溶接ロボットで行う自動化の方法とは？
2019.08.29
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1 はじめに
溶接工程の自動化、工場内物流における搬送工程の自動化、加工機へのワーク投入・取り出
しの自動化…
近年の技術革新により、これらが実現可能な時代になりました。
それも、資金が潤沢にある大企業のみならず、規模がそこまで大きくない工場も当てはまります。
しかし、これまで「自動化」や用途の広い「ロボット」に触れてこなかったが故に、
「どのようにしたらいいかわからない」
「誰に相談すればいいのかわからない」
このようなお悩みを抱える方は多いのではないでしょうか。
実は、「自動化」や「溶接ロボット」の導入により、「労働者数は増加し、業績は好調になり、生産性も高くなる」という研究が発表されています。
https://gigazine.net/news/20190711-robots-and-firms/
この研究の結論として、「産業用溶接ロボットを導入した製造業をはじめとする企業はその業績が好調で労働者も増加である一方、導入していない企業はその生産高はマイナスで、ハイテク企業に太刀打ちできずに雇用状況も悪化する」とされています。
つまり、
「どのようにしたらいいかわからない」
「誰に相談すればいいのかわからない」
という状態のまま躊躇していても、事態は好転するどころか、じわじわと悪化していく一方なのです。
ではどうすればいいか。
答えは単純で、「今すぐ自動化、ロボットの導入」を検討すればいいのです。
この記事では、「中小規模の製造業が、溶接の自動化・溶接ロボット導入をするために関わる情報」を掲載していますから、「自動化、溶接ロボットの導入」を検討し始めの役に立つことでしょう。
この記事では、
・種々の溶接に最適な溶接ロボット装置の種類
・溶接の自動化、ロボット化によるメリット
を知ることができます。
これらを知ることで、
・「自分たちの工場での自動化・ロボット化はどんな感じになるのか？」
・「いざ、自動化・溶接ロボットの導入をするときに、溶接ロボットの機種があり過ぎて分からない！」
といったモヤモヤを解消し、工場経営の改善につながることでしょう。
最後の方では、様々な製品を取り扱う工場が自動化・溶接ロボットを導入することで成し遂げた成功事例について紹介しています。
ぜひ最後までお読みいただき、工場経営の改善にお役立てください。
2 溶接の自動化・ロボット化とは？
溶接作業をはじめとする製造業の多くは作業者の勘や技術に頼ることが多く、いわゆる職人的な作業となってしまうため、品質のばらつきが大きくなりがちです。また、溶接作業には強烈な紫外線やヒュームが発生するため、作業者にとって過酷な作業になります。
このように、属人的になりがちで過酷な溶接作業において、溶接ロボットを適用し自動化を図る事で、
品質を一定の基準に保つ
生産管理の効率化
人手不足の解消
作業環境の改善
などを実現することが可能です。
3 溶接によって変わる最適な溶接ロボット
溶接ロボットによる溶接の自動化は、大きく「スポット溶接」と「アーク溶接」の２つに分けられています。
スポット溶接は自動車の車体溶接などで多く使用されており、比較的大型な溶接ロボットが用いられます。
アーク溶接ロボットは鉄骨フレームをはじめ比較的細かい製品の溶接に使用されることも多く、設置される溶接ロボット機器のサイズも小型になります。
このように製造業の溶接ロボットによる自動化は溶接の方法によってどのような種類が最適であり、かつロボット自体がどれくらいの面積を占めるのかということも異なっていきます。
本項では現在ある溶接の作業において、どの溶接ロボットが適するのかという水平的な目線で、それぞれの溶接方法により溶接ロボットの大きさが異なることを解説しました。
次項では、溶接作業が自動化へと進化している背景について、それぞれのメリットとデメリットを基にして解説していきます。
4 溶接作業はどのように進化してきたのか？
近年、製造業における工場のロボット化が著しく進み、生産性が向上しています。
また、その対象は大企業だけでなく、中小企業にも拡がってきています。
溶接の方法は大きく分類すると下記のような進化を遂げてきています。
手溶接(被覆アーク溶接) → 半自動溶接(半自動アーク溶接)→ 自動溶接(ロボット溶接)
自動溶接(ロボット溶接)を理解するには、それ以前の背景を辿ることが必要不可欠です。
本項では、溶接の発展を追うごとに何故進化の必要性があるのかということを、それぞれの方法に対してメリット、デメリットを列挙しながら解説します。
そちらを見ていただくと何故溶接工程がロボット化を遂げたのかがわかるかと思います。
以下の表は、各作業方法のメリット・デメリットを簡潔にまとめたものになります。
ティーチングの種類
メリット
デメリット
手溶接
①設備や溶接棒が小型かつ安価である。
②手作業のため、素材・構造に左右されない。
③シールド効果を得ることができる。
①スラグ除去や、溶着効率が低い。
②品質にバラツキが出る。
③ヒュームが多量に発生する。
半自動溶接
①手溶接より効率が高い。
②溶接材の交換が少ない。
③溶接スピードが高い。
④溶接後のフラックスやスパッタ処理を短縮することができる。
①品質が技術者の技量に依存する。
②無風な屋内での作業が必要。
溶接ロボット
①ヒュームやスパッタ発生が少ない。
②風における影響が減少。
③品質が一定である。
④別の高付加価値業務へ熟練者を移行可能に。
①施工面の形状が限定される。
②制御・設計・管理において異なる技能が必要。
4.1 手溶接
この溶接方法は、溶接法の中で最も一般的であった方法です。
手溶接とは、被覆アーク溶接のことを一般的に指しています。
この溶接方法は手溶接棒にフラックスを塗布し、電流を流すことによりアークを発生させることにより熱を発生させる方法です。
作業者が溶接トーチを持ち、文字通り手の動作に従って溶接を行います。
この手法には下記のようなメリットとデメリットが考えられます。
メリット
① 設備や溶接棒が小型かつ安価であるため、導入が比較的しやすい。
② 手による作業のため、素材であったり、構造によることなく溶接することが可能である。
③ フラックスが溶けることによって生じるガス・スラグが母材を覆うことにより、シールド効果を得ることができる。
デメリット
① スラグの除去をしなければならないことや、溶着効率が低いなどの問題がある。
② 品質が技術者の技量によって左右される。人によって高品質となることがあれば低品質となることもある。
③ ヒュームが多量に発生することなどである。
4.2 半自動溶接
半自動アーク溶接はガスシールドアーク溶接の一種であり、この溶接手法は溶着効率の低さを解決するために生み出されました。
現在ではこの半自動アーク溶接のことを指すほど一般的な手法となりました。
手溶接のデメリットを改善した半自動溶接には、以下のようなメリットとデメリットがあります。
メリット
① 手溶接と比較した際に効率が高いこと。また、長い時間の作業が溶接材を交換することなく可能である。
② 溶接のスピードが高く、溶接をした後に生じるフラックスやスパッタの処理などを短縮することが出来る。
デメリット
① 溶接作業者の技量により品質が左右される。
② シールドガスを用いるため、基本的に風のない屋内で作業する必要がある(ノンガスワイヤーを使用する場合を除く)。
4.3 自動溶接
今までの半自動溶接では、溶接者の技術力によって生じる品質の違いは防ぐことはできませんでした。
本項の最後には、自動溶接により今までの溶接手法からどのような変化が期待できるのか解説します。
自動溶接には自動溶接機によるものと、溶接ロボットによるものの２種類があります。
本稿では、溶接ロボットによる自動溶接に焦点を当てて紹介します。
まず、自動溶接機による自動溶接は工場のラインなどで連続に行う溶接手法です。
この手法を進化させたものが、ロボット溶接となります。
これにより、自動溶接時に発生していた課題である溶接姿勢における問題を解決することができるようになりました。
ロボット溶接・自動溶接と比較した際の変化は下記になります。
メリット
① 人の安全に影響を与えるヒュームやスパッタの発生が少ない。
② 風により生じる影響が減少する。
③ 作業者によって品質が左右されない。
デメリット
① 溶接する際、施工面の形状が直線、緩やかなカーブに限られてしまう。
② シーケンスの制御や、機構の設計、安全管理の面で今までと異なる技能が必要である。
5 まとめ
近年、技術力の進歩に伴い、溶接の在り方、より大きな視点で見れば製造業の在り方自体大きく変わってきました。
今まで主流となっていた方法では、作業者の作業環境や、製品の品質にバラツキが生じるなどの様々な問題が生じておりました。
このような悩みは溶接だけでなく、加工や検査、組立など多方面からも聞こえます。
しかし、昨今の製造業分野においては、溶接工程の自動化・ロボット化が急速に進んできております。
このようなロボット化は大量生産に向いているものであると思われがちでありましたが、ティーチング作業を行うことにより、多品種少量生産である、中小企業においても工場の自動化を果たし生産性を高めることが期待できます。
これらの自動化・ロボット化を実現することは、上記のような機能的なメリットだけでなく、中小企業においては採用面などにもメリットを享受することが期待できます。
文部科学省も学校教育においてプログラミングの必修化の準備を着実に進めています。
このような流れが意味することとしては、プログラミング環境がない企業には人が集まらない、採用ができないということになりそうです。
「自社では生産面でロボットを導入しなくても問題ない。」という近視眼的な考え方では、ロボットを先に導入した中小企業と比較すると、生産面だけでなく採用面でも後塵を拝する結果となりかねません。
いつか導入しなければならないものですし、製造業においては人手不足が大きな課題となっているのが現状です。
早めに行動しなければ徐々にその差は開いていく一方のようです。
また、本稿では溶接作業の自動化・ロボット化に焦点を置いてご紹介してまいりました。
しかし、近年では、溶接工程という部分的な括りだけではなく、様々な工程においてこれらのロボット化は裾野を広げてきております。
当サイトでは溶接だけでなく加工や検査、組立の工程など、多種多様な自動化・ロボット化の事例を掲載しておりますので是非そちらもご覧くださいませ。
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1 はじめに
溶接工程の自動化、工場内物流における搬送工程の自動化、加工機へのワーク投入・取り出
しの自動化…
近年の技術革新により、これらが実現可能な時代になりました。
それも、資金が潤沢にある大企業のみならず、規模がそこまで大きくない工場も当てはまります。
しかし、これまで「自動化」や用途の広い「ロボット」に触れてこなかったが故に、
「どのようにしたらいいかわからない」
「誰に相談すればいいのかわからない」
このようなお悩みを抱える方は多いのではないでしょうか。
実は、「自動化」や「溶接ロボット」の導入により、「労働者数は増加し、業績は好調になり、生産性も高くなる」という研究が発表されています。
https://gigazine.net/news/20190711-robots-and-firms/
この研究の結論として、「産業用溶接ロボットを導入した製造業をはじめとする企業はその業績が好調で労働者も増加である一方、導入していない企業はその生産高はマイナスで、ハイテク企業に太刀打ちできずに雇用状況も悪化する」とされています。
つまり、
「どのようにしたらいいかわからない」
「誰に相談すればいいのかわからない」
という状態のまま躊躇していても、事態は好転するどころか、じわじわと悪化していく一方なのです。
ではどうすればいいか。
答えは単純で、「今すぐ自動化、ロボットの導入」を検討すればいいのです。
この記事では、「中小規模の製造業が、溶接の自動化・溶接ロボット導入をするために関わる情報」を掲載していますから、「自動化、溶接ロボットの導入」を検討し始めの役に立つことでしょう。
この記事では、
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・溶接の自動化、ロボット化によるメリット
を知ることができます。
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2 溶接の自動化・ロボット化とは？
溶接作業をはじめとする製造業の多くは作業者の勘や技術に頼ることが多く、いわゆる職人的な作業となってしまうため、品質のばらつきが大きくなりがちです。また、溶接作業には強烈な紫外線やヒュームが発生するため、作業者にとって過酷な作業になります。
このように、属人的になりがちで過酷な溶接作業において、溶接ロボットを適用し自動化を図る事で、
品質を一定の基準に保つ
生産管理の効率化
人手不足の解消
作業環境の改善
などを実現することが可能です。
3 溶接によって変わる最適な溶接ロボット
溶接ロボットによる溶接の自動化は、大きく「スポット溶接」と「アーク溶接」の２つに分けられています。
スポット溶接は自動車の車体溶接などで多く使用されており、比較的大型な溶接ロボットが用いられます。
アーク溶接ロボットは鉄骨フレームをはじめ比較的細かい製品の溶接に使用されることも多く、設置される溶接ロボット機器のサイズも小型になります。
このように製造業の溶接ロボットによる自動化は溶接の方法によってどのような種類が最適であり、かつロボット自体がどれくらいの面積を占めるのかということも異なっていきます。
本項では現在ある溶接の作業において、どの溶接ロボットが適するのかという水平的な目線で、それぞれの溶接方法により溶接ロボットの大きさが異なることを解説しました。
次項では、溶接作業が自動化へと進化している背景について、それぞれのメリットとデメリットを基にして解説していきます。
4 溶接作業はどのように進化してきたのか？
近年、製造業における工場のロボット化が著しく進み、生産性が向上しています。
また、その対象は大企業だけでなく、中小企業にも拡がってきています。
溶接の方法は大きく分類すると下記のような進化を遂げてきています。
手溶接(被覆アーク溶接) → 半自動溶接(半自動アーク溶接)→ 自動溶接(ロボット溶接)
自動溶接(ロボット溶接)を理解するには、それ以前の背景を辿ることが必要不可欠です。
本項では、溶接の発展を追うごとに何故進化の必要性があるのかということを、それぞれの方法に対してメリット、デメリットを列挙しながら解説します。
そちらを見ていただくと何故溶接工程がロボット化を遂げたのかがわかるかと思います。
以下の表は、各作業方法のメリット・デメリットを簡潔にまとめたものになります。
ティーチングの種類
メリット
デメリット
手溶接
①設備や溶接棒が小型かつ安価である。
②手作業のため、素材・構造に左右されない。
③シールド効果を得ることができる。
①スラグ除去や、溶着効率が低い。
②品質にバラツキが出る。
③ヒュームが多量に発生する。
半自動溶接
①手溶接より効率が高い。
②溶接材の交換が少ない。
③溶接スピードが高い。
④溶接後のフラックスやスパッタ処理を短縮することができる。
①品質が技術者の技量に依存する。
②無風な屋内での作業が必要。
溶接ロボット
①ヒュームやスパッタ発生が少ない。
②風における影響が減少。
③品質が一定である。
④別の高付加価値業務へ熟練者を移行可能に。
①施工面の形状が限定される。
②制御・設計・管理において異なる技能が必要。
4.1 手溶接
この溶接方法は、溶接法の中で最も一般的であった方法です。
手溶接とは、被覆アーク溶接のことを一般的に指しています。
この溶接方法は手溶接棒にフラックスを塗布し、電流を流すことによりアークを発生させることにより熱を発生させる方法です。
作業者が溶接トーチを持ち、文字通り手の動作に従って溶接を行います。
この手法には下記のようなメリットとデメリットが考えられます。
メリット
① 設備や溶接棒が小型かつ安価であるため、導入が比較的しやすい。
② 手による作業のため、素材であったり、構造によることなく溶接することが可能である。
③ フラックスが溶けることによって生じるガス・スラグが母材を覆うことにより、シールド効果を得ることができる。
デメリット
① スラグの除去をしなければならないことや、溶着効率が低いなどの問題がある。
② 品質が技術者の技量によって左右される。人によって高品質となることがあれば低品質となることもある。
③ ヒュームが多量に発生することなどである。
4.2 半自動溶接
半自動アーク溶接はガスシールドアーク溶接の一種であり、この溶接手法は溶着効率の低さを解決するために生み出されました。
現在ではこの半自動アーク溶接のことを指すほど一般的な手法となりました。
手溶接のデメリットを改善した半自動溶接には、以下のようなメリットとデメリットがあります。
メリット
① 手溶接と比較した際に効率が高いこと。また、長い時間の作業が溶接材を交換することなく可能である。
② 溶接のスピードが高く、溶接をした後に生じるフラックスやスパッタの処理などを短縮することが出来る。
デメリット
① 溶接作業者の技量により品質が左右される。
② シールドガスを用いるため、基本的に風のない屋内で作業する必要がある(ノンガスワイヤーを使用する場合を除く)。
4.3 自動溶接
今までの半自動溶接では、溶接者の技術力によって生じる品質の違いは防ぐことはできませんでした。
本項の最後には、自動溶接により今までの溶接手法からどのような変化が期待できるのか解説します。
自動溶接には自動溶接機によるものと、溶接ロボットによるものの２種類があります。
本稿では、溶接ロボットによる自動溶接に焦点を当てて紹介します。
まず、自動溶接機による自動溶接は工場のラインなどで連続に行う溶接手法です。
この手法を進化させたものが、ロボット溶接となります。
これにより、自動溶接時に発生していた課題である溶接姿勢における問題を解決することができるようになりました。
ロボット溶接・自動溶接と比較した際の変化は下記になります。
メリット
① 人の安全に影響を与えるヒュームやスパッタの発生が少ない。
② 風により生じる影響が減少する。
③ 作業者によって品質が左右されない。
デメリット
① 溶接する際、施工面の形状が直線、緩やかなカーブに限られてしまう。
② シーケンスの制御や、機構の設計、安全管理の面で今までと異なる技能が必要である。
5 まとめ
近年、技術力の進歩に伴い、溶接の在り方、より大きな視点で見れば製造業の在り方自体大きく変わってきました。
今まで主流となっていた方法では、作業者の作業環境や、製品の品質にバラツキが生じるなどの様々な問題が生じておりました。
このような悩みは溶接だけでなく、加工や検査、組立など多方面からも聞こえます。
しかし、昨今の製造業分野においては、溶接工程の自動化・ロボット化が急速に進んできております。
このようなロボット化は大量生産に向いているものであると思われがちでありましたが、ティーチング作業を行うことにより、多品種少量生産である、中小企業においても工場の自動化を果たし生産性を高めることが期待できます。
これらの自動化・ロボット化を実現することは、上記のような機能的なメリットだけでなく、中小企業においては採用面などにもメリットを享受することが期待できます。
文部科学省も学校教育においてプログラミングの必修化の準備を着実に進めています。
このような流れが意味することとしては、プログラミング環境がない企業には人が集まらない、採用ができないということになりそうです。
「自社では生産面でロボットを導入しなくても問題ない。」という近視眼的な考え方では、ロボットを先に導入した中小企業と比較すると、生産面だけでなく採用面でも後塵を拝する結果となりかねません。
いつか導入しなければならないものですし、製造業においては人手不足が大きな課題となっているのが現状です。
早めに行動しなければ徐々にその差は開いていく一方のようです。
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