協働ロボット（コボット）が多品種少量生産メーカーに最適な理由

執筆：アンドリュー・ピーターソン、NIST。

協働ロボットは、製品ミックスの拡大に柔軟なソリューションを求めるが、大規模な自動化システム投資を正当化するほどの作業規模や資本リソースを持たないメーカーにとって、ますます魅力的になっています。

これらの協働ロボット（通称「コボット」）は、最小限のプログラミングでタスクを実行し、部品位置とサイズの変動に適応できます。人間がコボットと並んで作業することで、高品種少量生産（HMLV）を非効率にするカスタム治具の必要性を減らせます。コボットはショップフロア上の作業場所に移動して作業できます。

パデュー製造業拡張パートナーシップは、コボット導入で大きなメリットを得られるメーカーを特定しました。協働ロボットへの投資が最も理にかなうのは：

• 従業員50〜500名で、ファミリ製品ミックスを持つメーカー
• 資本投資の早期回収期間（例：6か月）を求めるオーナー
• シフトが埋まらないが、従業員をより付加価値の高いポジションに再配置できるマネージャー
• 反復的または危険な作業に従事するオペレーター

国立標準技術研究所（NIST）工学研究室（EL）内の「製造ロボティクスのための計測科学」プログラムで行われている作業のおかげもあり、協働ロボットは今やより小型・軽量で、中小規模メーカー（SMM）が統合しやすく、ワークセル内での相互運用性も向上しています。

コボットを「ショップフロアオペレーターのリモートアシスタント」と考える

MITの研究によると、人間とロボットの協働は、人間単独またはロボット単独で作業するより85%生産性が高いことが判明しています。コボットは、スタッフのアシスタントのように機能します。

純粋なロボティクスでは、多くの変数を考慮するために信じられないほどのプログラミングとセンサーが必要です。例えば、人が部品を持ってきてロボットに提示し、サブアセンブリや溶接を行わせる方が、安全性と環境要因をすべて考慮して、ロボットを施設の別の場所へ移動させ、材料を集めて作業させる訓練をするより、遥かにコスト効果的です。

一方コボットは、多くの機械とアプリケーション用のソフトウェアで動作するため、オペレーションに柔軟性を加えるために迅速に再配置できます。また、軽量だが信頼性が高く、多くのコボットは数年間連続稼働できる十分な運用時間を保証する保証期間を持っています。

コボットの最も一般的な3タイプは：

1. 固定ベース — 多くの場合、部品と工具で反復作業を行う単一アーム。
2. 移動型 — ピックアンドプレース作業と迅速なチェンジオーバーに特に有用。
3. 装着型 — パワードスーツなど、人間の利点と機械の強さ・持久力を両立。

協働ロボットは多様なアプリケーションにプログラミング可能

HMLV作業ではタスクが大きく変わるため、生産性と全体設備効率の面で課題が生じます。しかし、HMLV作業には依然として単調なルーチンが多く含まれ、ミスや反復動作による負傷・疲労の原因になります。

HMLVショップで協働ロボットが活用されている主なアプリケーション：

• マシンテンディング — 最も一般的なコボット用途。部品や工具のピックアンドプレースという反復作業を置き換え。
• 適応的アセンブリ — コボットの柔軟性により、ネジ締め、ボルト締め、部品はめ込み、接着剤塗布などが可能。
• 部品・製品検査 — ロボットは人間のような精神的疲労を感じず、複数の高解像度カメラ/センサー装備で、この作業をより速く実行可能。
• 溶接 — スポット溶接とアーク溶接でコボットの採用が増加中。認定溶接工の深刻な不足があり、この用途はさらに増える見込み。
• 梱包・出荷 — シュリンクラップ巻きから箱詰め、パレット積みまで多様。重量物搬送タスクにコボットは適任。

コボットの汎用性は、HMLV作業にとって最も魅力的なメリットの一つです。多くの異なる、しばしば魅力的でないタスクをマスターできる従業員がいるようなものです。

協働ロボット導入時の課題

NIST研究所は、コボットの均一性に関する作業を継続しており、見かけ上同一仕様のシステムが、繰り返し可能で意味のある方法で測定・評価・比較できるようにしています。

NIST EL知能システム部門グループリーダー、エレナ・メッシーナが、コボット利用拡大の課題について以下の洞察を提供しています：

• SMMはロボティクスのトレンドと潜在的メリットを認識していても、成功の確実性がない限り投資を躊躇することが多い。
• 市販技術が利用可能でも、メーカーが自力で協働ロボットが期待通りに機能するか判断せざるを得ない場合がある。SMMに専任プログラマーがいないことが多く、プログラミング複雑さはコボットOEMによって異なる。
• 適切な統合と実装のためには、明確に定義された成果が不可欠。そうでなければ、統合が想定以上の継続的コストになる可能性がある。

協働ロボットには制限もあります：

• 標準的なオートメーションより低速で動作することが多い。
• 多くのコボットはペイロード容量とリーチが限定的だが、それらに対応するモデルもいくつか存在する。
• 一部の危険なアプリケーションでは、ケージやエリアスキャナーなど追加の安全インフラが必要になる場合がある。

IMECがコボット活用を支援

メーカーは、コボットが提供する従来のロボティクス価値提案、すなわち人間の労働者をより複雑な仕事に解放する反復タスクの実行から利益を得られます。さらに、コボットはオートメーションシステムと比較して大幅なコスト削減が可能で、メーカーを将来のイノベーションに向けてポジショニングします。

協働ロボティクスは、特に初期のオートメーションとデジタル技術への取り組みがうまくいかなかったSMMにとって、威圧的なフロンティアとなり得ます。IMECは、協働ロボット導入プロセスをガイドし、投資に関する十分な情報に基づいた意思決定を支援します。

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