プロセスのばらつきが金属工場の自動化を台無しにする仕組み

Jun 18, 2023

特に自動化システムに組み込まれる部品に一貫性がない場合、自動化によって信頼性の低いものを信頼性の高いものにすることはできません。 ばらつきは、製造プロセスを自動化する上での最大の穴です。 ゲッティイメージズ

非常に多くのメーカーが、一見簡単な操作を自動化するのに苦労していますが、デバッグに何ヶ月も費やし、最終的には絶望的に手を上げています。 最終的には自動化を削除し、自動化サプライヤーとの一連の紛争に拍車をかけることもよくあります。 ほとんどの場合、障害の原因は部品間のばらつきやプロセスの安定性の欠如にありますが、どちらも自動化プロバイダーの責任ではありません。

業界の自動化熱の中で、組織は根本的な間違いを犯しており、その結果、プロセスの大幅な遅延、コストの超過、場合によっては完全な失敗が発生しています。 最終的には不適合部品を生産したり、頻繁な機械故障により生産スループットを失ったりすることになります。 このような場合、自動化は実際に生産性とコストに悪影響を与える可能性があります。 さらに悪いことに、プロジェクト固有の失敗により、自動化が管理者に不必要に悪い見方をされ、後続のプロジェクトが拒否されることになります。

ファブリケーターは、プロジェクト失敗の最大の技術的原因であるプロセスのばらつきを特定し、理解し、軽減するための措置を講じることで、このシナリオを回避できます。

部品間の寸法のばらつきは、自動化プロジェクトにとって最も一般的に見落とされ、重要なリスク要因となりますが、これには 2 つの要素が関係します。 1つ目は工程能力です。 部品は印刷仕様に 100% 準拠していますか? プロセス能力調査は、この能力のスナップショットを提供し、印刷仕様と自然なプロセス変動との比率を特定するプロセス能力指数である Cpk として測定されます。

2 番目の要素はプロセスの安定性です。 プロセスは時間が経っても比較的安定していますか? の正規分布に示されているように、すべてのプロセスにはある程度の自然変動があります。図1 。 その分布におけるプロセスの中心線が時間の経過とともに変化した場合でも、100% 適合する部品が得られるでしょうか? ターンキーセルやオペレーションを提供しない限り、オートメーションプロバイダーは通常、プロセスの安定性について製造業者に責任を負わせます。

コイル供給され、水平にされ、所定の長さに切断されたブランクが深絞りされ、トリミングされるプロセスを考えてみましょう。 具体的には、ブランクは社内でプリスリットコイルから適切な長さに切断され、適切な潤滑剤を使用して 2 ステーションのドローおよびトリムプレスに装填する位置に配置されます。

最初のステーションには、ブランクが正しく装着されていない場合にオペレータに給紙ミスを警告し、作動を防​​止するダイ内ブランク検出センサーが装備されています。 2 番目のステーションには、成形された部品がトリミング前に適切に装着されているかどうかを検出するインダイ センサーが備えられています。 これには、完成した部品を確実に取り出して出口コンベアに配置できるように、トリムの分割と排出が含まれます。

プレスオペレーターは、各ブランクをプレスにロードし、潤滑システムを作動させ、絞りステーションとトリミングステーションの間で部品を完成部品用のバスケットに手動で移動します。 スクラップはトリムダイ内で分割され、コンベアに落ちます。

プレス機の前には、高速インターロック付きの安全カーテンがあります。 それでも同社は、生産性と安全性の理由からプロセスを自動化したいと考えている。 印刷機の操作は非常に厳しい仕事であり、ビジネスは増加しています。

表面的には、これは単純なピックアンドプレイス自動化プロジェクトのように見えるかもしれません。 自動化されたシステムは、ブランクを金型に正確に配置し、取り出された後に絞り加工された部品を金型から移動し、それをトリム ステーションに配置することができます。図2 ）。 その後、完成した部品をトリム ダイから取り外し、出力コンベア上に置きます。 ロボット、センサー、印刷機制御間の適切なインターフェイスがあれば、このプロジェクトは問題なく開始されるはずです。

図 1. 安定した有能なプロセスでは、パラメーターの分布が狭く、すべてプロセスの仕様限界内で発生します。

描画されたパーツは正確で一貫性がある必要があります。 変形した部品が金型に突き刺さり、スクラップになる可能性があります。 また、自動化すると、そのような事故が原因で動作が停止する障害が発生する可能性があります。 このため、企業は描画プロセス自体の機能と安定性を評価する必要があります。

自動化の計画には、障害モードに対する鋭い観察力が必要です。つまり、何が問題になる可能性があり、何が問題になるのか? これは、頻繁に警告を発し、過剰なスクラップを生み出し、スループットを低下させるオートメーションに現れる過度のプロセス変動の本質です。

このようなプロセスの変動性と自動化への障害を最小限に抑えるには、(1) 観察、(2) 分析、(3) 計画と実装の 3 段階のプロセスが非常に成功していることが証明されています。

無駄のない製造と基本的なプロセス制御 (統計的プロセス制御の使用、能力調査) の分野は手作業の改善に役立ちますが、自動化された環境ではさらに重要になります。 手動環境に導入すると、自動化への移行が本格的に始まります。

スクリーンオートメーションプロバイダー。自動化プロバイダーは、自動化セルの開発、設計、構築、および実装をビジネスとしています。 彼らはプロセスの変動性やリスクを軽減することを本業としていません。 実際、彼らは顧客が両方を扱えることを期待しています。 優良なプロバイダーは、現場に時間をかけて運用を観察し、リスクを徹底的に洗い出します。 ただし、この作業を自動化プロバイダーに頼らないでください。

オートメーションプロバイダーがターンキーセルを提供している場合は、プロジェクトを承認するために工場および試運転中に必要な特定のテストを契約に含めます。 プロバイダーと協力して、部品の位置やワークホールディングを含む操作を綿密にレビューし、自動化だけでなくプロセス全体を把握していることを確認します。

一部のオートメーション企業は、複雑なビジョン システムや工程内検査装置を販売したいと考えています。 これらに注意して、まず非常に有能なプロセスを取得して維持することに集中してください。 検査装置は校正および保守する必要があり、コストとサイクル時間が増加します。 これらのデバイスが誤った信号を次々と生成した場合、いずれにしても電源がオフになる可能性があります。

2 段階の承認プロセスを使用して見積依頼を作成します。契約にプロセスの実行ステップを含めます。1 つは出荷前にオートメーション サプライヤーの施設で、もう 1 つは試運転時および最終支払い前に工場で行われます。 自動化プロバイダーがコストと時間を計画し、入札書類に含めることができるように、入札を募る際には必ずこの 2 段階の承認を文書化してください。 各ステップの進行状況の支払いを各段階の完了に結び付け、特定のサイクル タイムや望ましい稼働時間などの承認要件を明確に定義します。

徹底的な自動化コンセプトのレビューを実施します。提案された自動化コンセプトを将来のサプライヤーと緊密に検討します。 各ステーション、提案されたコンセプト、および基礎となる前提についてチームを説明するよう依頼します。

また、チームが特定した障害モードをオートメーション会社に確認し、提案されたソリューションがそれぞれの障害にどのように対処するかを尋ねます。 最後に、アプリケーションに関する懸念事項について設計チームに尋ねます。 優れたデザイナーは良い質問をします。

図 2. 赤で囲まれた注目のステップは自動化が簡単そうに見えますが、プロセスの安定性と機能がないわけではありません。

自動化の開発と承認のために代表的な部品を提供します。プロセス管理を強化し、プロセスのばらつきを低減した後、選択したオートメーション サプライヤーに、自社施設での機器のデバッグに使用する多数のロットまたは生産ランからの部品を提供します。 オートメーションサプライヤーは最初の承認段階でこれらを使用するため、現場での 2 番目の承認段階でさらに問題が発生するだけなので、最良の部品のみを送信することは避けてください。

製造業者は、全国的な深刻な労働力とスキル不足に対処するために、自動化とスマートテクノロジーにますます注目しています。 また、サプライチェーン管理における高い需要とリショアリングの傾向のおかげで、自動化のペースは増加しています。 それでも、自動化だけでは、特に自動化システムに組み込まれる部分に一貫性がない場合には、信頼できないものを信頼できるものにすることはできません。

プロジェクトの早い段階でプロセスの変動性を明らかにし、試運転中に検出するのではなく排除できるようにします。 自動化を成功させるには、常に安定した有能なプロセスが必要です。 成功している製造業者はこのことを理解しており、プロセスを理解し、安定させ、ばらつきを減らすために懸命に努力し、それから初めて自動化します。