IMTS 2018：インダストリー4.0の神話を解き、真の約束を実現する

インダストリー4.0のハイプを剥ぎ取り、アウトプットと品質のバランスに焦点を当てれば、その潜在的約束の成果を実現できます。精密製造とセンサーベース計測技術のベテラン、Renishawのダン・スキーラン氏に、インダストリー4.0がプロセスと部品製造にどう影響し得るかを聞きました。

2018年国際製造技術展ではインダストリー4.0が大々的にプロモート・議論されます。スマート製造とインダストリー4.0について一つ理解すべきことがあるとすれば、多くの組織が「いかに速く意味ある統合ができるか」を過度に単純化しすぎている点です。

ダン・スキーラン氏は精密加工と計測ゲージング業界で30年以上のキャリアを持ち、メーカーの生産性と品質指標に精通しています。Renishaw産業計測ジェネラルマネージャーとして、企業がインダストリー4.0の約束に対応できる準備があるかを見極める深い理解を持っています。スキーラン氏はIMTS 2018カンファレンスセッションでインダストリー4.0について具体的に発表します。

このバズワードの定義は、他の何よりも「メーカーの具体的目標」に焦点を当てるべきです。インダストリー4.0の約束は、新しいデータ管理システム導入よりも、企業目的を明確に理解し、適切な技術と工具を用いることに依存するとスキーラン氏は言います。

「膨大なデータを収集できますが、データは正確で実行可能でなければ価値がありません。インダストリー4.0がもたらし得る妥当な成果はありますが、プロセスから正確で実行可能なデータが得られるよう、体系的に実装することが極めて重要です。」

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ではメーカーは何をすべきか？ まずデューデリジェンス（適切な注意）を尽くし、それが理にかなっているか確認することです。皆が改善を望みます。自動化は重要ですが、内部プロセス制御で高スループットでも品質を維持しなければ、非常に高コストになります。

「稼働中と報告されるプロセスが、実際には大量のスクラップや全く部品を生産していないとしたら？」とスキーラン氏。「ワークと工具が正しくセットされ、固有精度で切削プログラムが稼働していることを検証する、優れたプロセスベースシステムが必要です。インプロセス計測で、正しい部品に正しい切削が行われたか検証すべきです。それが、単にデータ監視度合いを高めようとする弱い実装ではなく、基盤プロセスが制御下にある良いインダストリー4.0実装を分けるポイントです。」

その目的で、スキーラン氏はシミュレーションの極めて重要な役割を強調します——ただし、機械に直接組み込まれたセンサーベース精度が、主要段階で加工プロセスをチェックする場合に限ります。

「我々の目的は単に生産が行われているか検証することではなく、生産の全段階が最小ロスタイムで品質基準を満たしているか検証することです」とスキーラン氏。ここでセンサーと自動化が重要な役割を果たします——ただしデータが検証可能な精度を持つ場合のみ。オペレーターがダッシュボードで明確に見られるよう、スマートセンサー技術とすぐに使えるソフトウェアが適切に組み合わさった時に、生産性向上が実現します。

スマート製造の危険性：インダストリー4.0の成果を過大約束すること

しかし全員が同じインダストリー4.0像を持つわけではありません。一部企業は「製造業の聖杯」と考え、導入すれば即座に生産性革命とコスト大幅削減が実現すると信じています。スキーラン氏は大きな違いを生み得ますが、必ずしも経営幹部が期待する「速やかな成果の約束」ではないと指摘します。

「経営幹部が4.0戦略導入に賛同すると、単に現場オペレーターパフォーマンスを監視するだけで、瞬時に生産性と品質が向上すると期待されます。これは一部企業が採用しつつある潜在的に危険なマインドセットです。ショップフロアレベルでプロセスを整備する実務的作業があって初めて恩恵が得られます。インダストリー4.0は魔法の杖ではありません。」

しかしスキーラン氏は、このプロセスを適切に行えば製造業に正当なメリットがあることを即座に指摘します。その重要性と約束を説明するため、同氏の大手顧客——250人以上のエンジニアをインダストリー4.0プロセス・実践に専従させる大手航空宇宙メーカー——の例を挙げます。生産性向上とイノベーションへのドライブが航空宇宙業界成功の主要要素です。

航空宇宙業界の成功をインフォグラフィック「無限大へ：製造業における航空宇宙機会が飛躍する」でご覧ください。

インダストリー4.0とプロセス制御の価値

スループット単独測定も有効ですが、固有の限界があります。

多くのメーカーは加工サイクルタイムに多くの注目を払います——生産性向上に寄与しますが、誤解を招く可能性があります。「加工オペレーションが高活動レベルを示しても、実際には良品を生産していない、あるいは全く部品を生産していない可能性があります」とスキーラン氏。

効果的なインダストリー4.0適用とは、スループットと品質を両立させ、インプロセス検証を可能にする技術を用いることです。そして全てがオペレーターとプラントマネージャーへ継続的に情報報告されるべきです。

「最終部品検査ではなく、加工プロセスの各段階で、プロセス発生時に正確な情報を取得し、不適合発生前に変化を及ぼせるようにすべきです——プロセス上流で品質アウトプットを確保するために」とスキーラン氏は提案します。これは彼の見解では、インダストリー4.0の約束を実現するための要件です：「今や、データ精度に基づきリアルタイムで品質を検証・調整する能力があります。センサーとソフトウェアを組み合わせた機械内自動プロセス制御から得られる品質は、経営レベルで検証される情報が正確で実行可能であることを保証します。」

「部品生産後にデータを見る——これが現在大多数の企業のやり方です——と、情報は妥当ですがプロセス変更には役立ちません。本当に欲しいのは、コンポーネントの構築と切削の各ポイントで、製造プロセスにクリティカルな離散的特性を測定し、センサーと手法でその妥当性を確認しながらデータを取得することです。」

課題は、プロセス制御のために測定すべきコンポーネントのクリティカル特性をどう決定するかです。多くの場合、単一プロセスで30以上の特徴が加工されますが、上流で品質を保証するために本当に重要な主要寸法は数個に過ぎません。したがって、リアルタイムで調整・監視可能なものが何か、深く理解する必要があります。

インダストリー4.0：適応型工具とクローズドループプロセスの価値

目標が加工プロセス中に利点を得て適応することなら、より新しい高度な適応型工具の役割を理解することが不可欠です。インダストリー4.0世界では、センサーと自動プロービング工具が如何に測定・動的加工データを報告・検証できるか理解することも意味します。このデータには、動的ワークオフセット、工具中心点制御、動的な実効カッタ飛行経路測定による実効切り込み深さ・幅の確立等が含まれます。

「5軸機械の進化と、部品・工具同時移動能力、インプロセスゲージングが組み合わさり、クローズドループ環境を非常に効果的に提供できます」とスキーラン氏。

「モデリングでは図面通りのシミュレーションだけでなく、この『デジタルツイン』環境で機械上で実際に何が起きるかをシミュレートすべきです」とスキーラン氏。「クローズドループプロセス制御を支援するよう、工具とプロセス方法論も変える必要があります。」

どう実現するか？ スキーラン氏は円弧補間の例を挙げます。手動オフライン設定が必要な固定シングルポイントボーリング工具を使う代わりに、インダストリー4.0方式では円弧パターンでフライスカッターを駆動し、ゲージベース切削技術を採用します。

「自動切削でストック代の半分だけ除去し、その瞬間・その特定リアルタイム温度・正確な加工環境下でプローブを用いてインプロセスで結果特徴を測定し、工具パスをインサイクルで自動更新します」とスキーラン氏。「これがクローズドループ制御です。こうしてプロセスは完全自動化かつアジャイルになります。」

インダストリー4.0の約束についてさらに知りたい方は、スキーラン氏のセッション「情報時代における製造生産性の最大化」が9月13日（木）IMTS 2018カンファレンスセッションで開催されます。登録必要。

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