無人精密加工「ライツアウト」実現への壁と突破口

ライツアウト加工とは何か——その現実性は？

ライツアウト加工とは、製造工程を自動化し、人的介入を最小限に抑える、あるいは排除する手法です。人間を、同じ仕事をより速く、より良く、より安くこなすガジェットやプロセスで置き換えるという発想自体は新しいものではありません。

近年、ロボティクスと自動化の魅力は精密加工の分野でも高まり続けています。完全自動化されたライツアウト生産——生産性向上、スループット増大、省エネ、人件費削減の可能性を秘めたそれは、おそらくすべての工作機械オーナーの夢です。

しかし現実は厳しく、特に精密加工の世界では困難を伴います。「完全自動化・ライツアウト生産」を謳うオペレーションであっても、精密加工サービスが「昼夜を問わず無人で稼働し続けている」と言うのは、少し幻想に過ぎません。

実行可能なライツアウト加工の条件

CNC精密加工であれ、その他の生産方式であれ、あらゆるライツアウト製造オペレーションが成功するには、いくつかの基本要件を満たす必要があります：

• ツール、周辺機器、プログラミングを含むすべての機械が完璧に連携して動作すること。設備は連続運転に耐え、理想的には自己監視機能を備え、問題発生時に自動補正または停止が可能であること。
• 材料供給機構、クーラント供給、切り屑排出、完成品排出についても同様であること。
• 「無人」が理想とされますが、遠隔監視による人的チェック——軽微な問題の修正や、重大な問題発生時のシステム停止が可能——があれば、さらなる安心感が得られます。

おそらく最も重要なのは、その機械が継続的なライツアウト運転に耐えうる最高レベルの信頼性を持つかどうかを見極めることです。目標はCpk ≥ 1.67——すなわち、99.9999%の部品が要求を満たす能力です。

これは（文字通り）百万分の一の許容不良率を意味します。

さらに、機械がライツアウト運転可能であっても、一般的なベンチマークとして、2年以内に投資収益率（ROI）が得られる場合のみ、ライツアウトは実行可能なソリューションと見なされます。

現在ライツアウト運用が活用されている分野

ロボティクスが威力を発揮する用途は多岐にわたります。製造工程の一部のみが自動化されている場合でもです。ビール醸造から包装、フェデックスのハブ、アマゾンの倉庫、空港の手荷物処理まで、自動化は以下の2つの状況で重要な役割を果たします：

• 百万分の一の信頼性が提供できる場面

または

• コスト効率よくプロセスを自己修正できる場面

一般的な例

自動包装ラインでは、組み込みのゴー/ノーゴ選別機能により、ライツアウト運転中の品質を確保します。例えば、カメラがラインから出てきた製品を検査し、不良品を排出したり、問題発生時に機械を停止させたりします。

ロボットによる抵抗スポット溶接は、自動車業界で連続運転に広く採用されています（抵抗スポット溶接について詳しくは当社ウェブサイトをご覧ください）。実は、多くの人が「生産ラインで働くロボット」と聞いて真っ先に思い浮かべるのがこの光景かもしれません。

しかし、段ボール箱の製造とは異なり、この種のオペレーションにはより高度な品質管理が求められます。一つの溶接不良で車体全体を排出するわけにはいきません。非常に長く複雑な組立ラインのどこかで電極が故障していないか、どう確認するのでしょうか。

自動化に最適な用途

日本のファナック株式会社は、究極の自動化・ライツアウト製造を実現している企業として広く知られています。同社では、テスラモーターズやアップルなどの顧客向けロボットを製造するため、22棟の巨大工場群でロボットが24時間365日稼働しています。ファナックロボティクスアメリカのゲイリー・ジウィオール副社長によると、「ライツアウトなだけでなく、空調も暖房も切ってしまう」とのことです。

また、人間にとって過酷な環境下でのプロセスでも自動化が活用されています。品質や安全上の問題がある工程、人間が機械の高速ペースで作業できない工程（前述の自動車スポット溶接など）が該当します。

作業環境やタスクが高温・高速であったり、有毒物質を扱ったりする場合、ロボティクスは大きなアドバンテージとなります。

CNC精密加工におけるライツアウトの課題

非常に興味深い話ですが、ライツアウト加工に反対しているわけではありません。しかし、精密機械加工の現場では、継続的な無人自動化は依然として大きな課題であり、適切な懐疑心を持っています。

使用材料

例えば、当社の分野では、ライツアウト加工の可否は部品形状だけでなく、使用材料にも依存します。一般的に、硬い材料ほど工具の摩耗が早く、ひも状の切り屑が工具に巻き付きやすいため、柔らかい材料の方がライツアウト作業に適しています。

適切な柔らかい材料であれば、午後5時に機械をセットして一晩中稼働させ、翌朝には公差内の部品がバスケットいっぱいに揃い、工具も折損・摩耗していない——そんな状況が期待できます。

しかし、ステンレス鋼のような硬い材料をライツアウトのCNC精密加工で使用することは、誰も推奨しません。硬く靭性の高い材料は工具を急速に摩耗・破損させるからです。あるいは翌朝、大量の部品が仕様外となり、投入した材料が無駄になり、納期スケジュールが大幅に狂う事態を招きます。

要求公差

公差も重要な考慮点です。±0.005インチ（0.127 mm）の公差と信頼できる材料があれば、ライツアウト精密加工は問題ありません。しかし、±0.0005インチ（0.0127 mm）以下の公差では、トラブルの元です。

材質にもよりますが、加工过程中で工具が摩耗するためです。外径0.0002インチ（0.00508 mm）の公差を無人で保持しようとすれば、翌朝には工具摩耗により部品がほぼ確実に仕様外となります。

ライツアウト加工における材料の適否

特定の材料は、CNC精密加工でのライツアウト運用に自然と適しています。例えば、黄銅、6061アルミニウム合金、長いひも状の切り屑を出さない特定のプラスチック（工具に巻き付かない）などが候補となります。

SUS303でさえライツアウト加工が試みられることがあります。ただし、まず数時間の試験運転を行い、公差保持と工具摩耗を確認する必要があります。

一方で、ライツアウト生産に絶対不向きな材料もあります。医療機器業界の寵児であるSUS304は、加工が難しく、ひも状の切り屑を出し、バリを生じやすいため不適です。また、SUS316、17-4PH、その他ほとんどのステンレス鋼は加工が難しく、工具を傷めます。

超合金はライツアウト加工不可、チタンは決して、決して無人放置してはいけません（チタン部品から出る火花で機械が火災になった動画を見たことがあります——見た目は派手ですが、決して推奨しません！）。

暗闇でのその他の躓き石

数千、数万個の部品を精密加工する場合、メタルカッティング社の最新鋭CNCスイス型自動旋盤アレイは、バー材供給装置を装填し、機械を自動運転に設定できるという点で、ライツアウト生産を支えうるポテンシャルがあります。径によって異なりますが、直径0.630インチ（16 mm）のバー材を最大12本、最小標準径0.090インチ（2.25 mm）であればさらに多く装填可能です。

監視の必要性

しかし、CNC精密加工の性質上、通常の8時間シフト中でも、装填状況を監視し、すべてが正常に稼働しているか確認するために、誰かが傍らに立っている必要があります。したがって、「ライツアウトで稼働している」と言う精密機械加工現場でも、実際には誰かがトラブル防止のために常駐していると考えて間違いありません。

バー材装填の問題

精密加工では、自動バー材装填にも課題があります。まず、加工対象材料の径公差を常に考慮しなければなりません。バー材ローダーを備えていても、それが正しく材料を装填するとは限らず、ほぼすべてのプロジェクトでラーニングカーブが存在します。

例えば、小径部品を加工する際、機械設定が完璧でないと、一度に2本のバー材を装填しようとして甚大な被害をもたらすことがあります。

工具を清潔に保つこと

もう一つの要件は、ライツアウトプロセスに高圧エアやその他の高品質な方法を含め、切り屑が再切削されて工具を鈍らせないよう、作業エリアを切り屑から解放しておくことです。また、完成部品の排出方法についても、デリケートな部品が加工後に損傷しないよう考慮する必要があります。

精密加工におけるライツアウトの信頼性

誤解のないようお伝えします——CNC精密加工においてライツアウト生産が不可能だと言っているわけではありません。しかし、計画段階ですべての利害関係者とプロバイダーを集め、意見を集約し、以下を確実にする必要があります：

• 最適な材料
• 適切な部品サイズと形状
• 設備のCpk ≥ 1.67
• 99.9999%のプロセス信頼性が実現可能な、過度に厳しくない公差

最も精密な加工でも、工具、バー材ローダー、クーラント供給、厳しい公差のすべてにおいて百万分の一の信頼性を保証するのは極めて困難です。しかし、これらすべての条件が満たされれば、ライツアウト生産は実現可能です。

例えば、メタルカッティング社では、どの機械・工具・材料の組み合わせがライツアウトプロセスで所定の結果を出せるかをテストすることがあります。あるいは、完全な一晩連続運転ではなく、定時後の半シフト分を追加生産する「セミ・ライツアウト」プロセスをテストすることもあります。

精密加工におけるROIの問題

同じ製品を繰り返し製造するメーカーであれば、ライツアウト生産の2年ROIベンチマーク達成は現実的です。しかし、CNC精密加工は、多品種の部品を短期間で製造することが主流です。

そのため、多くの精密機械加工現場では、自社のオペレーションがライツアウト可能かどうかをテストする時間が単純にありません。さらに、これらのショップにとって2年はROIを待つには長すぎる期間であり、ライツアウト加工はコスト面からは非現実的となります……

メタルカッティング社では毎日、200〜20,000個規模の新規機械加工プロジェクトの見積もりを行っています。数年続く案件もありますが、2年間連続して稼働し続けるプロジェクトは稀です。したがって、すべての条件が揃い、ライツアウト生産の選択肢を検討する時間が得られることは稀です。

結論として、厳しい公差加工には変数が多すぎて、百万分の一の信頼性を保証できず、現時点では本格的なライツアウト生産には適していません。それでも、どんな課題であれ、自動化技術は小型部品生産においてますます重要な役割を果たし続けるでしょう。

なお、小型部品の最適な仕様作成のヒントについては、無料ガイド「見積依頼を最大限に活かすための調整方法：小型部品調達におけるFAQ」をダウンロードしてご活用ください。