パンチ&ダイメーカーがIIoT活用で短納期・少量生産を実現

American Punch Co.（オハイオ州ユークリッド）は、建設などの厚板プレス市場から自動車などの薄板市場まで、パンチとダイを供給しています。顧客基盤に合わせるため、大量生産から、顧客のリーン戦略導入に伴うジャストインタイム納品要求に応えるべく、短いターンアラウンドで小ロットを効果的に加工する方向へシフトせざるを得ませんでした。当然ながら、この適応は独自の課題を生みました。労働コスト増大の可能性がある中で、いかにコストを抑えるかです。

これらの課題に直面し、生産エンジニアのBrian Cain氏は2012年から同社の製造プロセスを見直し始めました。同年のIMTS訪問でLNSのe-Connectシステムと出会い、American Punchは産業用IoT（IIoT）と、バーフィーダーと旋盤間のプログラム切り替え自動化の道を知りました。

少量生産への移行を模索

American Punchの高精度パンチとダイは顧客に好評でしたが、製造プロセスは単一部品を数百個生産する標準的慣行に最適化されており、顧客が求める5、10、20個といった小ロットには不向きでした。

「このような少量生産は複数のセットアップと工作機械オペレーターの集中を要し、当然ながら部品に時間と労働コストが加算されます」とCain氏。「代替案は長いロットで生産し、完成品を在庫としてストックしておくことです。一部の高回転部品は在庫していますが、これらの少量部品を多く在庫すると、追加の運転資金を拘束し、床面積を取り、仕掛品を増やします。だから、これらの少量ロットをより効率的にこなす方法を探し始めました。すでに自動バーフィーダーでCNCマシンに材料を供給していましたが、これは大量生産には適していても、顧客が望む少量生産には不向きでした。新しい部品に切り替えるたびに、旋盤とバーフィーダーの両方で別のプログラムを呼び出す必要があったのです。」

IMTSでの解決策との出会い

Cain氏は、長さと特性が多様な類似部品ファミリーをグループ化し、ワンセットアップで同時に走らせるのが理想的な解決策だと判断していました。しかし、トレードショーで話した誰も、バー材から複数部品をワンセットアップで走らせる良い方法を提示できませんでした。

そこでLNS America Inc.ブースを訪れ、システムソフトウェア・コントロールマネージャーのRandy Lewis氏とニーズを議論。e-Connectイーサネット通信システムについて話し合いました。これはバーフィーダーとCNCマシン制御がデータを共有する仕組みです。

e-Connectと工作機械CNCが「会話」すると、前者は部品ロット完了時に生産スケジュールを見て次の生産部品を選択し、このデータをバーフィーダーに渡します。バーフィーダーは内部部品ライブラリ（最大500部品プログラムのバーフィーダーパラメータを格納）を参照し、マスタースケジュールで選ばれたプログラムと一致するものを選び、自動的に新しいプログラムに調整します。

これはCain氏が探していたまさにその解決策でした。「この種のデータ共有の草分け的存在であることを知りました」と同氏。当時、Cain氏のマシンはデータ共有の準備ができていなかったため、LNSが工作機械サプライヤーとOEMと協力して対応させました。

工作機械接続を実用化

このアプリケーションでは、e-ConnectシステムはLNS Quick Load Servo 80 S2に搭載されました。これはスピンドル長、全電動、サーボ制御、全自動バーフィーダーで、14〜63インチのバーを、径1/4〜3 1/8インチでロードします。American Punchのオペレーターは、1 1/2インチ工具鋼バーストックをバーフィーダーにロードし、旋盤制御とバーフィーダーが部品ファミリー間をオンザフライで切り替えられるマクロプログラムを実行します。

典型的なセットアップでは、さまざまな長さの部品を様々な数量で作る適切な径のバーストックをロードします。例えば、1 1/2インチ径バーで、長さ2.500インチを50個、3.025インチを10個、3.500インチを75個などと生産。部品形状も多様化可能。このセットアップにより、少量部品ロットでの無人、さらにはライツアウト生産が可能になりました。

現在、LNS e-Connectシステムとバーフィーダーを使用する4ワークセルで、American Punchは月産30万個以上を生産し、顧客需要に応えるためさらなるキャパシティ追加を進めています。最新ワークセルは、LNS Quick Load Servo 80 S2バーフィーダーがバーストックをDoosan Puma 2100SYターニングセンター（フライス、穴あけ、タッピング可能）に供給する構成。工作機械CNCはLNSバーフィーダーとインターフェースするだけでなく、プログラマブル高圧システムとも通信し、各加工操作に精確なクーラント量を供給します。

e-Connectシステムのもう一つのメリットは材料廃棄の削減です。各部品プログラムのバーフィーダーパラメータを格納するだけでなく、e-Connectは材料使用量を追跡し、この情報を工作機械に伝達。マスタースケジュールは利用可能な材料量と生産キュー内の部品長を見て、特定部品の必要数量を走らせるのに十分な材料があるか判断。なければ残材長を判断し、残りストックに合う次のスケジュール部品を呼び出し、旋盤とバーフィーダーが自動的に新しい部品に調整。バーが使い切られたら次のバーをロードし、スケジュール部品がすべて作られるまでプロセスを繰り返します。

「これらのワークセルは、無人運転と労働力不要の夜間シフト追加により、単位部品コストを大幅に改善しました」とCain氏。「納期問題を解決しただけでなく、追加受注のためのキャパシティ拡大にもつながりました。」