非自動車製造業、ロボティクス導入で効率と柔軟性を向上

しかしロボットが完全に生産を運営することはないかもしれない。

より安価で多機能なロボット、より柔軟なワークセル、ロボティクスを容易にする設置手法が、非自動車セクターにおける自動化製造施設の成長を加速させている。ロボティクスと自動化がショップフロアで真の無人化（ライツアウト）製造をもたらすかどうかについては、見解が分かれている。

2018年のロボティクス総販売台数と売上高は減少したが、ライフサイエンス、食品・消費財、プラスチック・ゴム、エレクトロニクス業界では産業用ロボット受注が前年比24%増加したと、ロボティクス工業会（RIA）が報告。

成長には多くの理由がある——ロボットシステムの設置、自動化システムへの統合、プログラミングがより容易になったことなど。

例えば、スイス拠点ABBのアプローチは、クライアントごとにオーダーメイドのワークセルを設計・エンジニアリングするのではなく、標準化されたモジュラー自動化ソリューションのラインナップを生産することだ。

「それですべての時間が短縮される。数週間〜数ヶ月かけて設計・エンジニアリングする必要がないからだ」と、ABB USA Roboticsのセールス・マーケティング担当バイスプレジデント、ドワイト・モーガン氏（ミシガン州オーバーンヒルズ）。「我々が関わるすべてのアプリケーション——工作機械テンディング、包装など——で、標準ソリューションファミリーを持つため、非常に速く動け、短納期を実現できる。」

FANUC America Corp.（ミシガン州ロチェスターヒルズ）は、車輪に載せたりリフトトラックで持ち上げたりして設置できるモバイル対応ロボットを提供。

「また、通常少し自己完結型なので、接続点が少ない」と、汎用産業・自動車セグメント担当エンジニアリングディレクター、リック・マクスウェル氏。

マクスウェル氏の同僚、グローバルアカウント担当エグゼクティブディレクター、ジョン・トゥーヒー氏によれば、FANUCにはセミオートノマス・リフトアシストに関心を持つ顧客も多数いる。

「協働の一形態として、FANUCは我々のあらゆるロボットを、今日の工場で見られるカウンターバランスやリフトアシストデバイスのような、リフトアシストデバイスに適応させる能力を持っています」とトゥーヒー氏。「オペレーターがロボットを手動で所望位置へ操作し、タスクを完了させ、ロボットを戻せば、ロボットが自律的に次の部品をピックしに行く。」

ABB、FANUC、Kuka、Motomanロボットをワークセルに販売・統合するRobotWorx（オハイオ州マリオン）のオペレーションディレクター、トム・フィッシャー氏によれば、アナログセットアップに比べEthernet通信の進歩が、ロボットの複数機能（他ロボットとの相互作用、HMI、押しボタン操作ステーションなど）を同時に使うことを遥かに容易にした。

「複数信号を一度に伝送できる。各信号を個別に配線する必要がない」と氏。「ただシンプルにプラグし、Ethernet I/Oをセットアップするだけだ。」

ロボット設置を容易にする人的要因もあるとフィッシャー氏。「エレクトロニクスをより良く理解する世代に達し、ビデオゲーム経験でキーボード（またはロボットティーチペンダント）で物事を制御する方が、直接操作より得意になっている」とフィッシャー氏。「その経験をロボティクスに応用できる。」

MC Machinery Systems Inc.では、下流ロボティクスが次のビッグシングだ。三菱商事子会社で、イリノイ州エルクグローブビレッジ拠点。ワイヤー放電加工機、フライス盤、レーザーカッターを販売し、自動ラインへ統合する。

「部品を取り、ピックし、適切にスタックし、ロボティクスが別の場所へ移せる場所へ移動させる」と、オートメーションスペシャリスト、ジェイソン・ルグラン氏。「タイムセーバーマシンやフラットナー、プレスブレーキを通過するかもしれない。それが次のビッグシングで、実現に向けインテグレーターとミーティングを重ねている。」

下流ロボティクスを促進するのが、三菱の2018年Astes4買収だ。スイス企業で、Astes4Sortという柔軟な製造システム（ソーティング用）を製造。

「彼らは疑いなく、産業用レーザーからの自動部品ソーティングの最先端を行く」とルグラン氏。「彼らの機能が、我々のレーザー自動化を次段階へ持っていくために必要なものだ。Astes4Sortは出てきた完成部品を、指示通りにスタックする。それ自体がエンドユーザーにとって非常に魅力的だ。」

部品はスタックされパレタイズされ、製造プロセスの次のステップへ準備完了。「同種部品が同じ向きで一枚ずつスタックされていることが分かっているため、ロボット操作をバックエンドで統合するのが遥かに容易になる。より高価なビジョンシステムなどなしで、ロボットがそこから次のオペレーションへ持っていける。これが第一歩だ。」

ロボット価格は平坦化？

歴史的にロボットは安くなってきたが、逸話的情報によれば価格は平坦化しながら価値は上昇している。

過去30年で産業用ロボット平均価格は半減したと、グローバル経営コンサルタントのマッキンゼー・アンド・カンパニー。産業用ロボット平均販売価格は2009年の63,000ドルから2018年には45,000ドルへ減少したとstatista.com。

新旧ロボットを販売するRobotWorxウェブサイトによれば、コントローラーとティーチペンダント付き新品産業用ロボティクスは50,000〜80,000ドル。通常、再生品は新品の半額程度だとRobotWorx。

直近ではロボット価格は実質下がっていないが、ロボティクス企業が機能を追加しているとRobotWorxのフィッシャー氏。

機能向上の一例はヒューマンマシンインターフェースだ。「昔ならHMIとして使うセカンダリ・アクセサリーを別途配線しなければならなかった。今ではFANUCのような企業がソフトウェアに組み込み、ペンダントで運用できるようにしている。」

もう一つは協働ロボットだ。「最大の用途はマシンテンディング——今一番ホットだ」と氏。「オペレーターがワークセル内でロボットと並んで作業できる。」

FANUCのマクスウェル氏も機能面に同意。コンピューター業界と同様——ラップトップが必ずしも安くなるわけではないが、同価格でより多くのものが得られる——ロボットも同価格で遥かに多くの機能が得られる。今日のロボットはより速く、より多くの演算能力、より多くの処理能力、またはより高いペイロードを持つと氏。

MC Machineryのルグラン氏も同意。「より幅広いアプリケーションに適している。結果、メーカーはそれらをより多くの用途で使っている。うまく切削された部品スタックが、ロボットがアクセスできる場所へ届けられている。」

「今、メーカーは『この地点からロボットで何ができるか、操作を合理化し繰り返し可能なサイクルタイムを得て、生産を効果的に計画できるか』と言っている」と続ける。

手を使え

メーカーがロボットで業務効率化できることを特定し、プラントフロアに設置したら、より直感的でユーザーフレンドリーなソフトウェアでプログラミングできる。

「我々の会社全体と業界全体で、ハンドガイディング、メニュープログラムなどで、自動化の利用とプログラミングをより直感的にするための多大な努力がなされてきた」とマクスウェル氏。「メーカー、特にFANUCには、基本的で使いやすいメニュー駆動オプションがあることが分かる。我々のiHMIがプログラム生成手順を案内する。グラフィカルで、実にシンプルだ。」

ロボットがプログラミングされ稼働したら、ロボティクス企業は基本プログラミングから、手元の仕事に応じてロボットの機能拡張を統合するより複雑なタスクへの移行を容易にしたとマクスウェル氏。

FANUCやABBのようなロボットメーカーは、プログラミング用ハンドガイダンスも追加した。ピックアンドプレース操作で、オペレーターがハンドルを握り、エンドオブアームツーリング（EOAT）を部品位置へドラッグし、次にクリア位置へドラッグし、さらに箱の上へドラッグすることで、ロボットに位置を教える。従来の同じタスク教示は、ロボットのティーチペンダントでX、Y、Z軸の各種ボタンを押して位置決めしていた。

「これで実行準備完了だ」とマクスウェル氏。「この3〜4ステップでロボットに何をすべきか教えられる。ずっと直感的で、ずっと使いやすい。」

ABBのYuMiは、ビジョン、バキュームグリッピング、2タイプのメカニカルグリッピング、力制御を完全統合したデュアルアームロボットで、ハンドガイダンスプログラミングも可能。「子供に自転車の乗り方を教えるようなものだ」とモーガン氏。

YuMiの一般的応用：マテリアルハンドリング、組立、包装、食品生産。「YuMiを箱から出せば、すぐ使える」とモーガン氏。「2アームなので、一方を治具として部品保持、もう一方を作業手にできる。コンベアも、パレットも、治具も不要。」

真のライツアウト状況はない？

ライツアウト製造の活用は、部品ハンドリングと物流課題により阻害されてきたが、詳細な計画、IIoT（産業用IoT）、まだ開発中のAI（人工知能）などが克服の約束を持つ。しかし、完全ライツアウトが答えではないとの声もある。

あらゆる自動化を持つ者にとって、ライツアウトは目標だとルグラン氏。同社ワークセルでは、レーザーを可能な限り稼働させるのがアイデアだ。

「皆それに向かっている」と氏。「過去では、自動化システムと、より重要なプログラミング技術と機械設定が、真のライツアウトには不十分だった。部品のチップアップなどで機械が停止することが多かった。我々は失敗から学んだ。」

ルグラン氏はライツアウトにはトレードオフもあると語る。特にオペレーターがダイナミックネスティング（毎回ネストがユニーク）を行う場合。これは受託加工ショップで特に一般的だ。

「多くのジョブショップ状況では、彼らがライツアウトだと思う状況は当てはまらない」と氏。「できるが——ネスティング、プログラミング、すべてを少し異なるアプローチで行わなければならない。異なるパラメータセットで切削する必要がある。」

最速の切削ではないかもしれないが、ライツアウトでは「遅くても着実が勝つ」とルグラン氏。

「一貫して止まらず動き続けなければならない。だから部品間隔を少し広げたり、チップアップ防止のタッピングを少し強めにしたりする。」

結果、顧客はMC Machineryマシンで2つの異なるプログラムを持つことになる——ライツアウト用と有人運用用。

FANUCのマクスウェル氏もライツアウトが未来であり、複数の顧客にとって目標だと同意。「比較的長期間の連続稼働でかなり良い成功を見ている」と氏。「たぶん1シフト、たぶん1.5シフトだが、製造プロセス全体を通じて、まだ人が入って特定のことをする必要がある領域がある。成功しているのは通常第3シフト、第2〜第3シフトだ。」

ライツアウト運用は自動化だけでなく、マテリアルハンドリングなど他の機械・プロセスにも依存する。物流が重要で、計画が不十分なら材料不足が生じると氏。

マクスウェル氏の、無人運用を意図する人へのアドバイス：まず運用を分析し、離散ステップに分解。各ステップで何が起こりうるか検討し、オペレーターなしでどう解決できるか決定せよ。

常に何人かの作業員を現場に置く必要があるとRobotWorxのフィッシャー氏。「ライツアウトは生産にとって一種の誤用語だ。『真のライツアウト生産状況』など存在しない。常に何らかのサポートがある。企業はスケルトンクルー自動化へ向かっている。」

この時点で、ラインを支える必須人員を置く必要があると氏。必ずしもオペレーターではなく、何か故障や修理が必要な場合の保守技術者とロボット技術者。

「ライツアウト運用トレンドを可能にしているのは、マシンテンディングとマテリアルハンドリングへのロボット活用だ」とフィッシャー氏。「未来はAIとIIoTだ。」

IIoTにより、遠隔地の作業者へアラートを送り、問題発生時に監視・介入（保守スケジューリング）し、生産数を把握できる。AIはより予測的で、ロボットが自律的に調整を開始・実行できるようにする。

ロボティクスAIは開発中で、まだどのロボットにも搭載されていないとフィッシャー氏。「すべてのOEMがR&Dプロジェクトとして取り組んでいるが、まだ存在しない。たぶん今後5〜10年で見られるだろう。」

真のライツアウトを阻むもう一つの大きな問題は部品品質だ。

「組立プロセス、溶接プロセスをやるなら、部品品質が完璧でない限り、品質アウトプットや修理・保守の観点からしか特定できない問題に直面する」と氏。自動車メーカーは安全溶接の目視検査で、溶接位置が正しく欠陥がないことを確認しなければならない。カメラでは検査に限界があると付け加える。

ABBのモーガン氏は焦点をライツアウトからインダストリー4.0へ移した。「ロボットビジネスに数十年携わってきたが、『ライツアウト生産』という言葉は、自動化製造の『聖杯』のように見なされてきたと私は言う。プロセスとビジネスをそのレベルまで持って行けば、到達したと思われてきた。」

他がライツアウトに焦点を当てる中、ABBは未来の工場とインダストリー4.0に照準を定める——ローミックス・ハイボリュームもハイミックス・ローボリュームもこなせる、柔軟で俊敏な製造施設だ。

「今日の製造業で見られるのは、従来の大量生産品 مثل 携帯電話——例えば今日、サムスンAndroidフォンで何色、何メモリ構成が買えるか見てみよ」とモーガン氏。「それが我々が今日製造業で見ていることだ。」

全く新しいのは、自動化設定全体が顧客ニーズ（迅速な納品など）と統合されたエコシステムだ。例えばモーガン氏によれば、コンタクトレンズメーカーが数十億個のソフトコンタクトを生産するが、今では工場内にe-フルフィルメント運用があり、フェデックスなど配送・物流企業がオンサイトで統合されている。

「メーカーが金を使うあらゆることに対し、信頼性と可用性が高く、全体設備効率（OEE）への大きな焦点が求められている」とモーガン氏。「以前の世界クラスOEE数値80〜85%は今や非常に低いハードルで、今日世界クラスを目指すなら90%からスタートだ。あらゆるレベルでの効率だ。つまり、製造環境でオペレーターと共に働く協働ロボット、そしてすべてがデジタル接続されている。」