積層造形を革新する：MESとワークフローソフトウェアが生産計画を最適化する方法

これはMESソフトウェアシリーズの第2部です。シリーズの他の記事：

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• デジタル化がAM後処理とQA管理をどう変革するか
• 接続性がAMオペレーションを強化する3つの方法

今日のメーカーが積層造形オペレーションのスケールアップを目指す中、最も先進的な企業が積極的に最適化を図っている重要な領域が一つあります：生産計画です。

生産計画は、あらゆる優れた積層造形戦略の核心です。適切な生産管理と計画プロセスがあれば、メーカーはAMをより広範な製造戦略に統合し、オペレーションへの完全な可視性を獲得し、効率を大幅に向上できます。

本記事では、積層造形における生産計画の重要性、メーカーがオペレーション管理で直面する一般的な課題、そしてMESソフトウェアを活用してこれらの課題を解決し、AMでの成功確率を最大化する方法を探ります。

なぜAM施設の生産計画を考える必要があるのか？

「計画しなければ、失敗する計画をしているのと同じだ。」——ベンジャミン・フランクリン

認定AMパーツを正常に製造するには、プロセス全体を慎重に考慮する必要があります。これは、最終結果を得るために遵守しなければならない高度に統合された一連のステップの成果です。

生産計画の欠如は、生産プロセスへの制御不足を意味します。これによりワークフロー全体の非効率や、プロセス上の主要なボトルネックの見落としのリスクが高まります。

AMの生産計画とは、積層造形プロセス全体を管理するための戦略です。ビルド準備、生産スケジューリング、マシンステータス監視など、AM生産プロセスの主要ステージをカバーします。

明確な生産計画プロセスは、生産プロセス自体へのより大きな制御をもたらします。

生産管理とは、オペレーションの完全な概要を把握し、施設の場所に関わらずリアルタイムでイベントに対応できることを意味します。これらの能力が、時間をかけてAMオペレーションをスケールさせることを可能にします。

企業がAMを製造オペレーションに統合しようとする今こそ、生産管理プロセスを最適化し、最大限の効率と生産性を達成する方法を検討すべき時です。

積層造形の生産計画でメーカーが直面する8つの一般的課題

EYのレポートによると、40%のメーカーが社内で積層造形を導入済み。この数値は増加傾向にあり、OEMにとって生産計画を社内AM戦略の中核に位置づけることがこれまで以上に重要になっています。

しかし、明確な計画戦略を確立する際には多くの落とし穴があります。以下は、AMの生産管理で直面するトップ8の課題です。

課題 #1：キャパシティの明確な理解不足

生産キャパシティの定義は、効率的な生産計画の鍵です。

現実的な生産キャパシティ評価には、マシンタイムの可用性、さまざまなAMシステムの異なるタスクへの柔軟性、施設内の熟練労働力の可用性などが含まれます。

しかし、多くのAMメーカーはキャパシティプランニングの問題に直面しています。その理由の一つは、サイロ化されたデータに依存していることです。

分断された非接続システムを使用すると、データを行動に移す前に手動で同期する必要があります。これは時間がかかるだけでなく、データが使用可能になる前に古くなってしまいます。

リアルタイムのキャパシティ可視性がなければ、AMメーカーは現在のキャパシティを完全に理解できず、将来のキャパシティニーズの予測が不正確になります。

課題 #2：生産スケジューリングに不適切で時代遅れの技術を使用

キャパシティプランニングに加え、AM工場の生産活動計画にも課題があります。AMメーカーはスループット向上と、AMショップフロアでの分単位の活動スケジューリングに苦労することが多々あります。

多くのAMメーカーは、レガシーシステムやタスクに不向きなデータ操作ツールで生産計画とスケジューリングを試みています。

例えば、ERPシステムにはマスタープロダクションスケジューリングと資材所要量計画のプランニングモジュールが含まれることがあります。しかし、これらのプランニングシステムのいずれもAM生産のスケジューリングのために設計されたものではありません。

適切なツールがないと、予期せぬ優先順位変更などを考慮した正確なスケジュール作成が困難になります。

課題 #3：手作業のジョブトラッキングプロセス

時代遅れの手作業ジョブシートは、ソフトウェアシステム内の自動化ジョブシートと比較して非常に非効率です。

印刷されたジョブシートは、技術者間での受け渡しで紛失しがちで、遅延を招きます。また、物理的にショップフロアにいない限り、進行中の作業への可視性が得られません。

課題 #4：生産向け3Dプリントビルドの準備

多くの顧客からの多様なオーダーに対応することは、生産計画にさらなる複雑さを加えます。

オーダーは通常、異なる材料と3Dプリント技術で製造する必要があるため、まずそれらをグループ化する必要があります。

紙ベースまたは分断されたシステムでは、オーダーのグループ化と効率的なスケジューリング能力が制限されます。またリアルタイム情報も提供されず、結果として時間とキャパシティを最大限に活用できません。

課題 #5：データ可視性の欠如

データはすべてのAM生産の中心です。

「さまざまな材料と後処理オプションがあるため、積層造形は容易に複雑になります」とPhanos GmbHのシニアコンサルタントTimm Kragl氏は説明します。

「企業にとっての問題は、これらの複雑なワークフローと大量のデータをどう把握し続けるかです」

これは重要な問題です。あらゆるAM施設で、生産のあらゆる段階でデータが継続的に生成されています。

これには以下が含まれます：

• マシン生成データ（技術、マシンステータス、アクティビティ、センサーデータなど）
• パーツデータ（パーツ姿勢、位置、パラメータなど）
• 材料データ（材料タイプ、在庫レベルなど）
• 後処理と品質管理データ（後処理ステップ、コンプライアンス要件など）
• レポート用データ（プリント成功/失敗率、スループットなど）

生産プロセス全体で生成されるデータ量を考えると、このデータを追跡し、重要な意思決定に活用することは主要な課題です。

課題 #6：繰り返し精度の確保

品質はAMにおける最優先事項です。

特に量産では、積層造形が従来製造プロセスと同等の基準を維持できる必要があります。

これを達成するには、各パーツが毎回同じ要件を満たすよう、繰り返し可能で一貫した生産ステップが必要です。

その結果、正確なプロセスステップを文書化することが、毎回同じ高品質パーツを製造するために不可欠です。

これを追跡するシステムがなければ、生産の繰り返し精度を確保することは事実上不可能です。

課題 #7：オペレーショントレーサビリティ

誰がCADファイルを変更したか？このパーツは既に検査済みか？どの材料バッチでこのコンポーネントを製造したか？

これら（およびその他）の質問に答えられるのは、オペレーション全体でエンドツーエンドのトレーサビリティがある場合のみです。

トレーサビリティとは、AMワークフローのあらゆるステップと、あらゆる段階で必要な生産ステップを追跡できることを意味します。

さらに、どのアクションがいつ実行されたかを正確に知ることができ、オペレーションの潜在的ボトルネックへの深い洞察が得られます。

この知識は、オペレーションのパフォーマンスを理解し最適化する鍵です。

しかし、トレーサビリティの実現は非常に困難です。特に複数の生産拠点を運営している場合はなおさらです。

「企業は、何が、誰によって、いつ注文されたか、生産に必要なさまざまなステップ、スケジューリング方法などの情報を可視化できなければなりません」とAMコンサルタントのTimm Kragl氏は説明します。

トレーサビリティの最大の2つの障壁は、分断されたシステムと手作業プロセスで、これらはデータへのリアルタイムアクセスを許しません。

決定的に、トレーサビリティの欠如は、オペレーションを効果的にスケールさせることを事実上不可能にします。

課題 #8：サプライヤーの管理と調整

EYによると、OEMの26%が3Dプリント生産の少なくとも一部をサプライヤーに委託しています。

アウトソーシングは、社内で対応できないAMジョブを完了する手段をメーカーに提供します。また、オンデマンド製造（ニーズの現場またはその近くで製品をオンデマンドで生産する概念）を現実のものにします。これにより工場ダウンタイムの削減と運用効率の向上というメリットもあります。

したがって、ほとんどのメーカーにとって、AM生産計画には特定ジョブのサードパーティサプライヤーへのアウトソーシング管理が含まれる必要があります。

これは、OEMが社内だけでなくサプライチェーン全体で外部的にもオペレーションを管理・実行できる必要があることを意味します。

アウトソーシングには、製品が正しい仕様で適切なタイミングで納品されることを保証するため、高度な調整と統合が必要です。

OEMとサプライヤーの双方にとって、これは何をアウトソーシングするか、誰に依頼するかを把握し、主要ステークホルダーが常に最新情報を共有できることを意味します。

大多数のメーカーと同様に、OEMとサプライヤー間のコミュニケーションを促進する一元化されたシステムがない場合、このレベルの調整は困難です。

積層造形向けMESソフトウェアで生産管理課題を解決する方法

AMの生産計画には課題が伴いますが、朗報は、積層造形専用に開発されたMESソフトウェアがこれらの課題を解決するために必要なツールを提供することです。

積層造形向けMESソフトウェアは、メーカーがAMオペレーションを管理するのを支援するワークフローソフトウェアで、より高いトレーサビリティ、より良いデータインサイト、AMワークフロー全体でのベストプラクティスプロセスの確立を可能にします。

では、MESとワークフローソフトウェアをどう活用して生産管理プロセスを改善できるでしょうか？

1. 生産スケジューリングを効率化

積層造形向けMESソフトウェアは、メーカーにAM生産ジョブをスケジューリングし優先順位付けする信頼できるツールを提供します。

オーダーが入ると、積層造形生産管理者はワークフローソフトウェアを使って、生産技術、材料要件、優先度に応じてオーダーを簡単にグループ化できます。グループ化されたオーダーが生産バッチ、いわゆるビルドを形成します。

高度なワークフロー管理ソリューションには、そのビルドの要件を満たす場合にのみオーダーをビルドジョブに割り当てられる機能もあります。これにより、例えばPA 12で製造するパーツをPA 11を使用するビルドに追加するといった、潜在的に高コストなミスと手戻りを防ぎ、スケジューリングをさらに効率化します。

ポイント： MESとワークフローソフトウェアを使ってビルド準備を自動化し、正確なスケジューリングを確保しましょう。

2. 生産計画の可視性を向上

パーツがビルドに割り当てられると、MESソフトウェアによりすべてのスケジュール済みジョブをカレンダー形式のワークフローチャート、いわゆるガントチャートで可視化できます。

ガントチャートは、生産スケジューリングに関連する情報を一目で把握できます。例えば、AMFGのガントチャートでは以下が確認できます：

• ビルドの開始日と終了日
• ビルド時間とステータス
• ビルド内のパーツ数
• 使用マシンと材料の情報

明確に定義された日付と期限は、スタッフが仕事の優先順位をつけ、期限を守ることを後押しします。さらに、最新のAMジョブスケジュールを表示することで、チームと顧客の両方に進捗を伝えられます。

また、ガントチャートではプロジェクトのタイムラインが見え、AMシステムがどこでどう使われているかを容易に把握できます。マシンが適切に管理されていれば、AMジョブは予算と期限内で完了しやすくなります。

ポイント： MESとワークフローソフトウェアを使って生産可視性を改善し、キャパシティをよりよく理解しましょう。

3. MESソフトウェアでデータ駆動型デジタル糸を構築

前述の通り、データは積層造形オペレーションに不可欠です。

根本的に、MESとワークフローソフトウェアは、後処理と品質管理を含むAM生産プロセス全体でデータを追跡・分析する基盤をOEMに提供します。

さらに、過去データにアクセスして重要な教訓を得てプロセスを最適化できます。

KPIトラッキング、レポート、分析は、メーカーがMESソフトウェアを活用して生産性を牽引する主要因をより深く掘り下げるもう一つの方法です。

これらのプロセスをデジタルプラットフォームで管理することで、シームレスなデジタル糸が生まれ、より高い運用効率とトレーサビリティが実現されます。

ポイント： MESソフトウェアが提供するデータインサイトを活用して学習し、スケールし、繰り返し可能なAM生産プロセスを構築しましょう。

4. 量産に向けた繰り返し精度の確保

AMで最終パーツを製造しようとするメーカーにとって、繰り返し精度と予測可能性は鍵です。

前述の通り、毎回同じパーツが製造され、品質基準が一貫して満たされることは、量産にとって不可欠です。

このため、予測可能性を保証する繰り返し可能なワークフロー管理プロセスが重要です。主要な基準は：

• パーツ姿勢
• 位置
• 材料
• マシン

ワークフローソフトウェアは、過去の成功につながったパラメータを追跡し、最適なプロセスステップへの高レベルな洞察を提供します。

例えば、特定パーツの製造に必要なパラメータをシステムが追跡し、同一パーツを再製造する際に再度アクセス可能です。これはさらに、生産直後に必要な後処理管理ステップとリンクできます。

ボーナス：プロトタイピング生産をより簡単に管理

プロトタイピングでは、通常、ワン-offパーツを大量に製造します。

ここでの課題は繰り返し精度ではなく、製品開発チームや他チームからの大量リクエストの管理です。

メールやスプレッドシートといった従来の管理方法は、広範なAMワークフローとの統合を欠くため、生産計画プロセスを混乱させがちです。MESソフトウェアがこれを解決します。

ポイント： MESとワークフローソフトウェアを使って、生産の繰り返し精度と予測可能性を保証する明確で標準化されたプロセスステップを確立しましょう。

5. オペレーションの360度ビューを獲得

MESソフトウェアは、ファイル、パーツ、プロセスの社内トレーサビリティを維持します。各製品やバッチに固有の識別番号を割り当て、製造プロセス全体で寸法やQA結果などの追加情報を紐付けできます。

AMワークフローソフトウェアは「シングルバージョンオブトゥルース（単一の真実のソース）」を提供し、企業が品質基準を満たし、監査を完了するのを支援します。

ポイント： ワークフローソフトウェアを使用することで、AMオペレーション全体での完全なトレーサビリティを獲得できます。

6. サプライヤーをより容易に調整・管理

堅牢なMESシステムは、サプライヤーを調整し、アウトソーシングを一つの標準化されたプラットフォームで管理できるものです。

このメリットは、サプライヤーと社内ステークホルダーを統一し、特定タスクとアクションのリアルタイムステータスで最新情報を共有できることです。

ポイント： MESソフトウェアを使って社内外の生産を管理し、サプライチェーンを効率化しましょう。

積層造形向けMESソフトウェアで生産計画を再考する

積層造形は、メーカーに競争優位性を開発する戦略的機会を提供します。

しかし、AMが設計について異なるアプローチを必要とするのと同様、上記の目標達成には、AM生産の管理に対する従来のアプローチを見直すことが必要です。

現実的には、これはAM生産の要件に合わせて社内プロセスを適応させ、ワークフローステップを統合して効率性、可視性、生産性を達成することを意味します。

互いに分断されたシステムや高度に手作業なプロセスを使用することは、生産効率と制御の最大の障壁の一つです。

究極的には、プロセスステップを調整し、トレーサビリティとデータ駆動型インサイトを提供できるMESソフトウェアが、堅実な生産管理戦略の鍵となり、将来に向けてAMオペレーションをスケールさせることを可能にします。

積層造形の生産管理についてさらに学ぶ

AMオペレーションをソフトウェアでスケールする方法についてさらに学びたい方は、新しいホワイトペーパー「Additive Manufacturing MES Software: The Essential Guide」をお読みください。

AMの生産計画に関するさらなる洞察に加え、包括的なAM戦略の策定方法、MESソフトウェアを活用してAMオペレーションをスケール・拡大する方法を学べます。