社内統合システムを活用した精密製造の実現

自社のビジネスを最もよく知っているのは、そこで働く人々です。経営陣、管理職、現場作業員は、あらゆる企業を構成する数々の長所と短所、特に急速に進化する精密機械加工部品製造の世界で生き残ろうとする企業の実情を日々直面しています。

工場を新しいより良い製造方法へ移行させるお手伝いをしようと、多くの意欲的なサードパーティーが控えていますが、時として最良の答えは工場の四つの壁の中にあるかもしれません。それが、オハイオ州デルフォスに拠点を置くVanamatic社の核心的な哲学です。

Vanamatic社は、90名の従業員を擁する3代続く精密機械加工部品メーカーで、自立性と問題解決能力を誇りとしています。経営陣はまず社内で答えを探し、従業員を問題解決のプロセスに巻き込み、その後で必要なギャップを埋めるために外部リソースを活用します。

長年にわたり、この「少ないリソースでより多くを成し遂げる」アプローチを採用してきた結果、社内の人材をまず活用する環境では、答えがより容易に見つかり、従業員の納得感（バイイン）という付加価値も得られることが証明されてきました。1954年の創業以来、多くの困難を乗り越えてきた成功の方程式です。

同社の最新の大規模システム統合の取り組みは、協働ロボット（コボット）を用いて複数の工程を自動化することです。コボットは独立して作業することも、人間の作業員と協力してサイドキックとして作業することもできます。コボットは比較的最近の技術で、特にVanamatic社のような狭い工場床では、ロボットをより実用的なツールにするものです。

良い出発点

長年にわたり、プラント・マネージャーのAdam Wiltsie氏は、工場全体で省力化とプロセス改善を設計・開発してきました。その一つが、部品洗浄とアキュムレーター・カローセルを組み合わせた装置として始まりました。

これは、生産中の部品に必要な適切なゲージを備えた、機械専用のゲージング・ステーションへと進化しました。工場の中心的なERPシステムと連携し、オペレーターにリアルタイムのステータス情報、セットアップ、測定、ジョブ実行情報を指先でアクセス可能にします。これらのユニットは社内で設計、製作、統合されました。

Wiltsie氏はまた、旋盤とフライス盤の両方で、ピック・アンド・プレース自動化による装填・取り出しを主導してきました。基本的にこれらは、オペレーターが単調な作業を行うことを軽減するための機械式シャトル・ローダー/アンローダーでした。ほぼ固定的な自動化で、柔軟性はほとんどありませんでした。

ロボットの導入はVanamatic社にとって論理的な前進でした。展示会でコボット（人と安全に並んで作業できる近接センサー搭載ロボット）のデモを見たWiltsie氏は、技術が自社のニーズに追いついたと確信しました。安全柵なしでオペレーターの隣で作業できる6軸アーティキュレート・アームは完璧でした。そして、Rich Lindeman氏の組立ステーションが最初の導入に最適な場所でした。

Vanamatic社初のコボットは「Ethel（エセル）」と名付けられました。名付け親は彼女のハンドラーであるLindeman氏で、同社に50年間フルタイムで勤務しています。Lindeman氏とEthelが担当する組立作業を見ると、Lindeman氏がルシール・ボール、Ethelがその頼もしい友人エセル・マーツとなり、チョコレート・キャンディーのコンベアで働く『アイ・ラブ・ルーシー』の有名なシーンを彷彿とさせます。

Lindeman氏が行っていた組立作業は、144個の部品が載ったパレットから始まる8工程です。部品を取り、ゲージで重要な長さを測定し、部品端に小さなOリングを組み付け、内径をエアブローし、スペーサーをネジ部に押し込んで六角部に当て、組立を確認し、出荷用パッケージに入れるというものです。

Vanamatic社のプラント・マネージャーであるWiltsie氏によると、「Lindeman氏はこの作業を問題なくこなし、長年成功させてきました。問題は1回こなすことではなく、この組立の受注数量である50万回繰り返すことです」とのこと。「燃料噴射システム向けのライン投入部品で、完璧でなければなりません。私も40歳で実際に組立をやってみましたが、数千個で身体が痛くなり、品質も完璧ではありませんでした。Lindeman氏を貶めるつもりはありませんが、この特定の受注の組立作業は人間向きではなく、私が身をもって知ったように、非人道的ですらありました」

EthelはUniversal Robots製のUR3モデルです。URが製造する最小のコボットで、可動範囲はほぼ人間と同等です。可搬重量6.6ポンド、リーチ半径19.7インチ、設置面積5.9平方インチです。しかし、Vanamatic社の燃料噴射器組立アプリケーションでは、ロボットは始まりに過ぎませんでした。

人間の作業員向けワークスペース配置では人間工学が重要です。作業が活動ゾーンにどう入ってくるか、この組立作業用の測定ゲージなどの付帯設備の配置、Oリングとスペーサーを組立エリアに対してどこに置くか、機械加工部品の向き、出荷用梱包の位置などが考慮されます。

人間工学はLindeman氏にとって重要ですが、Ethelにとっては極めて重要です。彼女は賢いですが、プログラミングを超えて微細な動作変更を判断したり、適応したりする知能はありません（欠落したOリングやスペーサーに対処するサブルーチンはありますが）。将来的にはビジョン・システムで解決予定です。当面は、入力トレイへの「ポカヨケ（ミス防止仕組み）」を用いて、Ethelのプログラムが毎回正しい位置で確実に開始されるようにしています。

Vanamatic社のエンジニアは、工場レイアウト、機械シミュレーション、社内各エリアのグラフィックおよびバーチャル表現など、製造プロセスの様々な側面をCADモデリングで可視化しています。これらのスキルを、Lindeman氏とEthelの作業エリア準備に応用しました。エンジニアはそれを見て、動かし、「何もし」テストを、何かを建設または購入する前に実施できます。

「コボットのプログラミング・ツールは広範囲にわたり、使いやすさの観点からよく設計されています」とWiltsie氏は言います。「私たちが長年磨いてきた社内での設計・製作能力を、このセルの作業環境構築に活かしました。コボットを、燃料噴射器部品の組立に必要な8工程を含むシステムに統合する能力により、多額の投資を節約できました。もう一つの利点は、社内設計・製作能力があれば、時間の経過とともに容易に変更・改良ができることです。」

現在、Lindeman氏の組立作業は、Lindeman氏の2工程（パレット装填と完成品梱包）と、Ethelの6工程で構成されています。二人は素晴らしい関係を築いています。

アンコール

Vanamatic社でのEthel導入は成功です。文句一つ言わず組立作業をこなし、何より不良品を一件も出荷していません。

Ethelから1年足らずで、2台目のコボット（同じくUR3）がVanamatic社に到着しました。ハンドラーのGene Dickman氏によって「Roxy（ロキシー）」と名付けられました。彼女の任務はEthelより単純でした。基本的にOmni-Turn旋盤を担当し、ブランクを装填し、完成した旋削部品を取り出すだけです。

このアプリケーションでは、Roxyの柔軟性が強みです。Omni旋盤は少量多品種の部品を加工します。プログラムとエンド・エフェクター（グリッパー）を迅速に変更できることが、彼女の成功の鍵です。

このアプリケーションでは、Vanamatic社は社内エンジニアリングを活用してダブル・グリッパーを設計・統合しました。これによりRoxyは工作機械に1回入るだけで、部品の装填と取り出しが完了します。ロボットの小さな設置面積と軽量（24.3ポンド）により、Omni-turnの前面に容易に搭載可能です。Vanamatic社のエンジニアが、工作機械とRoxyを統合するカスタム取付ブラケットを設計・製作しました。また、ロボットと工作機械の通信を可能にするインターフェース・ソフトウェアも自社で作成しました。

実践による学習

教育は累積的です。一般的に、人は過去の学習で築かれた基盤の上に新しいことを積み上げて学びます。

Vanamatic社の3台目のコボット導入「Rocky（ロッキー）」も同様です。RockyはRoxyの統合から約196日後に工場床に登場し、これらの機械と必要な付帯設備の統合における学習曲線が加速するにつれ、プロジェクト間の期間が短縮されました。

ハンドラーのPaul Meiring氏によって名付けられたRockyも、Universal Robots製UR3モデルです。「最初の2つのコボット・アプリケーションで得た教訓を、Rockyの立ち上げに活かしました」とWiltsie氏は言います。

Rockyの任務は、また別の工作機械への装填作業（今回はVMC）で、Roxyのものより複雑です。他の2つのアプリケーションと同様、Vanamatic社のエンジニアが、部品搬入・搬出コンベアの向きなどを含む作業のバーチャル・モデルを作成しました。

この装填作業では、工作機械のドア開閉を省くため、コボットを工作機械のワークゾーン内に配置する必要がありました。機械内部の狭いスペースのため、Rockyは逆さまに取り付けられ、社内で設計・製作されたブラケットで機械コラムに固定されています。部品ブランクはガード外側のコンベアに載せられ、Rockyのところまで搬送されます。

Rockyはコンベア上の固定位置から部品ブランクをピックアップしますが、ワークホルダー上の第2クランプ・ステーションへワークを移動する追加任務もあります。コボットと工作機械CNCのタイミングは、ロボットと機械間の通信を用いてVanamatic社がプログラミングしました。

加工後、Rockyは工程内Cognexゲージで各部品を検査し、合格品のみを出力コンベアへ送り出します。不合格品は別のビンへ排出し、3連続不合格ならアラームを出すようプログラムされています。

「この導入は、我々のVMC装填から一歩前進したものです」とWiltsie氏は言います。「以前VMCに統合していたシャトル・ローダーと比較し、現在享受しているコボット・システムの柔軟性は、将来のビジネス成長へのコミットメントを表しています。」

意外な援軍

Vanamatic社の経営陣が工場床の統合計画を進める中、多くの人が考えもしない味方を見つけました。同社は、ほとんどの企業と同様、労働者災害補償局（BWC）と取引があります。BWCの規制執行役割のため、時にはぎくしゃくした関係になることもあります。

しかし、Vanamatic社のコボット導入プロジェクトにおいて、BWCの中に同志を見出しました。オハイオ州では、BWCが、シンプルなものから複雑なものまで、潜在的な労災請求を減らす手段として、企業に助成金を提供しています。

Vanamatic社は申請し、自動化への取り組みに対して助成金を獲得しました。これはコボットの購入・設置費用を大幅に補助するものでした。こうした助成金制度が全州で利用できるわけではありませんが、問い合わせることに損はありません。

工場が自動化によるシステム統合、通信改善、ワークフロー改善のいずれを検討するにせよ、工場床の正当化は労働者の置き換えについてではありません。むしろ、労働者の仕事の質を高めることです。Wiltsie氏とオハイオ州BWCは、業界全体の採用難が、時に「人」の問題ではなく、私たちに求められている「仕事」の問題であるという点で意見が一致しています。

*Vanamatic社は1957年からPMPA会員です。