デジタル化で自動車部品セル生産性20%向上 — Felss Rotaformの事例

受注のサイズと量の増加により、ウィスコンシン州の自動車部品メーカーFelss Rotaform LLC（ウィスコンシン州ニューベルリン）は、新しいデュアルロボットマシンテンディングセルで事業を拡大しました。同社は旋削スウェージング、軸方向成形、チューブエンド成形プロセスを用いた精密部品のサプライヤーです。継続的プロセス改善目標を達成するため、新セルは従来の製造セルより安全で、速く、柔軟である必要がありました。

自動化の複雑な性質に対応するため、同社はシーメンスとシステムインテグレーターのIAS Inc.（ウィスコンシン州ニューベルリン）に連絡しました。両社は革新の実績と、統合ロボティクスと制御技術の専門性を持っていました。6ヶ月後、Felss Rotaformはデジタル化された統合製造セルを運用し、同社の生産性と収益性記録を塗り替えていました。

次世代ロボティクスセルの要件を見直す際、Felss Rotaformにはいくつかの目標がありました。第一に、新しい高速PLCを導入し、個々の部品のフルサイクルターンアラウンドタイムを短縮することで生産性を向上させること。

第二に、セルに入室する人物をより厳密に制御する、より先進的な安全ソリューションを模索すること。古いセルでは、メンテナンス担当者がセル内にいるときに誤って機械が起動し、その個人を怪我のリスクにさらす可能性がありました。これを防ぐため、Felss Rotaformは再起動時にセルが空であることを保証する自動プロセスを望みました。

第三に、セル段取り替えの柔軟性を高め、顧客により多様な製品レンジをテスト・提供できるようにすること。古いセルでは、新しいプロセスを実行するたびにセル全体をリプログラミングする必要があり、数日かかることがありました。

Felss Rotaformの新セルにおける初期目標は、各部品のフルサイクルターンアラウンドタイム48秒（従来セルよりはるかに高速）でした。ソリューションの設計と実装により、完全な部品生産プロセスが38秒まで高速化され、20%の効率改善を達成。新セル導入後、複雑な段取り替えのダウンタイムが数日から数時間に、通常の計画段取り替えでは8時間かかっていたものがわずか15分に短縮されたと、Felss Rotaform電気制御エンジニアのチャド・デュー氏は述べます。

「この新セルでは、以前3シフト必要だった生産を2シフトでこなせます。これにより24時間で600個の追加生産が可能です。さらに、セルの収益性が13%向上しました」とデュー氏。

シーメンスのアカウントマネージャー、リチャード・パークハースト氏は、IASがFelss Rotaformの目標達成に強力な位置づけにあることを知っていました。「一部のインテグレーターはソフトウェア開発のみを行い、他はハードウェア構築と組み立てに長けています。IASはロボティクスと安全エンジニアリング能力を含め、必要なスキルと専門性のすべてを組み合わせて提供していました」と同氏。

IASは、Felss Rotaformの目標達成にシーメンス製品が不可欠だと認識し、必要な速度、信頼性、柔軟性、安全性を提供しました。例えば、EthernetベースのシーメンスPROFIsafeデジタル化通信バックボーンがセルに設計され、機械と周辺安全を制御。各種PLCとロボット間で安全通信が提供されます。PROFIsafeは、セル内デバイスからのステータス情報をメインPLCにリレーし、標準通信と安全通信の両方が単一バスシステムで行われるため、旧来技術より大きな利点があります。

PROFIsafeソリューション内のすべてのセンサーとアクチュエータは、I/Oステーションに関わらず分散安全コンセプト内で自由にプログラミング可能。この柔軟性により、オペレーターはアクチュエータを選択的にオフできます。その他の利点には、フェイルセーフ通信、高度な診断、ホットスワップ機能があり、ダウンタイム削減に貢献します。

シーメンスSimatic S7-1500 PLC（内蔵Profinetインターフェース付き）も運用速度向上に主要な役割を果たしました。高速バックプレーンバスが高ボーレートと効率的な伝送プロトコルを備え、高速信号処理に不可欠な性能優位性をもたらします。

IASのアプリケーションエンジニア兼メインロボティクス/PLCプログラマー、サイモン・ヴァンシナ氏によれば、「S7-1513F PLCは、その速度、利用可能なI/O拡張カードの範囲、プログラマブル安全コントローラ機能、比較的コンパクトなフォームファクタ、低コストのため、このプロジェクトに最適な選択でした。」

シーメンスのTIA Portalは、すべてのPLCとHMIのプログラミングにおいて、時間とエンジニアリングリソースの節約に重要な役割を果たしました。TIA Portalの使用により、シミュレーションツール、プログラマー生産性ツール、追加診断により市場投入までの時間を短縮。

「TIA Portalでは、コードを書きたいように書き、必要なときにいつでもプログラミング言語を切り替えられます」とヴァンシナ氏。「例えば、シンプルな論理セクションを読みやすくするためにラダーロジックを選び、次の行で構造化テキストのようなものに切り替えて、より複雑なプロセス制御や計算を実装できます。ほぼすべてのPLCがIEC 61131-3の様々なプログラミング言語を使用できますが、TIA Portalではそれらを独自かつ効果的に組み合わせられます。これはコード開発時間を短縮し、このシステムをはるかに速くオンラインにする非常に便利な機能です。」

プロジェクト実装後、Felss Rotaformは核心目標を超えるメリットを即座に実感しました。大手自動車メーカーは常に新製品テストを求めています。彼らはサプライヤーにテストプロセスでの支援を期待します。テストフェーズで最もレスポンスの良いサプライヤーは、しばしば新規ビジネスで報われます。

Felss Rotaformの新製造セルは製品テストを念頭に設計されました。週に6つの異なる新部品番号を走らせられますが、これは別のセルなら丸1ヶ月かかります。

新セルは不良品検出能力もはるかに先進的です。Felss Rotaformのようなメーカーにとって、トレーサビリティは運用コスト削減の鍵です。セルは不良品を検出し別ビンへ振り分け、不良が頻発すればセルを停止してオペレーターに警告することで、不良品出荷を防止できます。不良品が出荷され顧客に発見されれば、出荷ロット全体の返品を意味し、サプライヤーに数十万ドルの損失を与える可能性があります。

IASとシーメンスは現在、2018年に実装予定の2つの類似ロボットセルをテスト中で、より高度なデジタル製造のためにより良いメンテナンス追跡を含みます。新システムは機械稼働時間を追跡し、主要重要部品が予測サイクルタイム閾値に近づいた際に通知します。

検討中のソリューションの一つはMindSphereで、クラウドベースのオープンIoTオペレーティングシステムとして、接続された機械とプラントの可用性向上とセキュリティリスク低減などの機能を持つアプリを提供する接続プラットフォームとして機能します。

さらに、新システムは予測分析を取り入れ、セルのマスターコントロールへ潜在的問題のアラートを送信します。「新システムは、何を交換すべきか、システムがどのタイプの部品を必要としているかを教えてくれます。部品を取り付け前にスキャンすれば、その機械に適した部品かどうかを判断します」とヴァンシナ氏。

シーメンスの詳細情報：www.siemens.com、電話 847-640-1595；IASの詳細情報：www.iasworldwide.com、電話 866-243-2402。