セットアップ自動化と反復ストレス排除で生産効率を向上

ショップの生産アウトプットを劇的に向上させる新しい方法をお探しですか？ 自動化はフォースマルチプライヤー（戦力増強要因）になり得ます。また、最も経験豊富で意欲的な機械技師の時間を、メンターシップ、新システム習得、マシンプログラミングスキルのレベルアップに解放できます。さらに保険料削減にもつながる可能性があります。

ジョブショップでの自動化ユースケースは、大規模自動車工場や他の大量生産施設とは大きく異なります。しかし、自動化はあらゆる規模のショップで、反復的で時間を消費するタスクをシンプルにし、ポジティブで生産的な成果をもたらし得ます。

ロボットとコボットの正しい用途は？ 品質チェックをプロセスにより近づける技術は？ ショップオーナーと製造運営管理者はどこに焦点を当てるべきか？

今日、メーカーが自動化で成功している方法と、変化の計画時に知っておくべきことを探ります。

製造業における自動化：作業者に時間を返し、ショップの競争力を維持

製造業の人材不足は現実です。今日の製造能力需要は労働供給を超えており、さらに増加が予想されます。2018年のデロイトと製造業研究所の調査では、スキルギャップにより2028年までに推定240万の職位が未充足となり、潜在的な経済的インパクトは2.5兆ドルに上るとされています。

「良くなっていません」と、Kilgore ManufacturingオーナーのJohn Hicks氏は記事で語っています。

ジョブショップは、より経験豊富で高コストな人材を巡って大規模機械加工ショップと競争するのは難しいかもしれません。しかし理論上、自動化は最も単調な手作業を減らし、可能な限り機械対人の比率を高めることで、スキル不足の影響を軽減できます。

ロボットはしばしば複数の機械を担当できます。場合によっては、1人のオペレーターが複数のロボットを担当し、各ロボットが同時に複数の機械を扱うこともあります。

「これによりオペレーターは、バリ取り、組立、品質チェックにより多くの時間を費やせるようになります」と、自動化インテグレーターAcietaの運営副社長Steve Alexander氏はSME記事「ジョブショップ自動化？ 当たり前だ！」で説明しています。

動画：Augustine Die & Moldが自動化でプロセスを拡張し、スキルギャップを管理する様子をご覧ください。

ジョブショップでの自動化トップユースケース：段取り替え

自動化への魔法の杖はありません。自動化システム管理には、異なるソフトウェア、センサー、安全など、新しい異なるスキルもあります。多くの場合、最も効果的な自動化の使い方は、加工前・加工後の段取り替えとセットアップ活動に焦点を当てることです。

「ジョブショップのニーズに最適な自動化は、迅速で簡単なセットアップを強調し、ジョブ段取り替え時間を15分以下に短縮するだけでなく、特に段取り替えタスクで、あるタイプの機械から別のタイプへ適応可能であるべきだ」と、Production Machining編集長のChris Felix氏は「ジョブショップ自動化：速く、シンプルに、アジャイルに」で記しています。

経験豊富な機械技師は、段取り替えとブランク投入に費やす時間を減らし、大型ジョブの完了と精密製造問題の解決により多くの時間を集中できることを歓迎するでしょう。

2018年、Kilgore ManufacturingのHicks氏は、無人で1日8時間稼働する自動化製造セルを用い、フランジ部品を毎週3,500ユニット出荷しましたが、それは1部品のみでした。より自動化を進め、上級機械技師の時間を確保するため、Hicks氏はロードアシストマシンを追加しました。

ロードシステムは、ロボットアームをワークステージング用のターンテーブルに接続し、単一のワークローディングユニットとして、あらゆるCNC旋盤やフライス盤の横に設置・移動可能です。

Hicks氏は自動化強化のインパクトを以下のように説明しています：

• 既存顧客基盤からより多くの仕事を獲得。
• 狭いショップフロアで重要なスペースを節約。
• 機械技師が品質チェックにより多くの時間を割けるようになり、部品品質が向上。

より予測可能な機械スケジューリングにより、競争入札でより多くの受注を獲得できるようになりました。

製造業における自動化へのアプローチ：部品量が重要

部品量が大きく変動する環境でも自動化は機能するか？ できると、SMEのEd Sinkora氏は主張します。

段取り替えが週に数回起こる中量部品製造環境を想像してください。「適切な計画があれば、有人シフトでセルを段取り替えし、翌シフトで十分な無人生産が可能になります」と、Methods Machine Toolsの自動化マネージャーJohn Lucier氏はSME記事で説明しています。

SMEによると、必要なロボット速度は「生産される部品の加工サイクルタイムに依存する。サイクルタイムが短ければ、ロボットはより高速でなければならず、1台のロボットが複数の機械をサポートする可能性は低くなる。」

しかし、少量生産ショップも自動化の良い候補になり得るとLucier氏は説明します。

「最も重要な考慮事項は、段取り替え時間を短縮する、あるいはセットアップ時間を完全に排除することです。人々はサイクルタイムとロード/アンロードタイムに囚われがちですが、量が少なすぎて時間の半分を段取り替えに費やしているなら、サイクルタイムを犠牲にしても段取り替え時間を攻略する方が理にかなっています」とLucier氏。

セットアップは自動化によって本質的に排除できます。ロボットは、自らのエンドオブアームツーリングと工作機械のワークホールディング、またはキャロセルからのパレットロードを、「生産される部品に関わらず、ロボットツーリングの交換や、異なる部品のための異なるロード/アンロード動作のプログラミングの必要性を排除して」変更できるようにプログラムできます。

他にも評価すべき重要な工具、クランピング、部品安定性の領域があります：ワークホールディング、ゲージング、サイクルタイム、エンドオブアームツーリング、無人プロセス、そして無人稼働（ライツアウト）加工。

自動化とワークホールディング

「ワークピースがチャックや治具で位置決めを必要とする、または第1工程で作られた形状に基づいて第2工程でアラインメントが必要な場合、ビジョンシステムやタッチプローブが必要になることがあります」とFelix氏。「ワークホールディングソリューションは、ロード/アンロード時にエンドオブアームツーリングとクランプの間に適切なクリアランスを確保するように設計されなければなりません。」

自動化とゲージング

「非自動化プロセスでオペレーターが加工中または加工後にワークピースを測定する必要がある場合、ゲージングプロセスの自動化を検討すべきです」とFelix氏。「タッチプローブ、定期的なマスターゲージ校正、ポストプロセスゲージや三次元測定機の使用など、工程内・工程後の複数のオプションがあります。」

自動化とサイクルタイム

プロセス自動化を検討する際、「サイクルタイムが、完成ワークピースのキューテーブルとインフィード/アウトフィードコンベアの容量/サイズを決定します」とFelix氏。

サイクルタイムは、「ロボット/自動化に要求されるタスク（ゲージへのロード、測定機との調整、洗浄ステーションやターンオーバーステーション、パレット管理など）の調整において、タスクの順序付けが必要です。」

自動化で職場安全と作業者健康を改善

作業者の健康とショップフロアの安全は、メーカーが自動化に投資する主な理由ではありませんが、恩恵を受ける領域です。手根管症候群は製造業の仕事で珍しくありません。

「旋盤チャックに部品を装着するような単純な動作も、1日に数百回繰り返せば、オペレーターにとって反復ストレス障害になり得ます。欠勤と請求で、これらの障害は企業に年間数十億ドルのコストを与えています」とAlexander氏は説明します。

製造業務のいくつかの領域で、自動化が危険な作業を改善・排除し、安全でない環境を減らしています。一つは重量物の持ち上げと移動。もう一つは化学物質、粉塵、極端な温度への近接暴露だと、SeagramsとGeneral Millsで元プラントスーパーバイザー兼システムエンジニアを務めたシニア製造リーダー、Jim Vinoski氏はForbes記事で説明しています。

「腰痛は製造業務で最も一般的な怪我の一つで、これらの活動が主要因です。自動化ソリューションには、ロボットピックアンドプレースシステム、自動パレタイザー、バキュームホイストシステムなどがあります」とVinoski氏。

「今日、作業員が50ポンド（約22.7kg）以上を持ち上げることは珍しく、反復的な持ち上げではそれすら徐々に稀になりつつあります。」

貴社のショップはどのレベルまで自動化されていますか？ 金属加工フォーラムで語ってください。

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