新規研削ラインの合理化：障壁を克服しピーク性能を引き出す

一般的に、自動車エンジンや航空機エンジンブレード・ベーンなど、研削プロセスを含む複雑な部品を生産する新規大量生産ラインは、図1に示す通り、工作機械調達から実際の生産まで様々な段階を経ます。もし「ハイリスク」と見なされるプロセスが含まれる場合、「開発時間」がスケジュールされ、砥石能力評価と購入（ステップ4と5）の一環としてテストと改良が行われます。これは効果的な戦略で、プログラム立ち上げに関連する問題を大幅に減らしますが、時間とコストがかかります。多くの場合、ワークピースサンプルが入手できないか、さらなる設計変更の対象となるプロトタイプしかないためです。このようなケースや、既存設計から「根本的に異ならない」コンポーネント設計の場合、「最適化時間」は実際の機械資格認定前にスケジュールされることは稀です。

機械が資格認定され、「非根本的」なプロセスで設置される際、焦点は部品品質とサイクルタイムに置かれます。新規部品設計の不確実性と、しばしば生産要求より厳しいCpK仕様への対応のため、最高品質を確保する方向で砥石仕様が選定されがちです。また、コストや入手性の理由で、資格認定用に50〜100個の部品しか提供されないことが多く、長期的な安定プロセスの確立は疑問が残ります。通常、工具や研削材の単位コストを最適化するための時間も部品も十分ではありません。設置後、多くの場合「壊れてなければ直すな」の姿勢が支配的になり、プロセスが固定化されます。最適化は滅多に試みられません。

したがって、プロセスの最終的な「監査」として「最適化」の追加ステップを検討することが非常に重要です。多くの場合、このステップは単なるプロセス「チューンアップ」で、プロセス全体の再資格認定は不要ですが、時にサイクルや砥石仕様の大幅な変更を正当化するほどの大きな機会が発見されることもあります。コスト/ベネフィット分析を行い、より実質的なプロセス変更を行うべきか判断します。

「最適化時間」の欠如が最適でないプロセスを招く理由はいくつかあります：

• 機械上ではサイクルが許容範囲で機能しても「砥石フレンドリー」でない場合がある。つまり、砥石寿命が最適でない
• 砥石技術は進化する。既存技術ベースの見積もりが、新技術にとって最適とは限らない
• 部品形状、機械設計、品質要求の微妙な違いが、生産ライン外でのプロセス最適化を極めて困難にする。生産ラインには大量の部品と、実際のばらつきと測定を伴う環境があり、これら二つが「最適化」プロセスの「堅牢性」をテストするからです。

事例：

図2の研削サイクルは、OEMから出荷され、工場に設置され、現在生産中です。このサイクルは正常に動作し、許容品質の部品を生産しますが、「砥石フレンドリー」ではありません。

このサイクルの「砥石アンフレンドリー」さは、サイクル開始時の大きなスパイク（パワー/フォース）に起因します。砥石摩耗は研削力の二乗に比例するため、高い力は砥石を急速に摩耗させます。この場合、高速送りを減らし中速送りを増やすことで、サイクルタイムと部品品質を維持しながら砥石寿命を延ばせます。

最適化プロセス中のサイクル

最近の珍しいケースでは、メーカーが研削プロセスの「インシチュ（現場での）」最適化に同意しました。最初に、上述の通りサイクルをより「砥石フレンドリー」に変更しました。このケースでは、フレンドリーなサイクルは初期サイクルより約5秒短くなりました。

改良サイクルを数週間運転し、部品品質の継続を検証した後、ドレッシングあたりの部品数を8から20に増やし、ドレッシング深さを0.03mmから0.02mmに減らしました。このプロセスは約6週間、部品品質の有意な変化なしで稼働しています。年間コスト削減の概要は以下の通りです。

最適化戦略

第2の事例で示した解決策は、生産初期段階（図1のステップ7と8の間）に時間と部品を確保し、工作機械メーカーと工具/研削材アプリケーションエンジニアリングチームと共にプロセス最適化に取り組むことです。少なくともこの段階では電力監視装置を使用し、サイクル評価と開発を支援すべきです。この追加ステップにより、長期部品ランでのプロセス安定性を監視でき、問題を浮き彫りにしたり、改善機会を提示したりできます。

このステップからの潜在的なリターンは大きく、この段階で実現した改善/コスト削減は、プロジェクトのライフサイクル全体を通じて効力を発揮します。

以前、ノートン・アブラシブズで紹介されました。

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