製造現場におけるロボット自動化の隠れたメリットを引き出す

スタビテックがロボットを導入した理由を知るために、工場の中へ入る必要はありません。ルイジアナ州パークスにある同社生産施設の外には、目立つ「採用中」の看板があり、トップに「CNC マシニスト」が掲げられています。スタビテックがサービスを提供する石油・ガス業界の好況が続く限り、この看板は掲げられたままでしょう。同社がロボットを導入したのは、限られた労働力を最大限に活用しながら工作機械に素材を供給し続けるためです。現在の受注量を正当化できるだけの熟練製造人材を、雇用市場で確保できないからです。

実際、共同オーナーのキース・ブッテ氏は、工場がもう 1 台ロボットを購入することはほぼ確実だと言います。同社の自動化への取り組みがもたらした予期せぬメリットにより、投資は二人の予想を大きく上回る収益性をもたらしました。

熟練スタッフには簡単すぎる仕事

スタビテックは、石油・ガス掘削用のダウンホールツールを多品種製造しています。この製品レンジ自体が、同社を特徴づける一因です。スタビテックの前身は 25 年前に設立されましたが、直近 3 年間の一連の買収により、穴を掘るためのコンポーネントだけでなく、穴を計測・評価する診断用ハードウェアまで、単一ソースで製造するメーカーへと変貌しました。

方向掘削が専門分野です。スタビテックは、垂直に地中へ入り、徐々に弧を描いて水平に地下埋蔵層へ到達する方向掘削システム用の機械加工部品を提供しています。ブッテ氏は、方向掘削製品を提供する様々な OEM のニーズに合わせ、方向掘削システムコンポーネントを設計しています。

これらのコンポーネント製造の課題は、一部の部品が熟練加工を要求することです。最大 3 度曲がる地下ハウジングセクションは、旋盤で通常とは異なるセットアップを必要とする旋削加工で製造されます。具体的には、片端を真直ぐに旋削した後、もう片端をセンターラインからオフセットしたセットアップで、意図的に「曲がった」形状に旋削します。一般的な旋削部品なら極めて重大なエラーとされるランアウトや平行度からの逸脱が、これらの部品では意図的に加工されます。こうした部品は熟練オペレータが担当しなければなりません。

スタビテックの問題は、これらの熟練従業員が不足していること、そして他の加工業務が彼らの時間をあまりに多く消費していることでした。トランスミッション部品が典型例です。これらは、地中で徐々に曲がりながらも地下ドリルを回転させ続ける、いわばユニバーサルジョイントのコンポーネントです。トランスミッション部品はハウジングセクションと同等に重要かつ高価値ですが、セットアップははるかに単純です。スタビテックは、これらの部品を天井クレーンで工作機械に搬入する、比較的非熟練な作業に、貴重な熟練労働力を浪費していました。熟練労働力の需要を採用で賄えないと判断した経営陣は、既存の熟練労働力を解放するため、こうした工程を自動化することを決断しました。

しかし、どう自動化するのが正解だったのでしょうか。同社によれば、ロボット自動化は最初に検討した選択肢ではありませんでした。

ロボットセルを選んだ理由

トランスミッション部品は顧客によって大きく異なりますが、共通しているのは旋削、フライス、穴あけの組み合わせが必要なことです。そのため、経営陣は当初、マルチタスキングマシンこそが、より省人化した加工を実現する正解だと考えました。以前は、各部品を旋盤とマシニングセンターの両方で加工していました。旋削・フライス・穴あけを 1 サイクルでこなせるマシンに切り替えれば、オペレータが関わる工作機械は 1 台で済み、役割が縮小されます。

しかし、詳細な分析の結果、マルチタスキングマシンはこの用途に最適ではないことが判明しました。一つの欠点はコストです。貫通穴の穴あけ・ボーリング加工が必要なため、長い工具に対応できる長いストロークを持つマシンが必要です。仕事をこなせる十分な大きさのマルチタスキングマシン 1 台の価格は、スタビテックが最終的にロボット、旋盤、マシニングセンターの組み合わせに支払った総額と同等でした。

もう一つの欠点はスループットです。マルチタスキングマシンは、ワークを旋削するかフライス加工するかのどちらかしかできず、両方を同時に行えません。旋盤とマシニングセンターに作業を分担させれば、異なるワークでこれらの加工を同時に実行でき、生産性が高まります。ロボットによる反復可能なロードは、複数マシンを経由するプロセスで典型的なハンドリングやセットアップエラーのリスクを排除します。

ロボットセル採用の決定打は、再び労働力キャパシティの問題に帰着しました。マルチタスキングマシンでも労働力需要は減らせますが、オペレータがマシンにワークをロードする必要があります。一方、ロボットセルなら、トランスミッション部品の加工において、長時間にわたり労働力をゼロにできます。

現在、これらの部品は、FANUC ロボティクス R-2000iB ロボット（可搬質量 165 kg）が、マイティ USA バイパー VT36CL-2000 CNC 旋盤とハース VF-5XT 立形マシニングセンターの両方をロード/アンロードするセルで生産されています。同社は、日中のオペレータ解放と夜間無人稼働の継続を根拠に、セル全体の投資を正当化しました。しかし、セルが稼働し始めると、自動化生産から他の、非常に実質的な投資回収源が見えてきました。

予期せぬメリット

それらの追加メリットは以下の通りです：

1. 契約単価の改善。スタビテックはロボットを多品種少量生産モードで使用しています。受注ロットは 10 個程度であることも珍しくありません。しかし、まとまった数量を安定して生産できる場合、ロボットの安定した生産により、タイミングとコストを確実に予測できます。その予測可能性が、よりタイトなマージンを許容します。その結果、短期受注加工と年間契約生産の価格差は、ロボットセルで他のどの生産リソースよりも大きくなっています。この価格メリットを基に、これまで年間生産契約を結んだことのなかった顧客が、スタビテックと契約するようになりました。

2. 内製化の容易化。ロボットセルによりトランスミッション部品のキャパシティが拡大したことで、同社はこれまで外注していた様々な部品を自社内に取り戻せるようになりました。以前は、これほどの加工を内製化しようとすれば、新しいマシン 6 台とそれを担当する新入社員 6 名が必要と思われていました。ロボットセルがこの図式を変えました。自動化セルは、大量の潜在キャパシティを、コンパクトな 1 システムに集約したものです。この集約されシンプルなキャパシティが大量の仕事を吸収し、大幅な内製化を可能にしました。

3. 顧客 IP の保護。スタビテックは油田に直接販売せず、OEM 向けに部品を製造しています。つまり、市場に出る前に OEM の設計情報にアクセスできます。外注を制限してこれらの設計を社内に留めることで、顧客の信頼を獲得できます。したがって、ロボットがもたらす内製化キャパシティは、単なる効率上の利点ではなく、マーケティング上の強みでもあります。

4. 新規ビジネスへの足がかり。トランスミッション部品の加工ニーズが自動化の論理的なターゲットでしたが、スタビテックはすぐに、それらの市場における位置づけもまた、ロボットセルでの生産に理想的であることに気づきました。スタビテックは方向掘削で知られ、新設計の方向掘削トランスミッションシステムを製造したい OEM からよく相談を受けます。このコア製品を自動化で最高の品質で作ることが関係構築につながり、さらなるビジネスチャンスを呼び込みます。つまり、自動化を使って「足がかりとなる部品」で最高の仕事をせよ、ということです。

5. より高い柔軟性。直感に反するかもしれませんが、同社はロボット搭載マシンの方が、人間が監視するマシンより柔軟だと言います。ロボットは新しいプロセスを「即座に学習」できるからです。人間はそうはいきません。人間の従業員は、変更された手順に対して訓練を受け、徐々に移行する必要がありますが、ロボットなら古い習慣に戻ることなく、1 日で再配置・再プログラミングが可能です。

まさにそんな変更が間もなく行われようとしています。現在、トランスミッション部品の加工の大半が旋盤側で行われており、マシニングセンターが頻繁に待ち状態になっています。そのため、スタビテックはこのセルに旋盤を 1 台追加し、旋削作業を分担させます。ロボットは、現在の 2 台ではなく、3 台のマシン間でワークを搬送するよう再プログラミングされます。この新しい旋盤は、現在のものほど大型である必要はありません。長工具を使う穴あけ・ボーリングは最初のマシンに残るからです。こうして、比較的安価な工作機械 1 台分の投資で、自動化セルの潜在生産性をさらに引き出せます。

さらなるキャパシティへ

次にロボット自動化の候補となるのは溶接だとブッテ氏は言います。加工と同様、単純で反復的な溶接作業が、従業員をより高度なスキルを要する仕事から遠ざけています。加工分野でロボットが単純作業の自動化の価値を実証しました。実は、ロボットが人間の従業員と「似ている」場所が一つあります。同社のグローバルショップソリューションズ ERP システムです。ロボットに従業員コードを与え、手動ロード/アンロードの代替としてそのパフォーマンスを追跡できるようにしています。この追跡に基づき、同社はロボットがトランスミッション部品加工の労働コストを 76% 削減し、加工キャパシティを 49% 向上させたことを数値で示せます。

まだ獲得できるキャパシティがあります。第 2 旋盤追加後、最も大きな残りの制約は床面積になるとブッテ氏は予測します。そんな単純な要因がこれほど重要になるのは意外かもしれませんが、スタビテックの場合、この制約は確かにボトルネックになっています。単純に、ロボットのリーチ範囲内に配置できる素材ストックの量に限りがあるのです。その結果、このスペースがセルの生産量を規定しています。事実、この制約のため、セルはまだフル 24 時間稼働には至っておらず、通常 1 日 16～20 時間の稼働にとどまっています。このシンプルな障壁を克服するため、同社は垂直ラックシステムの導入を検討しています。これにより、セルのアウトプットが劇的に増大する見込みです。