道を切り拓く：航空宇宙オートメーションを変革する2人の女性

航空宇宙・防衛コンポーネントの製造と組立を自動化するのは簡単な仕事ではありません。部品はしばしば複雑で、堅牢なものから微小なものまでサイズが多様なハイ/ローミックス構成であり、この多様な範囲は必ずしも自動化に適しているとは言えません。

これらのタスクを自動化し、それらを結実させるチームを率いるには、無数のスキルセットが必要です。コーディング、ロボティクス、人工知能/機械学習、計測といったハードなエンジニアリングスキルの場合もあれば、チームビルディングやリーダーシップといった「ソフト」スキル、粘り強さ、好奇心、創造的思考といったパーソナリティ特性が求められる場合もあります。

ボ社のニコール・ウィリアムズ氏とGEアビエーションのマリー＝クリスティーヌ・カロン氏という2人の卓越したエンジニアリングエグゼクティブが、それぞれの会社で自動化の取り組みを統括し、これらのスキルを豊富に備えています。

『スマートマニュファクチャリング』誌が今年、「ロボティクス＆オートメーションで名を残す20人の女性」に選出したお二人。最近、関連ウェビナー（https://bit.ly/Robotics2paths）で語り合い、キャリアの始まり、担う役割、直面する課題と問題、次世代女性エンジニアへの未来展望を語りました。

成功への異なるルート

この二人の女性は、異なる人生、学術、キャリアの選択を通じて企業の役職に上り詰めました。

ウィリアムズ氏にとって、数学と科学の人生は当然の帰結のように見えました。家庭環境はエンジニアリングの遊び場のようでした：父と叔父は電気エンジニア、叔母は機械エンジニア。家中には、どう動くか知りたくて分解を待つ電子機器が溢れ、平らな面には父がホールマークの開発エンジニアとして持ち帰ったコーディング雑誌、装飾品や音楽カードのプロトタイプが置かれていました（子供時代のお気に入りは、トンネルを抜ける小さな列車と3Dの雪景色を表示するオーナメントでした）。

「幼い頃から、ものを分解すること、コンピューター、プログラミング、問題解決に興味がありました」とウィリアムズ氏。「数学がいつも好きでした。一貫していて信頼できる。恣意的でも気まぐれでも変わりもしません。」

機械エンジニアの叔母から、機械エンジニアは商業製品設計から医療用インプラント、ロボティクス、原子力施設まであらゆることに取り組めることを教わりました。

「支援できるプロジェクトの多様性が本当に気に入りました。新しいことを学び、スキルを使って仕事内外でさまざまなタイプの問題を解決するのが好きでした。」

ロボティクスへの関心は、ミズーリ大学ローラ校（現ミズーリS&T）でSCARA（選択的順応関節ロボットアーム）構成ロボットを使い、長方形と円形の木ブロックを仕分け、必要に応じてピックアンドプレースする作業で始まりました。

この学術プロジェクトがプログラミングスキルを磨き、1999年にボ社への採用につながったと彼女は言います。

当初は、多様な部品をハンドリングする開発ロボットをサポートしました。大型エンドエフェクターでカーボンファイバー、エポキシ材料のスプールを保持するガントリー型ロボットでした。B+プログラミングを使用し、初期の多くのアサインメントはこのユニットの図面作成でした。

これらのアサインメントに取り組む中で、他のスキルも吸収しました。

「特許出願プロセスがいかに困難で、どれほど時間がかかるかを学びました」と彼女。「すぐにIGRIPという[ロボットシミュレーションソフトウェア]製品を使ったプログラミングに関わり、ロボットプログラミングツールとロボットプログラム用シミュレーションツールを作成するようになりました。」

ボ社の発明であるRAC（ロボット組立自己制御）の使用に習熟しました。これは目標ベースの自律性に依存し、時間とともに全体設備効率（OEE）、初回品質、保全とメカニックの両方のユーザビリティを向上させます。

「航空宇宙環境で自動化を可能な限り柔軟にするため、この目標ベース制御に大きく依存しています」と彼女。「従来のロボットプログラミングのように、ロボットが完了または実行すべきアクションの明示的なスクリプトを書くのではなく、目標セットとそれらを完了するためのルールを与えます。」

あるプロジェクトでは、ワークセルにマシンビジョンによるローカライゼーション、RAC目標ベーススーパーバイザリ制御、運動学的キャリブレーションによるロボット精度が組み込まれていました。

「我々はロボット専用の特定の運動学的キャリブレーションを使用します。そしてタッチアップなしの完全なOOP（オブジェクト指向プログラミング）です」と彼女。「NCプログラマーのコンピューターからプログラムをそのまま取り出し、ショップで実行できるのは、かなり珍しいことだと思います。乾燥走行や調整を大量に行う必要がありません。」

すべてのモデルをIGRIPに組み立てるのが彼女の役割になりました。IGRIPはグラフィカルシミュレーション言語とコマンドラインインタープリターでプログラミングされます。「個々のプログラムとロボットシステムをすべてシミュレートし、生産前の潜在的問題を特定しました」と彼女。

浮上した問題の一つが、C-17パイロンへの穴あけでした。

「当時、ツーリング、部品、ロボット、エンドエフェクターを含むすべてのピースをワークセルに集め、ソフトウェアと能力を持って唯一の存在でした。ロボットがアクセスする必要がある領域をツーリングの一部が遮っている部分を特定しました。最終的に、ロボットエンドエフェクターのアクセスを許可するために、ツーリングの一部を切り取らなければなりませんでした。」

このプロジェクトから重要な教訓を得ました。すべてのステークホルダーをプロセス早期に集め、建設前に複数の条件とシナリオをシミュレートすることです。実際、ウィリアムズ氏が作成した多くのシミュレーションは、工作機械サプライヤーとの会議で使用され、すべてのステークホルダーが懸念を可視化するのに役立ちました。

「これはしばしばマシン設計と修正に影響しました」と彼女。「すぐに、NCプログラマーに開発したツールの使い方、本番航空機環境でのシミュレーション活用法をトレーニングするために出張するようになりました。」

自動化とロボティクスを、労働力の柔軟性と作業者の使いやすさを高めるツールとして使うという考え方は、ウィリアムズ氏のキャリアを通じて受け継がれる概念となりました。カロン氏も信じ、キャリア構築で活用してきたマインドセットです。

学業とアスレチック

ウィリアムズ氏と同様、カロン氏も科学と数学を原動力に見出しました。しかし、テニスコートでの実力が、エンジニアリングキャリアへの進学時に文字通り彼女によく働きました。

「テニスプログラムのある米国の多くの大学に連絡し、『ねえ、私はケベック在住。テニスをやってて、エンジニアリングを学びたいの』と伝えました」と彼女。

マサチューセッツ大学アマースト校のテニス奨学金を得る前、全米50校に手紙を送りました。

奨学金を得て、新しい生活、新しい国、新しい文化に飛び込み、学業とアスレチックの両立を学びました。

それらの課題が「自分を信じ、何を期待すべきかわからなくても、楽しんで成功できると理解させてくれました」とカロン氏。「レジリエンススキルと適応スキルが育ち、心が開かれ、他者を本当に知り、チームの中でどう成功し、どうフィットするかを真に理解できるようになりました。」

卒業後、カナダに戻りIBMでマイクロエレクトロニクスの仕事に就きました。「マイクロエレクトロニクスを語るとき、あなたはオートメーションを語ることになります。すべてが非常に小さく、[組立が]非常に速いため、すべてが自動化されているからです。それが真のオートメーションへの私の最初の導入であり、テクノロジー、ロジスティクス、品質のリンク—最も効率的な方法で最高の製品を作る—を愛するきっかけになりました。」

IBMでキャリアを積み、最終的にエンジニアリングチームのマネジメントに昇進しました。「技術者からリーダーになりましたが、常にテクノロジーと密接に関わり、チームを非常に成功させようとしました。」

13年後、GEアビエーションのケベック州ブロモン施設に移りました。このキャリアジャンプは、「超精密、ミニマイクロエレクトロニクスチームから、超堅牢だが同時に非常に複雑な航空宇宙の世界へ」彼女を連れて行きました。

ブロモン拠点はボ社とエアバス機のエンジンコンポーネントを製造し、同社のグローバルロボティクス、オートメーション、計装R&Dセンターがあり、先進的なロボットプロセスとソフトウェアアプリケーションを開発しています。

GE入社間もなく、グローバルリサーチセンター（GRC）に空きが出て、彼女は「その機会に飛びつきました。」

課題に直面して

GRCでの仕事は、エンジニアリングの観点から自動化とロボティクスで何ができるかをさらに探求する機会を与えました。

チェコ共和国での9ヶ月間のアサインメントが更なるスキルを磨く助けになりました。そこでカロン氏は単なる自動化/ロボティクスエキスパートではなく、プロジェクトマネージャーでした。

「プラハでのエンジン開発プログラムの一員になれて幸運でした」と彼女。「文化に対してオープンマインドでいること、彼らの製造プロセスを理解することを学びました。私なりの答えはたくさんありましたが、必ずしも彼らの物の見方には合いませんでした。制約を理解し、環境を理解し、各サイトに適した正しい進化を提案する必要があると学びました。」

自動化が生産性向上をもたらせても、潜在的ユーザーが常にその助けを素直に受け入れるとは限らないことをカロン氏は学びました。

「もっと能力が必要なら、人をもう一人投入すればいい」というマインドセットがあります。この懸念の核心は雇用です。

「人々は『仕事を奪われる』と言います。違います。仕事を守るのです。もっと多くの部品を、より正確に作れるようになり、皆さんの『頭脳』を他の仕事に使えるからです」と彼女。

より困難なアサインメントの一つは、小さなアセンブリにシールを挿入する手作業プロジェクトでした。

例えば2インチ四方（50.8×50.8mm）の部品に、作業員がピンセットで40個のシールを挿入しなければならないケースです。「オペレーターにとって非常に単調で、永遠に時間がかかる作業でした。これをどう自動化するか？」

人間にとっては、単純だが骨の折れる作業です：シールをピックしてプレースするだけです。

人間はシールが正しく着座しているか、少なくとも仕様内か、さらにはシールが存在するかを判断できます。

しかし「あなたの脳がやっていることのうち、システムに組み込むのがかなり難しいものがたくさんあります」とカロン氏。

この組立プロセスを自動化するため、マシンビジョンを設置し、AI/機械学習をワークセルに統合しました。

「自動化ロボティクスはロボットだけではありません。周りのすべてです」と彼女。「どう見るか[シール挿入]、どうローカライズするか、3D空間で自分がどこにいるかどう知るか、そしてどう毎回確実にタスクを遂行するか？」

これを達成するため、ワークセル内に5台の異なるカメラを設置し、それぞれ特定の用途を持たせました。

画像を分析することで、AIは良品と不良品のシールを判別できます。「AIなしで『良い』か『ダメ』と言えば、システムは『違うからダメ』と言います。でもAIは『白黒つけなくてもいい。グレーでもいい』という余分な能力をもたらします」とカロン氏。

ボ社でのイメージングとAI

大学時代にイメージング技術で木ブロックを仕分けした日から、一連のニューラルネットワークを訓練するために画像データを使用した大学院研究まで、ウィリアムズ氏はイメージングとAI技術を広範に活用し、自動化課題を解決してきました。

ボ社シルバーファントム賞を受賞したプロジェクトの一つは、商用機の航空宇宙コンポーネントのドリルパターンを分析するものでした。

使用された制御スキームはボ社のRACコンセプトを用い、部品スキャン、ツーリングと部品特徴に関するデータを組み込み、正確な最終穴あけ位置を決定しました。

「航空機製造では、エッジ距離が重要な基準です」と彼女。「リブやスパーのエッジに近すぎて穴を開けると、その部品の早期破損を招きます。」

ウィリアムズ氏のプロジェクト範囲は多岐にわたりますが、最も効果的なプロジェクトの一つが最もシンプルなものだったと言います：作業員のツール追跡です。

以前は、一日の終わりにツールが揃っているか確認するため、技術者がフォーム材にツールの形を描き、ドリルで手作業で形を切り抜いていました。

自動化ソリューションでは、作業員がツールを並べる移動カートを用い、マシンビジョンシステムがツールボックスの画像を取得、二値画像に変換、Excelファイルに変換、最後にレーザーカッターに送ってフォームを切り出します。

「多くのビジョンシステム課題を解決しなければなりませんでした。一部のツールは特に光沢があります。一部の作業員はツールに『カスタム調整』を施しています。テーピングを追加したり。」と彼女。「だから既製品システムは使えませんでした。」

「かなりシンプルなプロジェクトで、すぐにまとまりましたが、オペレーターが1日8〜10個の[ツール]引き出しを仕上げていたのが、1日で複数のフルツールボックスを完了できるようになり、チームのスループットが劇的に向上しました。」とウィリアムズ氏。

明日のチームリーダーへ

長期的には、より良く、よりコスト効率の良い部品を作ることが目標です。ウィリアムズ氏とカロン氏がそれぞれのポジションにもたらす才能が、世界中のGEとボ社の施設でそれを実現しています。

そして、製造エンジニアリング分野では女性はまだある種の異質な存在ですが、この二人の女性は「男性限定の仕事」など存在しないことを証明しました。

ウィリアムズ氏とカロン氏は男性同僚と働き、彼らのために働き、彼らを率い—それぞれの職業の頂点に立っています。

それぞれがハードワークと、学び、新しいことに挑戦する意欲を通じてそうなりました。

次世代の女性エンジニアと製造業経営幹部を目指す人々へ、二人はあこがれやインスピレーションを与えるものに従うよう促します。

「何とつながっているか、何があなたを駆り立てるかを考えてください。特定の技術、特定のスキルセット、知っている特定のグループ、何でもいいです」とウィリアムズ氏。「そして教育を継続してください。1クラス受けてみる、数クラス受けてみる。ただつま先を水に浸して、何が興味を引くか、何が本当にあなたを駆り立てるかを見てください。」

カロン氏も同意します：「心に従って。数学が好きなら、心配しないで。その職業は進化していて、取れる枝はたくさんあります。挑戦するのを恐れないで。自分を信じ、自分らしく、好きなことをやってください。」

「仕事経験と人生経験のあらゆる一歩から成長します」とカロン氏は付け加えます。「それらを最大限に活かし、小さな金塊を集めて、あなたがなりたいもの、どうありたいかに組み立ててください。そして本当のところ、私にとってこの自動化の旅はまさにその例なのです。」