先進ロボティクスが産業製造を変革：更なる柔軟性へ

シーメンスのラハブ・マドビル氏とノアム・リボン氏が、産業製造における先進ロボティクスの台頭を考察します。

「カスタマイゼーション」と「柔軟性」は、現在産業製造で最もホットな言葉です。顧客は自分専用のものを求めます——名前入りパーソナライズドアフターシェーブ、必要な機能だけを備えた車両、5G接続用最新無線アンテナ搭載の新型スマートフォン。すべてのカスタマイゼーションは一つの結論を導きます——製造はハイミックス生産へ移行し、極めて小ロットで何百万種類もの異なる製品を作る方向にあります。

同時に、今日作られる多くの製品は、確立された自動化技術だけでは複雑すぎ、メーカーに伝統的ロボティクスと人的手作業組立の併用を強いています。人間はプロセス変化を素早く理解し対応する能力で評価されます。しかし、この柔軟性が自動化プロセスに含まれたらどうでしょう？

柔軟で自動化された（甚至は自律的な）生産システムは、製品複雑性の増大とより高度なカスタマイゼーション需要の同時克服を目指す多くのメーカーにとっての「聖杯」です。一つの製品から別の製品へ生産を迅速に切り替える能力は、ロットサイズ1と明日の高度にカスタマイズ可能な製品への道を歩むビジネスの決定的特徴となるでしょう。

小ロット自体は本質的に問題ではありませんが、現在の生産プロセスでは、指数関数的な投資なしにこれを容易に対応できません——その投資が問題を解決するかどうかも不明です。この指数関数的投資問題を避けるため、多くの企業が生産へのより柔軟なアプローチを模索しています。メーカーは、生産現場への最小限の変更で、いかに複数製品を効率的に製造できるか？

先進ロボティクスが答えであり、多くの企業がすでに導入の道を歩んでいます。

先進ロボティクスの旅

多くの工場フロアは、原材料から最終製品まであらゆるものを搬送するコンベアベルトネットワークに依存しています。しかしこれらネットワークは、マルチ製品製造プロセスで必要とされる、絶えず変化する場所へ向かう数千種類の異なる製品を扱うよう設計されていません。コンベアシステムが変化できたらどうでしょう？ 工場内の混雑エリアを避けて経路を変更したり、ワークピースを最適な加工ステーションに届けるために目的地を変更したりできたら？

これらは、自動誘導車（AGV）と自律移動ロボット（AMR）を高度なソフトウェア、ソリューション、アプリケーション開発プラットフォームと併用することで、先進ロボティクスが解決する問題の種類です。

通常、ロボット使用の目標は、ポイントAからポイントBへ比較的容易に材料を届けることです。しかし、単にAGVやAMRを施設に導入するだけではシンプルではありません。投資価値の多くは、先進ロボティクス技術の最適化と調整から生まれます。経験上、企業が先進ロボティクスを製造プロセスに採用するのを支援するのは、4段階の旅です。

第1段階、「参入者（Entrant）」段階は、固定自動化ロボティクスや類似技術を使用し、ほとんどの操作が手動でプログラミングされる段階です。すべてのプロセス計画は人間が行い、ソフトウェアの支援を受ける可能性があり、タスクが特定ロボットに割り当てられ、特定場所と時間で機能します。このアプローチは、大量生産時、生産ラインの変更・修正が最小限に抑えられる場合に適しています。この段階ではロボットのすべてのアクションが明示的に指定されるため、変更が必要なときはロボットをオフラインにし、手動で再プログラミングする必要があります。これは生産時間に悪影響を与えます。

第2段階は「ベテラン（Veterans）」段階で、今日の産業メーカーに最も一般的です。デジタルツインを完全なシステム検証と生産ライン全体の制御アルゴリズム構築に使用することが特徴です。製造のデジタルツイン活用により、施設全体のシミュレーションが可能になり、後の段階へどう進むかの深い洞察が得られます。同一プログラマブルロジックコントローラーで動作する複数ロボットの同時更新により、生産フロアのダウンタイム削減で、この段階で大幅な生産性向上が達成できます。

第3段階、「パイオニア（Pioneer）」段階に進むと、メーカーは生産プロセスの更なる自動化を開始できます。デジタルツインから得た洞察とIoTセンサーからのフィードバックを拡張し、施設全体のロボットにタスクベースプログラミングを実装できます。これにより、設計やプロセス変更に対応するロボットプログラミング時間が大幅に短縮されます。物理環境とデジタルツインのクローズドループ較正に基づき、シンプルなコマンドでロボットを自動調整できます。

最終段階、「ビジョナリー（Visionary）」段階では、先進ロボティクスイニシアティブが高度に自律化し、ロボットのほぼ完全な自律性を実現します。ここではAGVとAMRが高度に効果的になり、静的コンベアベルトとリニアプロセスパスを先進的な移動ロボティクスに置き換えます。今や生産変更は、必要な製品数とバリエーション数を入力するほどシンプルになります。その情報から、システムが所望ロット生産の最適パスを決定します。

ソフトウェアが、例えば倉庫Bから何パーツ必要か、どの加工ステーションが最速でロット生産のために稼働できるか、第一選択がメンテナンス中なら次善は何か、を決定します。この限界は工場の壁を超えません。メリットはサプライヤーとディストリビューターにも及び、工場の最も効率的なワークロード生産を支援します。

ビジョナリー段階は、完全工場シミュレーションによりAGVとAMR実装の最適ポイントです。しかし、先進ロボティクスはより早い段階で、生産スケジューリングよりシンプルなタスクを実行するために導入できます。一部企業は、AGVとAMRを倉庫用の準自律ピッキングカートとして採用し、ロボットが人間作業者に付き従い支援しています。

工場の運営方法により、施設を最適化する方法はほぼ無限にあります。だからこそ、包括的デジタルツインへの投資がこの旅で極めて重要です。工場の運営状況へのより深い洞察を可能にし、ビジネスの未来への確信ある投資を支援します。先進ロボティクスは、シーメンスのXceleratorポートフォリオ——ソフトウェア、ソリューション、アプリケーション開発プラットフォーム——の一部であり、産業製造において今日が明日と出会う場所です。

著者：ラハブ・マドビル（シーメンス デジタルインダストリーズソフトウェア シミュレーション製品マネージャー）、ノアム・リボン（シーメンス デジタルインダストリーズソフトウェア シニアビジネスコンサルタント）