デジタル工具管理：現代製造業のための統合的・顧客中心ソリューション

設計と加工におけるデジタル化への注力は、より洗練されたデジタル工具管理（DTM）システムの重要性と利点を浮き彫りにしました。これにより高度な差別化が生まれ、一般的に受け入れられたシステム定義については若干の混乱も生じましたが、より包括的で顧客中心的な目的と能力の進化をもたらしました。

ハードウェアとソフトウェアの両方における製造分野の多くの初期開発は、ビルダーと開発者間の企業間ライバル関係によって阻害されてきましたが、工具管理システムの進歩は、より協力的であり、それによりより速く、より効果的でした。

DTM開発に影響を与えるドライバーには、自動化システムにおける工具管理の必要性、そしてますますジョブショップレベルでの小〜中ロット複雑部品生産における必要性；ISO 13399などの標準の確立；MTConnectやIndustry 4.0の傘下にある複数のサブプログラムなどの協力プログラム；より高い効率、より多くの柔軟性、必要に応じて複数ベンダーとの関係を提供するシステムへの顧客需要などが含まれます。

現在、システム提供は限定機能を実行する個別モジュールから、CAMステーションからショップフロアまで延びる包括的なパッケージまで多岐にわたります。シーメンスPLMソフトウェア（テキサス州プレイノ）の製造データ管理スタートアップリード、コルシン・ビューラー氏は、「DTMをトータル情報システムのキー要素と見なしています。工具要件の様々な側面を整理するソフトウェア、自動化のニーズに応える能力、工具をCAM機能に統合する能力を含みます。もちろん、幅広い顧客に対応するため、個々のメーカーのニーズに適応する幅広い構成を提供できる必要があります。」

ゾラー株式会社（ミシガン州アナーバー）社長のアレクサンダー・ゾラー氏は、DTMシステムを「すべての関連製造プロセスのデジタルツイン」と視覚化します。「我々のシステムには、デジタルツイン工具ライブラリに加え、機械、ツールホルダ、工具仕様、形状、プロセス全体で必要なその他のデータを含む完全な加工/工具機能情報が含まれます。情報はCAMプログラマーから生産管理まで、すべての人が利用可能でなければなりません。」

サンドビック・コロマント（ニュージャージー州フェアローン）のアメリカズ デジタル加工営業ディレクター、ジェフ・リジー氏は、新しいDTMシステムに不可欠な機能を評価する際、広い視点を取ります。「多くのメーカーが基本的なミニマックスシステムで工具補充から始めますが、我々はフル機能システムの開発が将来に不可欠と見ています。これらのシステム構築において、我々の主目標は、その情報が顧客によってどのように消費されるかに基づいて、データを提供するより良い方法を提供することです。」

顧客感度はプロセスにとって極めて重要です。「我々の提供には、製造プロセスに関連するすべての情報とプロセスの完全な統合が含まれます」とTDMシステムズ（イリノイ州シャンバーグ）の北米ディレクター、グレッグ・ビグルマン氏。「これにより、企業がインテリジェントなデジタル連携生産へより容易に移行できます。重要な要素は、すべてが単一ソースのデータベースから来ていることです。」

工具データの入手しやすさも、セコツールズLLC（ミシガン州トロイ）のSTEPテクニシャン、タイラー・マーティン氏によって不可欠と見なされています。「データの容易な入手が重要です。我々は工具情報をクラウドからダウンロード可能なモジュールで提供しています。ISO 13399準拠により、顧客が必要なときに正しい情報が、理解しやすい形で提供されることを保証します。」

ワルターAG（ドイツ・テュービンゲン）は工具管理システムの早期提唱者であり、今日では大手顧客向けにフルサービス機能を提供しています。デジタル製造マネージャーのフロリアン・ベップレ氏は、「初期の工具管理努力には自動販売機が含まれていました。今日、我々の物流システムにより、トータルパッケージを統合することで企業と提携し、工具管理機能をアウトソースできるようにしています。最高レベルでは、我々の担当者を顧客先に常駐させ、競合他社製品を含むすべての工具を購入します。プリセッティング、技術運用、機械上の最適化を担当します。これにより、メーカーはコアビジネスに集中し、工具管理を専門家に任せられます。」

対応手段として、DTMは製造業の進歩と関係する工具メーカーのビジョンを組み合わせる形で進化します。アレクサンダー・ゾラー氏が簡潔に述べたように、「機能的には、毎年新しいシステムが登場するでしょう。」

TDMシステムズのビグルマン氏は、「世界中の複数施設を接続する必要性」を強調し、これが継続的な効率化をもたらすと述べます。シーメンスでは、ビューラー氏（シニア製品マーケティングマネージャー）が、DTMの論理的な進化を強調します。「デジタル工具ライブラリの開発から、物理的工具管理に特化したシステムへと進化しました。これには、製造プロセス内のあらゆる工具の位置だけでなく、在庫内の工具も含まれます。なぜなら、これは継続的な生産環境において継続的な課題を提起するからです。」

サンドビック・コロマントのリジー氏もシステム開発の道筋を指摘します。「歴史的に、工具管理システムは工具在庫の静的計算と対応する更新に基づいていました。現代の環境ではこれは時代遅れで、実データ、オンマシンステータスを含む動的トレンドへ移行しなければなりません。実質的に、離散的システムからインタラクティブなシステムへ移行しています。」

ワルターは、工具管理「コックピット」の活用によるマルチチャネルコンセプトに取り組んでいます。ベップレ氏は説明します。「コックピットは、パフォーマンスの基準線を確立することで、時間経過に伴う経済性に関する経営報告を開発し、全体プロセスにおける確実な節約を定義します。顧客が物流工具データを知る必要は明確にありません。我々の専門知識を組み込むことで、特に加工プロセスに関して、より意味があり効果的な情報を提供できます。もう一つのコックピットは、ワルターに工具パフォーマンスデータを提供し、工具性能改善を可能にします。」

顧客のインプットと要求

デジタル工具管理システムの改善における重要な要因は、顧客のインプットと要求です。顧客ニーズと工具メーカーの経験から生まれる合成は、DTMシステムのより標準的な能力を拡張する上で、おそらく最も重要な貢献要因として浮上しています。

セコツールズのマーティン氏は、CAMシステムに適用可能な工具データライブラリの改善要望を挙げます。「CAM機能は、工具管理システムがその潜在能力を最大限に発揮するために絶対的に必要です。」

ゾラー氏は、「顧客は全体像から始め、特定のソリューション開発で協力を求めてきます。例えば、特定の工具を探すのに費やされる時間の浪費が一般的に認識されています。適切な管理を導入することで、この問題を解決できます。また、3Dアプリケーションや、携帯電話やタブレットで通信可能なモバイル機能への要望も見られます。」

DTM導入を検討する新規顧客はいくつかの要求を持っており、それらは多様な方法で応えられます。TDMシステムズのビグルマン氏は、「今日の顧客は常に、製造プロセスのより多くをDTMシステムに組み込もうとしています。したがって、潜在的な新規顧客は、シンプルな『ボルトオン』拡張機能を通じて、プロセスのどこからでもデジタル製造環境に参入できます。一度最初のステップを踏めば、データや効率を失うことなく上流または下流へ拡張可能です。」

リジー氏も同意します。「サンドビック・コロマントでは、追加アプリケーションの接続を可能にするスタータープラットフォームを目指しています。この文脈では、ベンダーが各新アプリケーションがバリューストリームにどう加わるかを証明することが必要です。」

DTMの初期開発フェーズは主要OEMと対応する大手工具メーカーが主導してきましたが、業界には多数の中小工具メーカーも存在し、多くはエンドユーザー、特にジョブショップや中小メーカーと販売・助言関係を維持しています。デジタル化への移行は、それらのリソースがどうなるかという疑問を必然的に提起します。

ワルターのベップレ氏は、標準化とDTMの両方によって「シェイクアウト（淘汰）」が起こると予測します。「ローエンドサプライヤーとプレミアムサプライヤーの間で継続的な闘争があります。ローエンド側はシステムへの移行に全く動機がありません。彼らの最大の脅威は、特にコモディティレベルでは、工具がますます似通ってきているという事実です。」

ゾラー氏は、主要要件を満たせば中小企業にも場所があると見ます。「中小企業はより効率的になる必要があります。我々のような企業との提携で、より小規模な顧客基盤をカバーする機会があると見ています。実際、彼らは我々のカタログとデータベースを補完します。」

大手DTMプロバイダーと中小工具メーカーの間を埋める多数のサービス企業も増加する見込みです。ビューラー氏によれば、「自社の地位を維持し、成長することに真剣な企業は、データを拡充できるサプライヤーにアクセスできるようになります。また、ねじフライスなど特定の工具分野を専門とする中小メーカーもニッチを見つけ、DTMを提供する大手企業と提携するという追加の利点を得られます。」

中小工具サプライヤーの生存と成長における重要な要因をマーティン氏が指摘します。「これらの企業は、提携の形で既存システムに接続できるだけでなく、クラウドのおかげでサービス能力がより拡張され、効率的になります。」

いくつかの大手プレーヤーが採用するオープンプラットフォーム戦略により、中小工具サプライヤーへの更なる支援がもたらされます。「我々は『ブランドアグノスティック（ブランド中立）』です」とリジー氏。「あらゆる工具が我々のシステム内で接続可能です。ISO 13399やMTConnectのような全体プログラムのおかげで、最終的にすべての大手がそうなるだろうと思います。」

主要工具メーカーとその顧客が示すDTMにおけるリーダーシップ、そして彼らの異なる運営哲学と機能は、拡張性の問題を提起します。より包括的なシステムがよりコンパクトな構成に編集可能か、モジュール化できるかは、主にその固有の目的と元々の開発に依存します。

ベップレ氏は高度な差別化を指摘します。「定義上、最も効果的なDTMシステムは包括的であり、そのため中小企業にはあまり利用しにくいです。主要企業が即座に導入可能で、広範なブループリントだけでなく主要な修正も必要とするシステムを望む限り、これは続きます。中小企業はモジュールを部分的に導入できますが、正直言ってそれは包括的なシステムではありません。」

マーティン氏は、「より多くのプロトコルが標準化されるにつれ、DTMのより多くの側面が中小規模事業者にも利用可能になる」と予測します。セコツールズのシステムが、広範で多様な工具ライブラリから派生した複数コンポーネントの組み合わせとして発生した事実は、ビューラー氏の言葉を借りれば、システムを「非常にスケーラブル」にしています。

長期計画の必要性

ビグルマン氏は、いかなるシステム開発においても長期計画の重要性を指摘します。「我々の各提案は、個々の顧客のニーズに基づいて特別に開発されます。シンプルに始めて段階的導入計画を立てることも、最初から全体的アプローチを取ることも可能です。」

リジー氏は異なるアプローチを取り、標準化されたコンポーネントを組み込んだ中小規模DTMパッケージが、中小規模事業のニーズを満たすために利用可能になる、柔軟で多段階の道筋を描きます。

システム、モジュール、アプローチの多様性の増加は同様に、導入の問題を提起し、これは顧客の購買決定の決定要因になり得ます。ベップレ氏はDTM成功のための包括的計画の重要性を指摘します。「顧客に、どこに行きたいかを想像してもらうよう助言します——それは工具管理をはるかに超えます。全体計画から戦略を導き、最良のパートナーを選び、ソリューションを実装します。変更を恐れず、過剰なデータに圧倒されないよう注意喚起します。混乱より結果が無限に望ましいです。」

マーティン氏はシステム全体を一度に導入することを推奨します：「これは運用面からだけでなく、財務面からも理にかなっています。一括コストを選択することで、顧客は予期せぬ追加費用やエクストラを回避できます。」

「顧客側の過度な内部関与に関しては慎重なアプローチが必須です」とゾラー氏。「チームを配置することが最も重要です。これは時間を節約するだけでなく、プロセスに最も精通した人々が内部視点を持てるようにします。その後、キー領域を優先順位付け、段階的に実装します。」

ビューラー氏は大手企業にはパラダイムシフトを、中小企業には「開始してから拡張」戦略を提唱します。「大規模システムの成功は準備とトレーニングに大きく依存し、人々は全体概念を一度に理解する方が論理的だと感じます。財務的または運用的にそれが不可能な場合、特定の部門や機械セットから始め、システムを学び、望む最終結果を定義し、そこから外側へ拡張することを推奨します。」

Industry 4.0の影響

Industry 4.0イニシアチブがDTM導入の主要な原動力であることは明らかです。実装の速度と範囲は、プロトコルへの準拠の緊急性によって異なります。

拡張に関して、ビューラー氏は工具だけでなくそれ以上のシステムの必要性を見ています。「企業が自動化能力を高めたいなら、DTMの必要性に同意しなければなりません。さらに、デジタルシステムは工具で止まることなく、治具とゲージ管理も含めなければなりません。」

ゾラー氏はDTMを「まさに4.0イニシアチブにフィットする」と見ます。「すべてのリソースを活用する唯一の効果的な方法は共有システムを通じることです。これは貸借対照表にプラスの影響を与える効率性を促進します——経費が今日の工具室を駆動し、我々は完全自動化ロボット工具室へ向かっています。」

マーティン氏によれば、「完全にデジタル化された製造システムは必然的に包括的でなければなりません。DTMはミックスの重要な部分です。購読者はIndustry 4.0に真剣です。」

リジー氏は、「Industry 4.0の核心は接続性の概念です。工具管理は相互接続され、最適化サイクルから工具寿命まで、あらゆるものを記録し、最終的に影響を与える動的データを提供しなければなりません。」

DTMの必要性については概ね合意があるものの、そのようなシステムをどう構築・実装すべきか、何を含めるべきかという異なる解釈は、近〜中長期的にそのようなプロトコルがどこに向かうかのビジョンを自然に導きます。更なる要因は、システムが新しい非伝統的な方法、材料、技術をどう包含または適応させるかです。

ビグルマン氏はコミュニケーションの革命を予見します：「近い将来、これ以上『サイロ』は許されません。コミュニケーションは明確でなければならず、業界はすべてのプロセス、システム、部門における透明なコミュニケーションの考え方を受け入れなければなりません。新技術が登場すれば、プロバイダーはそれらすべてを接続するソフトウェアとハードウェアを開発するでしょう。」

ゾラー氏は、「新素材と技術、特に顧客が自社工具を製造する能力に関連するものを自然に受け入れるDTMシステムの継続的な発展」を予見します。

ベップレ氏は、金属切削業界における近い将来のIndustry 4.0リーダーシップは、大手OEMと工具メーカーが提供し、工具最適化を主目標とすると信じています。「工具メーカーは、CAM、計画、調達、適用までのプロセスフローを支援しなければなりません。これにより、グローバル製品検索（GPSを使用して提供）であっても、最適な工具をより効率的に見つけられます。」

新技術に関しては、ワークピースのプリントが増えると予見し、特に自動車と航空宇宙産業で、軽量化と金属構造改善に重点が置かれるとのこと。しかし、従来型工具も引き続き必要です。

「一部の顧客が自社で半完成ワークピースを作れるようになるにつれ、仕上げプロセスでどの方法と工具を使うかを同時に決定しなければなりません」とベップレ氏。「ほとんどの顧客にとって、それは荒加工にも当てはまります。特に新素材と合金により加工複雑性が増し続けているためです。このようなタスクには豊富な経験と知識が必要で、多くの専門家が定年を迎えつつある中、新しい人材の育成が極めて重要になります。」

ビューラー氏によれば、「近い将来、DTMシステムにはより多くの3Dデータとシミュレーション機能の提供が求められるでしょう。多くの3Dデータは、工具メーカーが顧客と協力して送り速度を最適化し、在庫を最小化し、工具と加工プロセスからのフィードバックをより多く得るために提供しなければなりません。」

マーティン氏によれば、高速データ作成と/または取得への重点増加が鍵です。新技術については、「参入コストが非常に高いため、高度な積層造形の導入はほとんどの顧客にとって経済的に実行可能ではありません。ハードウェア、ソフトウェア、人材の面から必要な投入を考慮すると、高度に特殊化した工具の開発は工具メーカーとの提携で最適に行えます。」

リジー氏は、あらゆるレベルでの接続性が近〜中長期的なDTMの主たる推進力になると観察します。「加速された接続性が、多くのケースで特殊工具の必要性を定義し、その中にはプリントを必要とするケースもあります。ここでの重要な要因は、最高の結果をもたらす材料の開発です。」

DTMの多くの発散方向は、硬直的なプロトコルが不適切であることを示しています。革命的な設計、新しいカスタマイズ材料、わずか短期間前には聞いたこともない方法と機械によって特徴づけられる動的な製造環境において、「工具」の伝統的な定義は拡大しました。同様に、製造におけるすべてのインプットと資産の最適化利用には、インタラクティブとディスクリートの両機能を収容できるシステムが必要です。リジー氏が観察したように、「デジタルにより、部族知識からシステム知識へ移行しています。」

製造コミュニティの増大するセグメントがDTMシステムの必要性と必然性を認める一方で、それらのプロトコルがどう定義、実装、最終的に使用されるかの理解は大きく異なります。ISO 13399、Industry 4.0、MTConnectなどの標準がある程度の構造を提供していますが、システムに何を含めるべきか（工具のみか、工具・治具・付帯設備か）、システムの継続的管理を誰が担うべきか（施設担当者か工具メーカー/サプライヤーか）、DTMを機能的にどこまで拡張し、どの部門を含めるべきか（製造オペレーション、財務、経営）、システムを導入から将来へどう進化させるべきか、については議論が続いています。

かつてはより洗練された工具室と想像されていたものが、製造技術の急速な発展と、積層造形やナノテクノロジーのような全く新しい代替手段が「工具」の定義を曖昧にする挑戦によって、さらに複雑化しています。

この破壊的技術の多くの糸から、DTMシステムは必然的に、部品と材料の性質、自動化の程度、望まれる結果などの要因に基づき、高度にカスタマイズされ、継続的に進化するものになると思われます。明確に、モジュール化は主要な役割を果たし続けるでしょう。