先進ロボティクスで産業製造に革命を起こす

「カスタマイゼーション」と「柔軟性」は、現在の産業製造における最もホットなキーワードです。顧客は自分専用の製品を求めます。名前入りのパーソナライズドアフターシェーブ、必要な機能だけを備えた車、5G対応の最新無線アンテナ搭載の新型スマートフォンなど。このすべてのカスタマイゼーションは一つの結論を導きます。製造業はハイミックス生産へシフトし、極めて小さなロットで何百万種類もの異なる製品を作る方向に向かっています。

同時に、今日の多くの製品は従来の自動化技術だけでは複雑すぎて対応できず、製造業者は伝統的なロボティクスに人的作業による手作業組立を補完させることを強いられています。人間はプロセスの変化を瞬時に理解し対応できる能力で評価されます。しかし、この柔軟性が自動化プロセスに組み込まれたらどうなるでしょう？

柔軟で自動化された（さらには自律的な）生産システムは、製品複雑性の増大という課題を克服し、同時により高度なカスタマイゼーション要求に応えたいと願う多くの製造業者にとっての「聖杯」です。ある製品から別の製品へ生産を迅速に切り替える能力は、ロットサイズ1と明日の高度にカスタマイズ可能な製品への道を歩む企業の決定的な特徴となるでしょう。

小ロット自体は本質的な問題ではありませんが、現在の生産プロセスでは、大規模な投資を伴うますます複雑なインフラなしには、これを容易に実現できません。この指数関数的な投資の問題を回避するために、多くの企業が生産により柔軟なアプローチを求めています。製品間で生産現場への変更を最小限に抑えながら、いかに複数の製品を効率的に製造できるか？

先進ロボティクスが答えであり、多くの企業がすでに導入の道を歩んでいます。

先進ロボティクスの旅

多くの工場フロアは、原材料から完成品まであらゆるものを搬送するコンベアベルトネットワークに依存しています。しかしこれらのネットワークは、マルチ製品製造プロセスで必要とされる常に変化する場所へ、数千種類もの異なる製品を搬送するようには設計されていません。コンベアシステムが変化できたらどうでしょう？工場内の混雑エリアを避けて経路を変更したり、ワークピースを最適な加工ステーションに届けるために目的地を変更したりできたら？

これらは、自動搬送車（AGV）と自律走行搬送ロボット（AMR）を高度なソフトウェア、ソリューション、アプリケーション開発プラットフォームと併用することで、先進ロボティクスが解決する問題の類です。

通常、ロボット活用の目標は、ポイントAからポイントBへ材料を比較的容易に搬送することです。しかし、単にAGVやAMRを工場に導入するだけでは単純ではありません。投資価値の多くは、先進ロボティクス技術の最適化と調整から生まれます。当社の経験では、企業が先進ロボティクスを製造プロセスに導入する過程は4段階の旅となります。

第1段階、「参入者（Entrant）」段階は、固定自動化ロボティクスや類似技術を使用し、ほとんどの操作が手動でプログラミングされる段階です。すべてのプロセス計画は人間が行い、ソフトウェアの支援を受ける場合もあり、タスクは特定のロボットに割り当てられ、特定の場所と時間で機能します。このアプローチは、大量生産で、生産ラインの変更や修正が最小限に抑えられる場合に有効です。この段階ではロボットのすべてのアクションが明示的に指定されるため、変更が必要なときはロボットをオフラインにして手動で再プログラミングしなければなりません。これは生産時間に悪影響を与えます。

第2段階は「熟練者（Veterans）」段階で、現在の産業製造業者にとって最も一般的な段階です。デジタルツインを使用してシステム全体を検証し、生産ライン全体の制御アルゴリズムを構築することが特徴です。製造のデジタルツインを活用することで工場全体をシミュレーションでき、旅の後の段階でどう進むべきかの深い洞察が得られます。同じプログラマブルロジックコントローラで動作する複数のロボットを同時に更新することで、生産現場のダウンタイムを削減し、この段階で大幅な生産性向上が達成できます。

第3段階、「開拓者（Pioneer）」段階に進むと、製造プロセスのさらなる自動化を開始できます。デジタルツインから得た洞察とIoTセンサからのフィードバックを拡張し、工場全体のロボットにタスクベースのプログラミングを実装できます。これにより、設計やプロセス変更に対応するロボットのプログラミングに必要な時間が大幅に短縮されます。物理環境とデジタルツインのクローズドループ較正により、シンプルなコマンドでロボットを自動的に調整できます。

最終段階、「先見者（Visionary）」段階では、先進ロボティクスの取り組みが高度に自律化し、ロボットのほぼ完全な自律性を実現します。ここではAGVとAMRが真価を発揮し、静的なコンベアベルトと直線的なプロセスパスを先進的なモバイルロボティクスに置き換えます。今や生産変更は、必要な製品数とバリエーション数を入力するだけでほぼ完結します。その情報から、システムが希望ロットを生産する最適な経路を決定します。

ソフトウェアが、例えば倉庫Bから何個の部品が必要か、どの加工ステーションが最速でロット生産に立ち上がれるかを判断します。第一候補がメンテナンス中なら、次善の選択肢は何か。この限界は工場の壁を超え、サプライヤーやディストリビューターまで及び、工場にとって最も効率的なワークロードの構築を支援します。

先見者段階は、完全な工場シミュレーションがあるためAGVとAMRの導入に最適なポイントです。しかし先進ロボティクスは、生産スケジューリングより単純なタスクを実行するために、より早い段階で導入することもできます。一部の企業では、倉庫でロボットが人間の作業員に付いて行き支援する半自律型ピッキングカートとしてAGVとAMRを採用しています。

工場の運営方法によって、設備を最適化する方法はほぼ無限にあります。だからこそ、包括的なデジタルツインへの投資がこの旅で極めて重要なのです。工場の稼働状況をより深く洞察でき、ビジネスの未来への確信を持った投資が可能になります。先進ロボティクスは、シーメンスのXceleratorポートフォリオ（ソフトウェア、ソリューション、アプリケーション開発プラットフォーム）の一部であり、産業製造における「今日」と「明日」を繋ぎます。