時間で完了します。