Basin Precision Machining、高度な自動化でセットアップ時間を大幅削減

Basin Precision Machining LLC、効率的なシングルピースフロー生産システムをショップ全体で展開し品質向上を実現

Basin Precision Machining LLCの社長兼CEO、エリック・アンダーソン氏は、セットアップこそが製造生産性における「万悪の根源」だと断じる。セットアップは部品バラツキ、ダウンタイム、高いスクラップ率を招くからだ。多くの工場と同様、ウィスコンシン州ジェファーソン拠点のBasinも、長く複雑なジョブセットアップという課題に直面していた——自動化で対抗するまで。

Basinは、品質への極度のこだわり、リーン製造、ショップ全体で展開する高効率なシングルピースフロー生産により、「比較的型破りな工場」だと自認する。だが、その型破りさが最も顕著なのは、典型的な大量生産ではなく、多品種少量生産環境で自動化を活用している点だ。

この特殊な多品種少量生産自動化を実現するため、Basinは最新・最高峰の工作機械技術、最大級の工具収納容量、デジタル接続性を備えた製造セルを構築し、セットアップ時間をほぼゼロに近づけた。

精密請負機械加工工場として、Basinは石油・ガス、航空宇宙、レクリエーションビークル、油圧市場に対応。顧客には石油・ガス企業のFHE USA LLC、カートリッジバルブメーカーのHydraForce Inc.、オートバイOEMのHarley-Davidson Inc.などが名を連ねる。

あるケースでは、1顧客向けに約250種類の部品バリエーションを生産する。ジョブロットサイズは5〜500個で、アンダーソン氏によれば、バージョン切り替えのために月約80回のセットアップが発生する。これらの時間・労働集約的なセットアップには、100本以上の工具セットアップ、複雑な多面治具、複雑部品の運用を理解した熟練者が必要だ。

最大級の自動化製造セルでは、約200品目の部品を常時セットアップした状態で保持できる。ジョブを一度セットアップすればセル内に留め置き、必要時に実行できる。新設の22,500平方フィート（2,090平方メートル）増床エリアに設置され、主に油圧マニホールドを生産するこのセルは、Mazak HCN-5000横形マシニングセンタ6台を、3段120パレット、3ロードステーションのMazak Palletechシステムで統合。最大工具容量のため、各マシニングセンタにMazak Tool Hive（各348工具収納）をペアリングし、セル全体で2,088工具を保持する。

アンダーソン氏によれば、大容量工具庫はセルが次の部品に切り替わる際も工具をセットアップしたままにできるため、セットアップ削減に大きく寄与する。多くの場合、1台のマシンで3サイズの素材から十数種類の部品を加工できるだけの工具を備える。

昨年は15台のスタンドアロンマシンと32名で約1,100万ドル分の油圧マニホールドを加工していたが、この新しいMazakシステム1台だけで、6台のマシンと6名で従来の90%にあたる約950万ドル分の仕事をこなせるようになる。

HCN-5000は全台MazakのMazatrol SmoothG制御装置を搭載。ユーザーフレンドリーで高速・高精度加工を実現する。ダイレクトドライブロータリーテーブルと2パレットチェンジャーが標準装備され、Palletechレールガイドロボットが1パレットを積み降ろししている間、もう1パレットで加工を継続できるため、生産性が向上する。

さらなるプロセス最適化のため、セル内の全HCN-5000にMazak SmartBoxを装備。MTConnect技術を基盤とするオープンプロトコルのSmartBoxは、機械・デバイスの接続性を容易にし、監視・分析機能を強化するIIoT（産業用IoT）への簡単で安全な入り口を提供する。

アンダーソン氏によれば、SmartBoxは全体設備効率（OEE）の監視と、将来的なERPシステムとの連携のために導入した。現在はRFIDチップ経由でツールプリセッタからマシンへ工具データを転送しているが、将来的には設備にセンサーを追加し、予防保全と重要システムの監視にもSmartBoxを活用する予定だ。

もう一つの自動化製造セルは、Mazak HCN-8800横形マシニングセンタと348工具Tool Hive、6パレットPalletechシステムを中心に構築され、油圧機器をウェルヘッドに固定するFHEのRigLockシステム向け部品を主に生産する。

HCN-8800に加え、BasinはMazak Integrex i-630V/6複合加工機でもRigLock部品を生産する。強力な旋削・フライススピンドルを備えた5軸ソリューションで、重切削に対応。直径20インチ（508 mm）、重量1,200 lb、硬度HRC 32の鋼材からなるRigLockボディを加工する。これらは別サプライヤーなら6工程・総工数55日を要したが、BasinではIntegrex i-630V/6で1工程・7時間強で完了する。

アンダーソン氏によれば、これらの部品は「1工程で完結できればプロセスが格段に楽になる。ハンドリング、ローディング、位置決めズレ、複数設備の必要性といった変数をすべて排除できるからだ。従来型工場なら、旋盤2台とインデクサ付き立形フライス盤で、ワークを4回ハンドリングする必要がある。」

BasinではシングルピースフローとMazakの「Done in One」複合加工機能により、素材が工程に入り完成品として出てくる。これによりWIP（仕掛品）ゼロ、品質問題の大幅減、ジョブターンアラウンドタイムの短縮を実現。その結果、Basinの不良率は50 ppm（百万分率）以下に抑えられ、過去10年間で最低19 ppmを達成し、それを維持している。

アンダーソン氏は、Integrex i-630V/6などの他のMazak機も「従来の意味での自動化（ロボットが搬送する）ではない」と語る。自動化は、複合加工機が旋削と全5軸フライスを単一セットアップでこなす能力そのものから生まれる。

同様の内蔵型自動化の例として、最近導入した4台のMazak複合加工機がある。第2旋削主軸を持つIntegrex i-400S、第2旋削主軸に加え下タレットを持つIntegrex i-200ST、そして2台のIntegrex e-500H-S。後者はC軸制御付きの2つの同等パワー対向旋削主軸と、B軸回転のインテグラルモーターフライススピンドルを備え、同時5軸・高送りフライス加工が可能だ。

Integrex e-500H-SはRigLockシステムの大型部品を、i-400Sとi-200STもRigLock部品と吹出し防止装置部品を加工。i-200STにはバー材が供給される。これらが稼働中、オペレーターはi-400Sも兼務できる。

「Mazakのような自動化加工システムは、熟練労働力不足といった労働力問題の解決策だ」とアンダーソン氏。「我々の従業員は自動化のマネージャーだ。機械技師は見つかりにくい。彼らは責任感が強く、自分のシステムを管理し生産し続ける強いオーナーシップを持つ。単なるボタン操作要員ではなく、プロセスに投資する個人——いわば各ワークセルのプラントマネージャー——であり、自セルの素材、機械、工具、品質、記録、梱包、顧客へのプレゼンテーションまで責任を持つ。」

Basinの被削材は主に4140、4340、一部プレハードン鋼（バー材、鍛造品、鋳物）、Invar 36、6061-T6アルミニウム、65-45-12 DuraBarダクタイル鋳鉄。ワーク重量は2オンス〜2,000 lb、厳しい公差と表面粗さが要求される。位置公差は0.005インチ（0.12 mm）〜0.001インチ（0.0254 mm）、直径公差は±0.00025インチを保持するケースも多い。ロットサイズは年間数十万個の継続生産から、わずか2個の単発ジョブまで幅広い。

アンダーソン氏の両親が創業し、現在従業員190名、ジェファーソンとホワイトウォーターの2拠点、総製造面積85,000平方フィート（7,897平方メートル）。顧客は約10社で、「100社のジョブショップになるつもりはない。全社に十分なサービスを提供するのは極めて難しいからだ」とアンダーソン氏。

「重要な顧客と強固な関係を築き、大量の仕事を任せていただくことを目指す」と氏。「それにより顧客から確約を得られ、最高品質とコストパフォーマンスで部品を生産するため、最先端製造技術への大規模投資も厭わない。多くのショップはそこまでやらない。」

Basinは、多くのショップが敬遠する複雑な部品の多品種少量案件に注力し続ける。目標は、その仕事を獲得し、今日のような柔軟なMazak機と自動化システムという適切な設備を揃えることだ。この戦略はアンダーソン氏にとって奏功し、新市場を開き続けている。

「未来を見据え、投資を惜しまない」と氏。「それが潜在顧客に響く。我々が狙う仕事は調達が難しい。最先端技術と必要なすべてを揃えるコミットメントを示すサプライヤーを彼らは求めているのだ。」

Mazak提供の情報を基に、イヤーブック編集者キャンディス・ロウロが編集。