ショップフロア自動化の進化：精度、柔軟性、信頼性

マシン上、マシン近く、マシン間—IIoTは決して遠くない

自動化に柔軟性がもたらされたのは、おそらくかつてないレベルです。そして精密加工、組立、測定を必要とする産業にとって、自動化技術はこれまで以上に利用しやすくなっています。

自動化ソリューションは最高精度から実証済みの信頼性と速度まで多岐にわたります。あらゆる技術が万人向け、あるいはより正確には全問題への全解決策として提示されることはほぼありません。毒を選べという話ではなく、最も適切な技術を選び、ROIを正当化できるかが重要です。バーフィーダー、ガントリーローダー、簡易ピックアンドプレースといった実績ある自動化は依然として最前線にありますが、IIoTデジタル通信が製造にもたらす汎用性を備えた、より高速な新しいロボット技術によって、多くの場合でそれらは補完され、凌駕されつつあります。

時計製造の精度要求が数百台のロボットを生んだ

Epson America Inc.（ネバダ州カーソンシティ）のロボットグループプロダクトマネージャー、Rick Brookshire氏によると、親会社セイコーエプソンが自社時計製造用ロボットを開発した約35年前、精度がすべてでした。今日、Epsonはリーチ175〜1000ミリ、可搬重量最大20キロ、繰返し精度5ミクロンまで、300機種以上のロボットで速度と精度を両立しています。典型的な初期用途は、手のひらサイズの部品で、自動車、医療、エレクトロニクス分野での組立、マシンテンディング、キッティング、検査・テスト、パレタイジングなど、ほぼあらゆる業界に及びます。

Epsonロボットポートフォリオの最新メンバー、エントリーレベルのSynthis T3オールインワンSCARA（選択的コンプライアンス関節ロボットアーム）は、自動車、エレクトロニクス、医療デバイス、消費財への適用拡大を狙い、価格と速度・精度性能を両立して導入されました。

「2017年末の発売以来、T3は我々の最も楽観的な予想を遥かに超えて市場で受け入れられています」とBrookshire氏。「T3はアーム内蔵コントローラー、プログラミング用PC接続を備え、7,495ドルという価格設定。ハイエンドGシリーズ6軸ロボットと同じソフトウェアを搭載しています。」

Epsonの他のSCARAロボット同様、T3は平面から平面へステージングする4軸ロボットで、ショップでのリニアスライドの代替として位置づけられています。「リニアスライドは段取り替えのたびに継続的な調整が必要です」とBrookshire氏。400ミリアーム、最大可搬3キロのT3は、効率的な運用のための柔軟性と速度、コンパクトな設計での統合、EpsonのRC+プログラミングソフトウェアでこのニーズを満たします。

コンパクトなパッケージでのロボット効率

Erowa Technology Inc.（イリノイ州アーリントンハイツ）は、EDM加工用の工具とワークピースを扱うパレタイゼーションシステムとロボットの開発歴史を持ち、EDMマシンとタンデムまたは組み合わせでチップメイキング用マシンテンディングアプリケーションも手がけています。「ジョブショップは毎日違うことをやります。それが我々の強みです：ワークピースをパレットに載せ、マガジンに入れ、ロボットがマシン内へ移動させて加工—1個、2個、5個でも。」と、社長兼COOのChris Norman氏。「ニッチ市場におり、我々の自動化はジョブショップ、金型ショップ、短納期航空宇宙製造ショップ等向けに設計されています。」

Erowa自動化製品への需要は堅調です。「今日、ショップによる自動化ソリューションの受け入れが進んでいます。2017比10〜20%の自動化売上成長を達成し、2017年は2016比30%増でした」とNorman氏。「我々はもはや『EDM屋』だけではありません。電極製造とハンドリングも継続していますが、ツーリングは製造の多くの側面で使用されています。パレットとチャック間のクイックチェンジシステム、切削工具と電極用の工具・電極チェンジャーは、多くの企業が自動化と考えない形の自動化です。」

ロボットプログラミングは簡素化されたとNorman氏。「我々のロボットはプログラミングが難しくありません。統合レベルは複数あります。最も基本的なのはロボットがマシンのスレーブになること。全インターフェース作業を完了し、全主要OEMとインターフェースを持っています。設置時、パレットをマシンへ呼び出すのはスピンドルを呼び出すのと同じです。基本的に1行のコードです。マシン制御ではなく、マシンとロボットを管理するセル制御ソフトウェアを持っています。通常、顧客へのトレーニングは約1日分で済みます。」

ショップフロアは忙しい場所

Makino Inc.（オハイオ州メイソン）の最新EDMは、無人運転のための自動化を搭載。サポートするのはHyperConnect、MakinoのEDM向けIIoT（産業用IoT）アプリケーションスイートで、ユーザー体験と効率を向上し、マシンダウンタイムを削減します。Hyper-i制御システム搭載の全Makino EDMで利用可能で、HyperConnectによりショップマネージャーとオペレータは、あらゆるPC、スマートデバイス、ネットワーク上の他のHyper-i制御システムからEDMプロセスを監視・制御できます。

EDMオペレータはすでにショップフロアで多忙です。マシンとオフィスを行き来させるのは避けたいことです。HyperConnectは、オペレータがマシン前、オフィス、リモートのどこにいても、効率最大化に必要なものへアクセスできるようにします。

HyperConnectスイートには、ショップ担当者がEDMオペレーションを監視、計画、トラブルシューティングするための4つの主要接続機能があります。うちEDM MailとPC Viewerが最もよく使われます。EDM Mailは無人運転中にメールでマシンステータス情報をオペレータへ伝え、ダウンタイム削減とマルチタスク能力を支援します。定期的なタイムインターバルでの運転状況更新、またはあらゆる時間のマシン停止アラートを配信できます。

プロセス相互連携はアイデア次第

工作機械メーカーが提供する技術が無関係なプロセスへクロスオーバーすると、自動化が予期せぬ生産的リンクを提供できます。工作機械、3Dプリンティング技術、自動化を供給するMethods Machine Tools Inc.（マサチューセッツ州サドバリー）は、これらプロセスを組み合わせて3D製造の生産性を飛躍的に高める「量子的飛躍」を遂げました。自動化セルは、添加製造とロボティクス、減法プロセスを組み合わせ、高速・高効率な完成3D部品生産のための後処理を提供することを目的としています。

6メートル（20フィート）のMethodsセルには、3Dプリント製品投入ステーションがあり、ビルドプレート上の3D部品をFANUC C600 EDMへシャトルし、部品をビルドプレートから部分的に分離する切削を行います。次のステーションでFANUCロボットがプレートからプリント部品をスナップし、最終機械加工のためFANUC RoboDrillへ搬送します。RoboDrillは自己完結型でコンパクトな自動化フットプリントのため、ショップフロア環境で特に好まれます。無人製造向けに設計されたこのセルは、3Dプリントから最終後処理までの総時間を短縮し、総部品スループットを4倍にしながら手作業を排除したと報告されています。Methods Machineの3Dプリンティングパートナーは3D Systems Corp.（サウスカロライナ州ロックヒル）、3Dプリンティングの創始者です。

スマート製造とはIIoT接続性

2つの工作機械メーカー、Mazak Corp.（ケンタッキー州フローレンス）と村田機械USA Inc.（ノースカロライナ州シャーロット）が協力し、Mazakの加工、自動化、スマート技術と村田機械の自動化高密度保管・搬送システムを組み合わせたスマート製造システムを開発しました。その結果生まれたMazatec SMS（スマート製造システム）は、無人・無人稼働と高アウトプット、IIoT接続性を提供します。

Mazatec SMSは、複数のMazak横形マシニングセンタおよび/または複合加工機と、パレット、マテリアルバケット、高速ストッカークレーンを備えた村田機械の垂直配向ストッカー型システムをペアリングします。各メーカーの特定生産ニーズと床面積に合わせ、モジュラーシステムは最大150ストッカー（サイズ違い）を6段構成で収容し、空間効率を大幅に向上させます。

MazakのSmartBox IIoT技術とSmooth PMC生産管理ソフトウェアがSMSのキーコンポーネントです。村田機械の自動化システムが全相互接続を制御し、メーカーのERP/MRPホストとMESと同期します。その結果、Mazatec SMSは、少量ロットでも多様なワークピースを高効率で生産するためのプロセス制御、監視、最適化のスマートファクトリーソリューションとなるよう設計されています。Mazatec SMSは、様々なサイズとタイプの工作機械を同一自動化製造システムに組み込めます。周辺機器には、ロード・センタリング、チルトローディング、昇降ローディング、ワークセットアップ、部品洗浄の個別ステーションが含まれます。マシンツールへのワーク供給に加え、システムのストッカークレーンがMazatec SMS全体の原材料投入と完成品排出を処理します。

自動化はソフトウェアとIIoTフォーカスに依存

Shop Floor Automations（SFA、カリフォルニア州ラメサ）は、マシン監視、CNCネットワーキング（DNCソフトウェア）、工具追跡、生産データ管理をショップに提供する製造自動化ソフトウェアを専門とします。「MTConnect、OPC UA、Okuma Thinc、Modbus、FANUC FOCAS等のプロトコルで先進技術を動作させます」と、アカウントエグゼクティブのGuy Barrow氏。「CNC機械加工ショップ、板金加工ショップ、金型ショップ、製造プロセスに関わるあらゆるショップでソリューションが成功しています。航空宇宙部品、医療部品、銃器、自動車部品の大量生産、生産/ジョブショップ混在型など。」

Barrow氏によると、SFAの顧客はショップフロアの旧来メディアを機械交換なしで排除したいと考えています。ワイヤレス化し、フロッピーディスクドライブを置き換えています。「プログラム転送とCNCリビジョン管理は必要ですが、マシン監視が現在我々で人気です。マシン効率が顧客にとって非常に重要です。顧客の生産懸案に合わせてソリューションをカスタマイズするエンジニアを抱えています。ショップはインダストリー4.0とIIoT標準への投資を望んでおり、それが我々の製品ミックスに好影響を与えています。代替プログラム転送通信/管理手法、マシン稼働率向上、リビジョン管理、ペーパーレス化、監査準備改善など、顧客の課題解決のため常に新ソリューションをテストしています。また、ISO認証取得、無人運転、ERPソフトウェア等との統合といった他の目標達成も支援します。」

小規模自動化、大きな能力

パレットハンドリングシステム付きマシニングセンタの組み合わせが、ロットサイズ1までの小規模シリーズ向け自動化システムとして有効であることが実証されています。そのため、Liebherr Automation Systems Co.（ドイツ・ケンプテン、ミシガン州セイリーン）は、インテリジェント自動化システムPHS Allroundで自動化製品ラインを拡充しました。目標は、部品サイズと重量に依存しない高効率と簡易操作。システムはワークピースのセットアップをマシンから別のセットアップステーションへ移し、セットアップ済みワークピースを中間保管エリアに格納します。システムに格納されたセットアップ済みワークピースが短い/長いマシン稼働時間を吸収し、極めて少人数または無人シフトを可能にし、結果として単価を最大20%最適化できます。

Liebherrは汎用ユーザー向けコンパクトクラスPHS Allroundを開発しました。同社によれば、PHS AllroundはLiebherrのエントリーレベルRLSロータリーローディングシステムと、個別構成可能なPHS Proパレットハンドリングシステムのギャップを埋めます。PHS Allroundパレットハンドリングシステムにより、広範なユーザー層が4・5軸マシニングセンタと組み合わせた柔軟生産へ移行できます。3つの重量クラス（最大3トン）の新モジュラーコンセプトで柔軟かつ個別構成・拡張可能。パレットサイズ500×500ミリから1000×1000ミリに対応します。

カスタム自動化がAR-15銃身延長部品製造セルの二次加工を標的

ショップフロアでの大量生産の代名詞であるHydromatが、人気のAR-15スタイルライフル用銃身延長部品の追加ハンドリングと二次加工を排除するカスタム工程内セルを設計・構築しました。従来、この部品は複数マシンで製造されていました。

解決策は、HydromatのEPICマシンテクノロジーに追加自動化と加工プロセスを組み込んで提供されました。Hydromatのエンジニアリングチームは、生地棒材から完成部品まで、セル外でのいかなる操作もなしに完結するプロセスを考案しました。

Hydromatエンジニアは、Barrel Extension OP 10/20/30製造セルプロセスを提案しました。このソリューションには、Hydromat EPICマシンからの退出、カスタム統合されたOp 20ブローチ/コイニング/デバーリング4ステーション転造プロセスセル、Hydromatマシンへの復帰によるOp 30部品完成が含まれます。加工プロセス中、部品はマシンから取り出され、別セルでブローチ加工され、ロータリートランスファープロセスに戻って仕上げられます。EPIC 32/45-16ロータリートランスファーマシンには、ロボット自動化とOp 20セルの完全統合が含まれます。

OP 10は束ね棒材フィーダーが棒材をコレットへ送り、ステーション1で切断から開始。部品ブランクはステーション2〜8へ移動し、部品第1面のフィーチャーに対する特定加工が各ステーションで実施されます。EPICマシンのステーション9で、部品は第1FANUCロボットによりコレットから抜き取られ、Op 20プロセスセルの投入トレイ上の空き位置に配置されます。第2ロボットがSchunkダブルジョーの一つで部品を把持し、セル内テーブルの位置1のジョーへ配置します。

レーザー位置確認後、部品は第2ステーションへ移送。空気圧転送システムでジョーから部品を抜き取り、ブローチ加工位置へ配置し、ブローチマシンが作業を実行。

ブローチマシンと工具はTy Miles Inc.（イリノイ州ウェストチェスター）が供給。ブローチ完了後、空気圧転送システムが部品をジョー内で再配置し、第3位置のコイニングへ搬送。

第4位置で最終デバーブローチステップを実施後、位置1へ戻り、アンロードトレイの空き位置へ配置。この位置からHydromat EPICマシンへ戻り、ステーション9H〜16Hで部品第2面のフィーチャー加工となるOp 30を実施。完了後、もう1台のFANUCロボットが完成した銃身延長部品をコレットから抜き取り、コンベアベルト上へ排出。15.0秒サイクルタイムで、生地棒材から必要加工完了まで時間当たり240個を生産。焼入れ後、研削プロセスで市場投入準備が整います。