リアルタイム監視で機械性能を最大化

ショップフロアのすべての機械の性能と信頼性を維持・向上させる計画を持つことは、製造オペレーションにとって不可欠です。信頼性の高い機械があれば、短納期の生産ランが可能になります。メーカーがより柔軟であればあるほど、より多くの新規顧客を獲得できます。

ショップフロアの生産性をより高いレベルに引き上げる最も効果的な戦略の基盤は、リアルタイム監視から始まります。ショップフロアのすべての機械から、文脈豊かなリアルタイムデータストリームを得ることは、すべての生産ランを改善し、設計から製造へのプロセスを最大限に発揮させるために非常に貴重です。この記事では以下を検証します：

• 機械のベースライン性能を定義する上でのリアルタイム監視の役割
• リアルタイム監視が設計から製造（DTM）戦略の成功をどう助けるか
• リアルタイム監視を活用して機械フィットネス計画を微調整するメリット
• 機械フィットネス計画の準備をどう始めるか
• 機械をアジャイルな設計から製造プロセスに整合させる戦略

ベースライン性能の定義

持続的な変化をもたらす強力なフィットネス計画は、真のパフォーマンスベースラインから始まります。これは、運動を始める個人にも、ショップフロア全体の機械にも当てはまります。機械のフィットネス計画を立てて成果を出すために、メーカーはリアルタイム監視で必要なベースラインデータを取得します。すべての生産ランにリアルタイム監視を不可欠な一部として組み込むことで、永続的な改善を新たな標準にしています。

Decision AnalystがIQMS/Dassault Systèmesと共同で実施した2つの最近の調査は、メーカーが今やショップフロアの生産性向上にリアルタイム監視を頼りにしており、個別の機械フィットネス計画を作成する基盤となる機械性能のベースラインを確立していることを示しています。

特筆すべきは、Decision Analystによる2019年の北米メーカー150社の調査で、回答した製造業者の82％が、既存機械のアップグレードや新機械の購入を最優先事項としており、リアルタイム監視からのインサイト獲得を目指していることが明らかになりました。これらの企業は、完全に減価償却済みの生産機械を、自己診断し問題を報告できる最新のスマートで接続された機械に置き換えています——それらは、運用条件の文脈でのリアルタイムデータを提供し、フィットネス計画の微調整に不可欠です。さらに、調査対象メーカーの38％が、リアルタイム監視を最適化するために、製造実行システム（MES）ソフトウェアへの投資を行っています（図1を参照、直下）。

一方、Decision Analystの2018年末の調査では、すべてのメーカーの81％がリアルタイム監視によってビジネスが改善されたと回答しています。特にプロセス集約型業界、特にプラスチック製造では、87％のメーカーがリアルタイム監視を業務に不可欠と報告しています。全体として、63％のメーカーが、リアルタイム監視により、生産ランのタイプ別稼働率、スクラップ、ダウンタイム報告を通じて、各機械の個別のフィットネスをより良く追跡できると予想しています（図2参照、直下）。

設計から製造の成功を支援

リアルタイム監視は、設計者、エンジニア、品質管理、生産チームが協働できる単一の設計から製造の環境を作り出すために必要な、多様な製造システムとプロセスの基盤を同期させるために不可欠です。設計から製造は、エンジニアリング、品質、製造チームを同じ製品データモデルで統合することを前提としています。生産機械からのリアルタイム監視は、製造可能性、品質、すべての新製品の規模に関する重要なフィードバックをすべてのチームに提供することで、このデータモデルに貢献します。これは、設計から製造プロセスに関わるすべての人にとって不可欠なフィードバックループであり、ショップフロアの機械の耐用年数を延ばすことに直接貢献します。

設計者、エンジニア、品質管理、生産チームは、製品モデルの変更が製品機械の効率と信頼性（平均故障間隔MTBFなど）にどう影響するかについて、貴重な洞察を得られます。設計から製造チームは、リアルタイム監視データから得られる洞察によって、新製品の創出によりアジャイルで反復的なアプローチを取れます。最も重要なのは、リアルタイム監視が、これらのチームの多様なメンバーを共通の製品モデルで同期させることに貢献することです。設計から製造に基づくより協調的なアプローチを取ることで、生産時のエラーを減らし、歩留まり率を高めることで、製品品質と収益性の両方が向上します。

機械フィットネス計画の微調整

リアルタイム監視に基づくフィットネス計画が、堅実な収益成長の基盤となる設計から製造戦略を構築するための優れた出発点である理由は、主に3つあります。

初期モデル設計に基づき、リアルタイム監視フィードバックに基づいて品質と生産規模を評価しながら、プロトタイプをより速く作成。 例えば、海洋製品を専門とするプラスチックメーカーは、設計から製造を用いて初期製品モデルを定義し、高速3Dプリンターとステレオリソグラフィー基盤のイメージング装置を組み合わせて、数時間でプロトタイプを製造します。顧客が製品モデルプロトタイプを承認すると、同じモデルがCAM（コンピュータ支援製造）ソフトウェアを使用して初期製品金型の作成に使用されます。そこから生産プロセスが始まります。製品の品質と耐久性をデジタルで最初に作成しテストすることで、顧客と海洋製品メーカーの両方に、年間数千時間と数千ドルの節約をもたらします。これは、設計から製造のアプローチがいかに早期に問題を発見し、新製品をより早く市場に投入できるかを示しています。

リアルタイムデータを活用し、設計から製造のアプローチで生産を行うことで、すべての新製品の最適なワークフローを定義し、出荷前に新製品への需要を喚起。 例えば、自動車、消費財、プラスチックプロセス製造業界向けのカーボンファイバーベースOEM製品の大手プロバイダーは、まず顧客のプロトタイプのモデルを作成し、出荷日よりかなり前から新製品のレンダリング画像を提供します。顧客はレンダリング画像を使ってマーケティングと販売キャンペーンを計画し、セールスイネーブルメント資料を作成し、梱包を定義します。ここでは、設計から製造により、OEM顧客により多くの価値を提供し、新製品の販売成功を支援できます。

改善されたCPQ（Configure-Price-Quote）と製品構成戦略を通じて、ベースライン製品モデルで顧客により多くのオプションを提供。 ここでは、リアルタイム監視が、どの構成可能製品が最も効率的で、生産しやすく、利益を生むかについて、設計から製造チームにフィードバックを提供します。好例は、BMWのオンラインとディーラーでの製品コンフィギュレーターを使用した、カスタマイズされたMini Cooperの販売における非常に成功したアプローチです。これはモデルベースの製造アプローチによって支えられています。CPQと製品構成は、これらの戦略を支えるすべてのシステムが同期し、共通のリズムで動作しているときに優れた成果を発揮します。設計から製造がそれを実現します。そして、それは生産センターの稼働率を、これまでより多くのカスタマイズされた——より高マージンな——製品を顧客に提供することで向上させられるメーカーにとって朗報です。

機械フィットネス計画の準備

成功する成長戦略を構築するためには、メーカーはそれをすべての工作機械のフィットネス計画に結びつける必要があります。これは機械の耐用年数を延ばすだけでなく、機械健全性に関する追加データが生産スケジューリングも改善します。特定の生産ランに最適な機械の組み合わせに、最も資格のある技術者を割り当てることは、各機械が一貫して高いレベルの生産フィットネスを持っているときに大幅に簡素化されます。

ジムに通って体を鍛える人と同じように、今日何百万ものメーカーが機械の強力なフィットネス計画の始まりを持っています。課題は、それらを実行に移し、成果を出すことです。以下の4ステップは、開始するための優れた方法です：

複数シフトにわたってすべての機械のベースラインデータを取得し、明確で容易に定義できる出力の変動がないか確認します。ショップフロア全体の各機械のパフォーマンスデータセットを作成することは、すべての個別機械フィットネス計画の出発点です。

今日すべての機械が報告可能な初期メトリクスセットを選択し、ベースライン比較を完了します。すべての機械は4つのメトリクスで分析できます：サイクルタイム、セットアップタイム、スクラップ/再加工率、歩留まり。機械間の差異が即座に現れます。各機械がこの4基準でどの程度の性能を発揮しているかを知ることは、その耐用年数をどう延ばせるかについて貴重な洞察を与えます。

ベースラインデータを分析し、機械の過去の活動を顧客返品と品質問題にインデックス付けして、最もフィットしている機械と最もフィットしていない機械を特定。 最も高い割合で顧客返品と品質問題を引き起こしている機械は、しばしば異常に高い摩耗率を示す同じ機械です。平均修理時間（MTTR）とMTBFの見積もりが正確かどうかを確認することは、機械寿命を延ばし、製品品質と歩留まり率を高めるための前提条件です。

リアルタイム監視と機械アップグレードを組み合わせ、生産シーケンシングが時間とともに機械の信頼性と性能にどう影響するかを明らかにします。 特定の機械が故障し始める理由は、最初に見えるよりも、生産ワークフローでの相対的な位置に関係している可能性があります。 だからこそ、リアルタイム監視と最新のスマートで接続された機械へのアップグレードを組み合わせることが理にかなっています。 これらのステップを組み合わせることで、機械の耐用年数を延ばす方法を理解する上で、潜在的に大きな2つの変動要因を取り除けます。

機械をDTMに整合させる

チームが、より厳格で徹底したフィットネス計画で管理されている機械のより高い性能と規模を活用すると、より野心的な設計から製造のプロジェクトに取り組む態勢が整います。 新製品の生産に関わるすべての機械の規模、速度、信頼性を知ることは、設計、開発、エンジニアリング、品質、生産の同時並行プロセスが共に設計から製造のフレームワークを作り出す上で、さらなるアジャイル性をもたらします。

メーカーが、厳格で継続的な機械フィットネス計画へのコミットメントで最大のメリットを得られるのは、新製品開発タイムラインの加速とコスト削減です。 すべての機械が新しい生産要件にどう反応するかを知ることは、初期設計コンセプトから作業指示書まで、あらゆるエラーを減らす上で非常に貴重です。

フィットネス計画と設計から製造を組み合わせるもう一つの重要なメリットは、協働チームが機械の歩留まり率がどれだけ改善したか、そしてそれが将来の生産ランに何を意味するかを知れることです。

最後に、機械のフィットネス計画は、CAM、CAD、シミュレーション/有限要素解析（FEA）、電気、検査、製造チームに、これまで以上に迅速な開発、テスト、製品リリースサイクルを追求できるという保証を与える、最も強固な基盤を作ります。 製造プロセスのすべてのシステムが異なるケイデンスやクロックスピードで動作しているとき、同時実行性の達成は必須であり、設計から製造と継続的な機械フィットネス計画が不可欠です。 （編集者注：この記事は、Manufacturing Engineering 2019年9月号に掲載されたViewpointsコラムの拡張版です）

著者について

Louis Columbusは、製造ERP企業 IQMS （現DELMIAWORKS、Dassault Systèmesファミリーの一員）のプリンシパル。Michael Buchliは、Dassault Systèmesのシニア SolidWorks 製品およびポートフォリオマネージャー。