基礎からイノベーションへ——製造業の過去、現在、未来

私たちはしばしば製造業を最新のトレンドとテクノロジーの観点で考えます。しかし、製造業は、私たちの製造プロセスに関する知識を拡張してきた、世代を超えた技術開発者たちによる、層を重ねた過去の開発と成果の上に成り立っていることを忘れてはなりません。今日の製造技術を使用している人々は気づいていないかもしれませんが、彼らが使うツールは、彼らより前の世代の技術開発者たちによって可能になったのです。

そのことを念頭に置き、私は製造業における長いキャリアで遭遇したいくつかのことについて考えてきました。過去40年間で製造業がいかに進歩したかは驚くべきことです。今日の製造ソリューションは数年前には存在せず、問題解決へのアプローチは大きく異なっていました。地下室で減らすか捨てるかと誓った品々を整理していたとき、何年も前の重要な経験を思い出させるステンレス製部品に出会いました。

1980年代初頭、工作機械での小型コンピュータ利用が始まったばかりでした。私はコンピュータを製造プロセスに適用する人々の仲間入りをする決意をしました。これはIBMパーソナルコンピュータが利用可能になる前のことです。Apple II+コンピュータを購入すれば、地元の小規模工作機械オーナー向けにNCプログラムを作成して収入を得られると妻を説得しました。

Appleコンピュータを手に入れた後、どうすれば予測を実現できるか全くわかりませんでした。当時、すべての小型コンピュータは主にゲームと会計に使用されていました。製造向けのコンピュータプログラムはほとんどありませんでした。それから1982年8月、シカゴのイリノイ工科大学研究所のためにNCプログラムを書く依頼を受けました。

このプログラムは、GM、フォード、クライスラーの重役向けワークセルデモンストレーションの一部となるものでした。1982年IMTS（シカゴ）出席後に重役たちを誘い、セルの運用を目撃させる計画でした。バルブ4つ分のプログラムを書き、それぞれのステムとヘッドを製作する4つのプログラムを作成します。

セルは、NC旋盤、誘導焼入れステーション、検査ステーション（ゴー/ノーゴー）、床置きロボット、洗浄ステーションで構成されていました。この時点まで、私はコンピュータでNCプログラムを含むいかなるプログラムも書いたことがありませんでした。完成プログラムを印刷物以外でどう納品するかもわからず、プリンターも持っていませんでした——当時は非常に高価なアイテムでした（半年後、貯金してようやく購入できました）。しかし、システムには5¼インチフロッピーディスクドライブが2台あり、書いたものを保存できました。

このプロジェクトは、故キース・マッキー博士とその同僚たちによって主導されました。彼らは私よりはるかにAppleコンピュータの活用が進んでいたことを認めざるを得ません。彼らは私のと同じようなAppleを、マザーボードのバックプレーンへのいくつかの追加で改造していました。バックプレーンに設置したカードにスイッチを作り、セル内のすべてのマシンのオン/オフスイッチを制御できるようにしていました。また、彼らのコンピュータが私のと同じだったため、私の契約分をディスケットで納品できました。

その時点で、私の問題はすべて解決したと思いました。これから何が待ち受けているか知る由もありませんでした。当時、私は製造業で数年を過ごしていましたが、NCプログラムを書き始めたばかりで、一種類の機械——シンシナティ・シンターン旋盤——しか経験がありませんでした。それが、彼らがプログラムしてほしかった機械——よく使い込まれたタカサワ旋盤と古いFANUC制御——とは全く異なっていました。FANUC制御は機械と同じくらいの面積を占有していました。通常機械のペンダント内に収まる現代の制御装置とは程遠いものでした。制御装置が大きいにもかかわらず、一度に見られるのは情報の1ブロックだけでした。このマシンでプログラムをトラブルシューティングするのがいかに長く面倒か想像できます。これは私のプログラミング問題の始まりに過ぎませんでした。

放物線を作成するGコードが存在しないことをすぐに知りました。最初、円弧補間をいくつも繋げれば十分だと思いました。ダメでした。この古いFANUC制御では、連続した円弧補間を発行できないことがわかりました。それでも、多くの修正の末、最初の3プログラムを完成させました。これらの部品の先端は単純な曲線で、Gコードコマンドに応答しました。

問題を引き起こしたのは4番目の部品でした。この部品のヘッドの曲率は放物線に似ていました。私のアプローチは、放物線に対する小さな近似を行うことでした。曲線に沿って0.001インチ（0.0254mm）間隔で位置を指定すれば、曲率に近く追従できるかもしれない。これらの計算をしてくれる何らかのソフトウェアがあればと、どれほど願ったことか。

当時、Appleコンピュータ用にVisiCalcというソフトウェアがありました。しかし、それは主に会計用のスプレッドシートプログラムで、Lotus 1-2-3とMicrosoft Excelの先駆けでした。

プロジェクト完了まで時間がなく、放物線の先端を持つバルブの実用的なプログラムをまだ作れていませんでした。古いFANUC制御はGコードの円弧に遭遇すると狂ってしまいます。絶望して、VisiCalcソフトウェアに問題解決を託しました。この放物線の公式を使い、1つのセルに読み込んでXとZ位置を複製しました。これで問題が解決し、プロジェクトを期限内に完了できました。

今日のCAMソフトウェアなら、何年も前の私の問題を解決できたかどうか気になりました。GeoPathソフトウェアに形状プロビジョンがあり、そのうちの一つが放物線であることを発見しました。約40年前のブループリントを再訪し、焦点と長さをソフトウェアに入力すると、なんと！ ブループリントの正確な形状が返ってきました。この形状をMastercamに読み込み、即座にプログラムを作成しました。

ずっと前のこの経験を追体験することは、それ以来どれほど進歩したかを思い出させます。当時私に数日かかったことが、今では数分で完了します。

製造業キャリアを通じて、機械工、NCスーパーバイザー、部門長、オペレーションマネージャーなど多くの役職を務めてきました。現在の仕事は、シカゴのRichard J. Daley Collegeでの製造技術終身教授です。パンデミック直前に3,500万ドルの新しい製造技術センターを開設しました。センターには最新の製造、機械加工、溶接設備とラボが揃っています。ここで、40年前には夢にも思えなかった設備で若い学生たちが学べるよう支援しています。

しかし、その設備——そして学生たちの新しいスキル——は、私の放物線バルブを生み出したプロジェクトのような、語られざる数百万の開発プロジェクトの上に成り立っています。製造技術はこの国で豊かな歴史を持ち、私たち全員が誇れるものです。