多品種少量生産への溶接ロボット導入を成功させるポイント解説

多品種少量生産の溶接加工を困難にさせる要因

溶接ロボットの多品種対応を実現するには解決しなければならない課題がいくつもあり、多くのロボットユーザーの方はリピート品かつ大ロットの製品でなければ採算が合わないと考えていると思います。
しかし、日本の中小製造業では多品種少量生産が当たり前であり、リピート品且つ大ロットの製品を受注しているケースの方が少ない為、溶接の自動化を検討する場合には必然的に多品種対応が求められます。
本コラムでは、出来るだけ多品種対応に失敗しない為のポイントと解決策を解説していきたいと思います。

多くの場合多品種対応に失敗する要因は下記になります。

  • ロボットへの教示時間
  • 溶接品質
  • 高頻度な段取り
  • 多品種生産を想定していないシステム

多品種少量生産の場合、高頻度での加工寸法変更や品種追加が有り、その都度ロボットへの教示を行う事に対して工数(コスト)が合わない。
結果、手作業での対応でこなしてしまう事で、いつまでも自動化出来ないという事が失敗事例として最も多い要因です。

それではこのような課題に対してどのようにアプローチして多品種対応を成功させるべきでしょうか。

Point1:溶接ロボットへの教示時間の短縮(オフラインティーチングソフト活用)

・通常のロボット活用の流れ(新規品種・寸法変更品受注時)
受注してから溶接加工を開始する前にロボットへの教示が必要となる為に、溶接作業の完了が遅れます。
受注のロットが小さければ、ロボット教示をしている時間で手溶接をしてしまった方が早く終わるという事が起きてしまう為にロボットの活用が進みません。
通常のロボット活用の流れ(新規品種・寸法変更品受注時)
・多品種対応に向けたロボット活用の流れ(ロボットで生産する前提での準備)
多品種対応に向けたロボット活用の流れ(ロボットで生産する前提での準備)
図面の3D化とオフラインティーチングソフトの活用で教示を外段取り化する事で、多品種対応の為の教示時間による生産L/Tの増加を抑制します。

Point2:ロボット溶接の品質

溶接は、入熱による歪や収縮・膨張がある中でも要求寸法と強度を確保しなければならない非常に難しい加工であり職人を一人育成させるには10年必要と言われる技術

ロボット溶接と手溶接は同じやり方(電流や送り速度)では上手くいかない事も多い。
多品種対応する為には、ロボット溶接での溶接条件を数値化し、前提条件によって最適な設定を選択していく必要がある。(条件のパターン化して溶接PRG作成)

溶接中の歪などワークの変化に追従出来るセンシング機器をロボットに付加し、リアルタイムな補正を掛けられるシステムを構築する必要がある。
手溶接の職人では無く、ロボット溶接のプロフェッショナルを育てていく必要がある。

Point3:高頻度な段取り

  • 製作物が変わる度に段取りが必要となるシステム
  • 溶接時間より段取り時間の方が長い
  • 段取りの調整・部品交換場所が多い

多品種小ロット生産では、一日に複数回の段取りを行う必要が有る事も多く、段取りの時間は日当たりの生産能力に直結します。
また、複雑な段取りは作業ミスや動作不良の原因となりやすく注意が必要です。
多品種対応の中でも共通化出来る機構やサーボモータ等を活用した電気制御の自動段取りなど出来るだけ段取り作業の少なくて済むシステムを構築する必要があります
段取りは最小限かつ再現性の高い機構と治具を用いつつ、可能な限り段取り時間を短縮していく

Point4:多品種生産を想定していないシステム

  • ロボットに興味があったので、メーカーから溶接ロボットとポジショナだけ購入した。
  • 特定の製品を量産する為にロボットシステムを購入したが、受注終了して未使用
  • シーケンサ等の制御機器を用いず、ロボットコントローラーのみの制御

ロボットは汎用性が高い反面、明確な目的やスペックを想定し、その為に必要な機器を装備していないと、要求された成果を出す事は出来ません。
自動化対象とする品種の特長、要求品質、加工能力、加工範囲などを明確にした上で、要求を満たす能力を持ったシステムを構築し導入する必要がある。

ロボット研磨システム導入と投資対効果

ロボット研磨システムを構築しようと思うと数千万円単位での投資が必要となります。
大ロット小品種の生産体制ならば、ロボット研磨システムも構築しやすいでしょうが、多品種小ロット生産の場合は、システムを構築する際に入念にデータを分析してシステムへの要件定義をしないといけません。

  • どの品種にどのくらい工数が掛かっているのか?
  • どの品種の加工が最も難しいのか?
  • 既存の作業はどのような作業をしているのか?
  • どのサイズ範囲のワークを自動化対象とするのか?
  • どのくらいの人的工数を削減していきたいのか?
  • 一連の研磨の中でどの範囲を自動化させるのか?
  • どのようなオペレーションでシステムを動かすのか?
  • 段取り変えはどのようにするのか?

まとめ

●多品種少量生産の溶接加工を成功させるポイント
  • オフラインティーチングソフト活用
  • ロボット溶接職人の育成
  • 自動段取り機構(機構の共通化)
  • 多品種生産を想定したシステム導入

自動化対象となるサイズや加工方法・要求品質を綿密に想定した中で簡単に段取り出来る機構や教示方法等、使い勝手面にも注意してシステムを構想していく。
平行してロボット担当者を人選し、長期的視点で育成していく。

★成功事例紹介★

●従業員10名の会社が10台のロボットを導入!
製品の標準化と複数ロボットの連動制御技術を実現しロボット設備のフル活用による品質の安定と生産性を大幅に向上した事例

北海道に拠点をおくとA社様は地域柄溶接職人の確保や人材の育成に非常に課題意識をもっており、十数年前から工場の自動化に取り組んでいたが、当時はなかなか上手くいかず溶接ロボットが現場で放置されるような状況にあったが、ある時一人の従業員がロボットに興味を持ち始め、溶接ロボットを活用する様になった事がきっかけで、徐々に溶接ロボット活用が加速し、従業員10名に対しロボットが10台あり、全従業員がロボットを操作する事が出来るまでとなった。
自動化を推進した結果、従来では3名でやる作業が1名で生産出来る様になり、従業員のワークライフバランスも向上、技術アピールにより受注拡大に成功している。

事例企業の社長に成功のポイントを伺った所下記を挙げていただきました。

  • 職人に依存しない、まず1人ロボットを扱える社員を作る!ロボット溶接プロフェッショナルの育成
  • ロボットの動きの特性、ワーク特性を理解したうえでの共通化・段取り作業性を考慮した治具設計
  • ロボットだからこそ出来る技を理解して、使いこなすことが大事、ロボット溶接の条件出しと条件別溶接PRG構築
  • 職人技術から設備制御技術への転換
  • オフラインティーチングソフトを活用して受注からロボット稼働までのL/T短縮とともに技術力の外部プロモーションとアピールで売上UP
  • 若手にも高い技術(ロボット、デジタル)の仕事をさせる→次世代の人財育成

上記の様なポイントからもわかる様に、ロボットの能力やロボット溶接の知識、治具に求められる機能を理解したロボットプロフェッショナルの存在が会社の自動化を支えています。
つまり、システム導入時には、多品種少量生産に適したシステムやソフトウェアを導入し、実際に使いながら現場でロボットを取り扱うプロフェッショナル人材を自社で育てる事が、より多品種生産に対応出来る様になる成長過程なのだと思います。

おわりに
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  • 多品種少量生産でロボット化が進まない
  • TIG、MIG、レーザー溶接等、ロボット化できるか分からない
  • 溶接工が不足しており3K業務で採用が難しい
  • 職人、熟練作業に依存していて属人化している
  • 溶接ロボット・自動化を相談できる所が見つからない

目次

  1. 多品種少量溶接ロボット導入の進め方
  2. 多品種少量溶接ロボットにおける具体的事例
  3. 補助金を活用した溶接ロボット導入成功事例

収録内容

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