ロボット自動化でスイス・プロダクションズの二次加工を無人化

この動画はスイス・プロダクションズ社の概要と、無人加工を可能にしたロボット導入を紹介しています。（動画提供：Swiss Productions Inc.）

 

ショップにとって理想的な生産シナリオは、1台の設備で部品を完結加工することです。カリフォルニア州ベンチュラのSwiss Productions Inc.にはその加工技術があります。しかし、一部のジョブでは、CNC旋盤で一次加工した部品がフライス盤で二次加工を必要とし、それに伴ってセカンドオペレーション機械をオペレーターが担当する必要があります。通常はそうです。

しかし、Swiss Productionsは最近、コンパクトな二次加工用CNCフライス盤2台を担当する協働ロボット（コボット）2台を導入しました。この新しい自動化により、日中の長時間無人運転と、夜間8時間の完全無人運転が可能になり、週4日勤務で週64時間の夜間無人加工時間を獲得しました。

さらに、コボットには産業用ロボットに必要なフェンスなしで人間と安全に協働でき、直感的にプログラミングでき、必要に応じて他の設備へ容易に再配置可能という利点があります。

しかし、Swiss Productionsが導入したロボットには、これらすべてのメリットに加えてもう一つあります。それが第7軸です。従来の6軸ロボットと比較し、工作機械のドアなど障害物を避けて手首のように動き、狭いスペースで作業するための追加的な柔軟性を提供します。実際、同ショップの2台のロボットは、機械ドアを閉め、自らサイクルスタートボタンを押すことまで行い、以前は機械を担当していた人々を、単なるロード/アンロードより価値の高い業務へ解放しています。

OB7の安全センサーにより、近くに人がいない時は高速動作、人が近づくと人体安全速度に減速または停止。（写真提供：Swiss Productions Inc.）

アームを持つ自動化

1982年にわずか12台のネジ切り盤でスタートしたSwiss Productionsの成長は目覚ましく、現在では50台以上のネジ切り盤、30台の二次加工機、10台のビデオ検査ステーションを擁します。精密機械加工ショップとして、直径0.019インチ（約0.48mm）から2.5インチ（約63.5mm）までの部品を加工可能。ハイボリューム運営で、医療、エレクトロニクス、航空宇宙、自動車、灌漑、政府向けに月産200万個以上を生産しています。

50台以上のネジ切り盤、30台の二次加工機、10台のビデオ検査ステーションを備え、直径0.019インチから2.5インチまでの部品を加工可能。

Swiss Productionsは、二次加工用フライス盤の手動担当がボトルネックになり、顧客要求に追いつけなくなっていることを発見。2018年、ティモ・ランスフォード副社長/ゼネラルマネージャーとその叔父、Swiss Productions上級副社長のリチャード・ペトラッシュ氏が、同社の2台のセカンドオペレーション用ハースVF2ミニミル向けの様々なマシンテンディングロボットモデルを調査・特定しました。

「プロダクティブ・ロボティクス社を選んだのは、地元企業で、ユーザーフレンドリーなロボットを迅速にセットアップできるからです」とランスフォード氏。「4台のロボットをテストしましたが、何度もOB7に戻ってきました。」

ランスフォード氏のこのロボットへの評価は、その設計と使いやすさに根ざしています。ロボットの初期セットアップでは、内蔵キャスターとレベリングフットで機械に簡単に移動・固定できます。その後、コードでプログラミングする代わりに、オペレーターがロボットのハンドル（アーム先端）を握って必要な動きを「教示」します。これには部品複雑性により15〜40分かかります。ロボットはその時点でフローティング状態で自由に動かせます。例えば部品をプレートからピックアップさせたい場合、オペレーターはロボットを部品まで引っ張り、ハンドルのボタンを押してグリッパーを閉じさせます。これで「この部品をピックアップする」という意図をロボットが理解します。次に、オペレーターが部品を持ったロボットを目標位置まで動かし、そこでもう一つのボタンを押してグリッパーを開き、部品を離します。

従来の6軸ロボットと比較し、OB7の第7軸は障害物を避けたり狭い作業スペースで動作したりするための追加的な柔軟性を提供し、人間の腕のような動きを実現します。ボガート氏によれば、第7軸がロボットを人間の腕のように動かす要因であり、ロボット市場でユニークな特徴だとしています。

ロボットはSwiss Productionsのオペレーターによって、担当するミニミル内に手を伸ばし、完成部品を把持して横に移動し、部品を保持しているコレットをブローで清掃するよう教示されました。クイックターン半径で機械ドアを閉め、ドアがしっかり閉まったことを確認し、前の位置から180度回転してサイクルスタートボタンを押します。

プロダクティブ・ロボティクス社長のザック・ボガート氏は、同社がロボットプログラミングを知らないオペレーターをターゲットにしていたと語ります。「『人が別の人に仕事のやり方を教えられるなら、人とできるだけ近い方法でロボットに仕事を教えられないはずがない』と考えました」とボガート氏。

プロダクティブ・ロボティクスは、ロボットを人間の脳のように働かせることも目指しています。「ロボットを作る際、ロボットの7つの関節それぞれが自分自身について学習するプロセスを経ます」とボガート氏。ギア、ベアリング、モーターなど内部仕様を学習し、精密かつスムーズに動けるようになります。このプロセスは各関節あたり約15〜20分かかります。

プロダクティブ・ロボティクスとSwiss Productionsは協働以来、緊密な関係を築いています。ランスフォード氏は、OB7導入を検討中の他社が見学できるよう、自社ショップをプロダクティブ・ロボティクスのショーケースとして提供しています。訪問企業は、ロボットがショップの能力にどう統合されたかを自分の目で確認できます。

「プロダクティブ・ロボティクスとのビジネス/作業関係と、そのオンタイムサービスは最高です」とランスフォード氏。「私たちが要望、必要、提案したことはすべて実装してもらえました。」

人間を重要なタスクへ解放

ロボット導入で人間がオペレーションからほぼ排除される一方で、ロボットが持たない知性が必要なタスクへ人間が解放されます。

「ロボットを人間の置き換えと見る人が多いですが、違います」とランスフォード氏。「日々の単調な手作業をロボットが担い、その人がロボットにはできないことをできるようにするのです。ロボットは考えられず、設計もできません。入出力動作とボタンを押すことしかできません。」

ランスフォード氏とSwiss Productionsのチームは、OB7ロボット導入後、このことを身をもって体験しました。自動化により、誰も雇わず、誰も解雇せずにショップの機械能力を増強できました。最初のロボット購入時、工具部門には4台しか機械がありませんでした。今では10台あり、うち2台がロボットで稼働しています。

Swiss Productions Inc.は2台のOB7をハースVF2ミニミルで稼働。1台は6,000個オーダー、もう1台は2,400個オーダーを担当。グリッパーは通常自社で製作。『Production Machining』はアブソリュート・マシン・ツールズのオープンハウスでOB7を知りました。同社はロボットを販売・サービスし、現在CNCマシニングセンタ向け数少ない認定OB7インテグレーターの一つです。

これらのオペレーターは現在、旋盤を運転しながらOB7ステーションの維持と部品検査も担当。各ロボットに1名ずつオペレーターを割り当て、数時間ごとにロボットのテーブルから完成部品を取り出し検査しながら、ロボットはロード作業を継続。このロボットにより、オペレーター1名が3つのタスクをこなせるようになり、効率が大幅に向上しました。

ロボットはフェンスなしですが、人間が近くにいても安全です。したがって、ロボットを停止させる理由はありません。「産業用ロボットは人と安全に共存するために必要な力検知機能を欠きますが、協働ロボットは物体や人にぶつかった時に停止するための力検知機能を備えています」とボガート氏。「OB7は予期せぬ接触を感知すると自動的に停止するため安全です。」

その他の自動化資産

Swiss Productionsは、二次加工機の無人加工を実現する自動化投資を有効活用し、ショップのリードタイムを大幅に短縮しました。ロボットが担当するミニミルの典型的なバッチサイズは、1台で6,000個オーダー、もう1台で2,400個オーダーです。「もし人が2,400個オーダーを担当したら、おそらく8週間かかるでしょう」とランスフォード氏。「ロボットで無人運転できるようになったので、その時間を半分に短縮できました。」

ロボットをプログラミング不要なのもタイムセーバーです。OB7はシンプルな部品なら15〜20分でセットアップ完了するため、毎回その分の時間を節約できるとランスフォード氏。「例えば年間30〜40回のセットアップなら、信じられないほどの時間節約になります。」

シンプルなプラグアンドプレイシステムで、機械のCNCに数値を入力する手間も省けるとコメントしています。

Swiss Productionsで稼働する2台のOB7の様子をご覧ください。（動画提供：Swiss Productions Inc.）

 

移転後のロボット展開

2台のOB7ロボット導入で大きな成功を収めたSwiss Productionsは、2022年秋にワシントン州リバティレイクのより大きな施設へ移転後、さらにロボットを購入する計画です。

ランスフォード氏によれば、同社の37名の従業員全員が移転するわけではありません。実際、移転予定は14名のみ。10名程度の採用を予定しているものの、ショップは革新的でなければならず、より多くのロボットを統合する必要があるとのこと。新しい場所ではハースミニミルが向かい合って配置されるため、2台の機械を同時に運転できるロボットを購入する予定です。

一方、プロダクティブ・ロボティクスは、ユーザーがより簡単かつ迅速に導入できるよう、ロボットをより賢くすることで技術を前進させ続けます。ボガート氏によれば、業界全体がロボットだけでなく、一般にスマートなテクノロジーを求めています。

また、溶接や検査など特定ジョブ向けのアクセサリーを、サードパーティが汎用ロボット向けに作るトレンドについても言及しています。

プロダクティブ・ロボティクス | 805-244-9300 | productiverobotics.com

Swiss Productions Inc. | 805-654-8525 | swissproductions.com

OB7の第7軸とデジタルプリンター

ほとんどのジョブに最適なフィットを目指してロボットを設計することに注力したプロダクティブ・ロボティクスは、OB7に第7軸（第7関節）を搭載しました。この第7軸が、人間の腕のように障害物を避けて動くことを可能にする特徴です。第7軸がなければこの動きは不可能だと、プロダクティブ・ロボティクス社長のザック・ボガート氏は説明します。

「第7軸は、アームレスリングで使う上腕の動きです」とボガート氏。「これが機械加工ショップに、ワークエリアのど真ん中以外にロボットを配置できる柔軟性を与え、はるかにユーザーフレンドリーにします。」

プロダクティブ・ロボティクスのOB7は市場では比較的新しいですが、技術は1980年代、ボガート氏が映画特殊効果ビジネスでロボットを開発していた頃から進化してきました。この仕事で、カメラオペレーターが自分でプログラミングできるロボット制御カメラシステムを設計する必要がありました。つまり、プログラミング不要のシステムを作る必要があったのです。

「当時はジョイスティックでラジコン飛行機のように操作していました」と彼。「するとコンピューターがそれらすべての動きを学習し、フィルム上で再現できるようになりました。」

約8年前、ボガート氏はロボットに特化した新会社を立ち上げ、プロダクティブ・ロボティクスが誕生。そして現在OB7と呼ばれるものが2017年に登場しました。今回はコンピューターがより洗練され、ロボット作成がより容易でやりがいのあるものになりました。

ボガート氏のロボット技術理解は、彼が所有するもう一社のハイエンドデジタル印刷システムメーカーで学んだ類似技術から来ています。彼によれば、見た目は異なりますが、デジタルプリンターもロボットも、コンピューターで多くの要素を制御するように設計されています。

「テクノロジーは一貫して進化してきました。それが共通の糸です」と彼。