溶接自動化に関する 12 の重要なポイント

ほとんどの人はロボットや協働ロボットを自動化と関連付けます。 ただし、トラクター、シーマー、サークル溶接システム、ポジショナー、およびその他の同様のテクノロジーは、ロボットの柔軟なプログラミング機能が利用できない場合にハードオートメーションのオプションを提供します。

編集者注: 以下は、2022 年 11 月 8 ～ 10 日にアトランタで開催される FABTECH 2022 で米国溶接協会が主催したパネル ディスカッション「ビジネスに自動化を追加する方法」に基づいています。

さまざまな要因が重なり、溶接業界では自動化が転換点を迎えています。 企業がオートメーションをどのように活用できるかをより深く掘り下げるために、American Welding Society (AWS) は 4 人のオートメーション業界の専門家にこのテーマを持ちかけました。

このパネルディスカッションのモデレーターを務めさせていただきました。 自動化をさらに探求するために、私たちはこれらの人々を追跡調査しました。 以下は、会話から得た 12 の重要なポイントです。

自動化には、ハードなもの (固定自動化または機械化溶接と呼ばれることもあります) もあれば、柔軟なもの (プログラミングの柔軟性を意味します) もあります。 ハードオートメーションには、トラクター、シーマー、サークル溶接システム、ポジショナー、およびロボットのような柔軟なプログラミング能力を持たない同様のテクノロジーが含まれます。

「トラクターはハードオートメーションの好例です」とギルゲンバッハ氏は語った。 「長くて真っ直ぐな溶接がある場合、トラクターを使用すると、溶接欠陥が発生しやすい箇所である変動や始動と停止の回数を減らすことができます。」

柔軟な自動化は、事前設計されたロボット セルまたはカスタム ロボット セルに分類できます。 事前に設計されたセルは通常、価格が高く、さまざまな部品を溶接できます。 カスタム設計のセルは通常、1 つの部品または 1 つの部品ファミリーを中心に設計されており、さらに追加の機能を提供し、より大きな部品に対応することができます。

「現在、第 3 の自動化カテゴリーが存在しており、それが協働ロボット、つまりコボットです」とギルゲンバッハ氏は述べています。 コボットは、ロボット アームをサポートする溶接テーブルまたはカートを備えており、アームを手動で誘導して溶接パスを作成できます。 コボットには、溶接またはプラズマ切断システムのコンポーネントだけでなく、ロボットを直感的にプログラムする機能も含まれています。

「スキルギャップ、つまり達成する必要のあるタスクと利用可能な従業員のスキルとのギャップにより、迅速に導入できる使いやすいロボットおよび協働ロボットシステムの必要性が生じています」とコムリェノビッチ氏は述べています。

ローダも同意した。 「協働ロボットのオペレーターがコンピューターやタブレットに少しでも慣れていれば、それは役に立ちますが、今では、59 歳の手溶接工がアームを希望の溶接経路に誘導することでロボットに教えることができます。エンジニアは必要ありません。オフラインでパスを作成してください。」

圧倒的なコンセンサスは、自動化がキャリアの機会を生み出すということでした。

溶接業界でのロボットの使用が増えるにつれ、自動化の専門家は、溶接の自動化を検討する際に工場が考慮すべき事項が十数あると考えています。画像: 米国溶接協会

「米国の製造施設の成功にはロボットが不可欠です。自動化によって生産性が向上すれば、より多くの機会を活用でき、それによってより多くの雇用が創出されます」とフィナッツォ氏は述べた。 「顧客を訪問するとき、私はいつも彼らに 2 つのことを尋ねます。『何が原因で夜も眠れないのですか』と『今後の自動化計画は何ですか』です。 」

「当社の優れた溶接工が持つスキルはすべて自動溶接に応用可能です。それらは別の方法で使用されるだけです。」とギルゲンバッハ氏は付け加えました。

完璧を善の敵にしないでください。

「事前に設計されたロボットセルは基準の 90% を満たす可能性があり、90% はゼロよりも優れています」とフィナッツォ氏は述べています。

コムリェノビッチ氏もこれに同意し、これらの細胞システムは成長への入り口であると指摘した。 「企業は最初のロボットシステムの成功を見て、未知のことへの答えが得られれば、そこからどのように成長するかをすぐに理解するでしょう。」

「コボットは中小企業にとって障壁を下げます」とローダ氏は付け加えた。 「多品種少量のアプリケーションを扱う大企業であっても、協働ロボットの有力な候補となります。協働ロボット溶接の優れた点は、企業が注文後数週間以内に協働ロボットを受け取ることができることです。それが積み込みドックに到着すると、企業は協働ロボットを受け取ることができます。」午前中にシュリンクラップをカットして、午後までに生産溶接を行うことができます。」

コムリェノビッチ氏は、自動化に関しては一般的な傾向があり、企業は必要な品質を提供する人材の確保に苦労しているため、最も複雑な問題を自動化したいと考えていると指摘した。

「自動化への取り組みを開始する際に、最も複雑な部分を使用しないでください」と彼は言いました。 「正しいアプローチは、手っ取り早く勝利を収め、その後、勝利を前進させる自動化の擁護者を確保することです。そうすることで、自動化に対する信頼を生み出すことができます。」

「優れたプロセスを持っているか、プロセスを開発できる自信がある、再現可能な部品を探してください」とギルゲンバッハ氏は付け加えた。 「そうすれば、ロボットは生産性の向上に役立ちます。」

1980 年代からロボットに取り組んできたローダ氏もこれに同意しました。 「作業を始めるのに適切な場所は、オペレーターにとって最も退屈でもある、単純でありふれたサブアセンブリから始めることです。これらのタスクを溶接の自動化に移行してください。」

ショップは、プログラミング、運用、メンテナンス、トラブルシューティング、および他の人への指導の専門家となる、要員 (「自動化チャンピオン」) を特定する必要があります。

「自動化の擁護者がいることについて強調したいと思います」とギルゲンバッハ氏は述べた。 「自動化プロバイダーとしての私たちの仕事の一部は、組織が新しいロボットのチームメイトを受け入れる準備を支援することです。実装を成功させるためには、プログラミング、運用、メンテナンス、トラブルシューティング、および他の人への指導を担当する担当者を特定する必要があります。」

「チャンピオンにとって重要な要素は欲望だ」とローダは語った。 「たとえば、コボットにある橋梁メーカーは、初心者レベルの 19 歳のグラインダーを注文して、協働ロボットに興味をそそられていました。彼は協働ロボットを学び、そのチャンピオンになりたいと考えていました。

「彼は現在、協働ロボットを使って D1.5 認定の橋梁構造溶接を行うまでにスキル レベルを上げています。これは、組織内のどこからでもチャンピオンが生まれ得ることを証明しています。」

誰もが誰かに報告するため、コストを意識し、資本支出を正当化することが重要ですが、ROI の考え方は変わりました。

「現在、製造している製品の品質がより重要になっています」とフィナッツォ氏は言います。

熟練労働者不足の結果、企業にはスクラップを処理するための追加のキャパシティがありません。 材料費の高騰により、スクラップの痛手はさらに大きくなっている。

「自動車サプライヤーであれば、100% の品質が必要です」と彼は続けました。 「企業は品質に価値を割り当てる必要があります。機会損失にも価値があるのです。」

ギルゲンバッハ氏は機会損失のコストを計算することを強調した。 「以前は、返済額は時給や負担率に基づいていたかもしれません。今では、能力がなかったり、リードタイムが長すぎたりしたために、受けられない仕事になります。それが鍵だと思います」自動化に対する人々の見返りに対する見方が変わります。」

「通常、自動溶接と半自動溶接の節約率は 3 対 1 ですが、品質の節約は認識が難しいことがよくあります」と Rhoda 氏は言います。 「たとえば、WPS が 1/4 インチの隅肉溶接を要求しているのに、オペレーターが 5/16 インチの溶接を行う場合など、過剰溶接が横行しています。自動化により、材料と労力だけでなく、大幅な節約が可能になります。ただし、歪みや余分な後処理作業は排除されます。」

「通常、ツールのコストは、顧客が自動化を進める上で最も高い障壁になります」と Finazzo 氏は言います。

「工具は常に誰もが望んでいるよりも高価です。それが獣の性質です」とコムリェノビッチ氏は付け加えました。

自動化パートナーを評価する際には、ツールやその他のニーズを考慮してください、と Gilgenbach 氏はアドバイスします。 「あるパートナーからセルを購入してから、別の場所でカスタム ツールを購入するつもりですか? ショップにはすでにモジュラー ツールがあり、必要なのはロボット セルだけですか? 一緒にツールを設計してくれるパートナーが必要ですか?すべてをインストールし、プログラミングと最初の実行を行いますか? 必要となるサポートのレベルを理解することが重要だと思います。」

Rhoda 氏は、協働ロボットと、ターンテーブルとモジュール式治具を装備した事前設計セルの魅力の 1 つは、自動化の障壁となっていた余分なコストとエンジニアリング時間の多くを削減できることだと付け加えました。

自動化により上流プロセスの改善が強制されます。

「CNC 制御のプラズマ切断、レーザー切断、プレス ブレーキは、ロボットに一貫した部品を提供するため、自動化を可能にします」と Rhoda 氏は言います。 「自動化する前に、優れた上流プロセスがあるかどうか自問してください。ない場合は、まずそれらの上流プロセスに焦点を当てます。」

「上流プロセスに十分な資金をかけることはできません」とフィナッツォ氏は付け加えた。 「これらの改善を無視して、その欠点を自動化で補おうとしないでください。セルに入る部品の公差の制御を支援してくれる自動化パートナーを探してください。そうすれば、より大きな成功が得られるでしょう。」

企業が自動化を導入すると、その高い精度と再現性により、自動化されたセルの上流​​および下流での生産性のボトルネックがすぐに明らかになります。

「私のお気に入りの本のひとつに『ザ・ゴール』という本があります」とローダさんは語った。 「これは今では、制約の理論と、ボトルネックがどこにあるのかを知り、それに対処することに基づいて工場のペースを設定することについての古典的な本です。」

「ビジョンやその他のセンシング システムを、より優れた意思決定アルゴリズムや機械学習と組み合わせることで、より迅速かつよりインテリジェントにロボットを導入できるようになります」とコムリェノビッチ氏は述べています。 「数年前には難しかったアプリケーションの選択も、今日では簡単になりました。」

「2D および 3D ビジョン技術は現在、非常に簡単に導入できます」と Finazzo 氏は付け加えました。 「コストが低く、セットアップも簡単なので、『この問題を解決したので、ここでコストを削減できたので、そっちでもっと支出できる』と検討する余裕ができるようになりました。」

AWS と自動化推進協会 (A3) はどちらも、ロボットと協働ロボットの安全性に関する基準を設けています。

「導入を加速するには、それが安全に行われることを保証する必要がある」とフィナッツォ氏は言う。 「協働ロボットには出力と力を制限する手段が講じられていますが、徹底的なリスク評価プロセスが存在します。トレーニングも緩和戦術の一部です。」

「フェンスや光の障壁がないため、人々は協働ロボットが安全なのか疑問に思っています。答えはイエスです」とコムリェノビッチ氏は語った。 「しかし、協働ロボットのアームの端にはまだトーチが付いています。熱いトーチはどのくらい安全ですか? まあ、手作業で溶接する場合とほぼ同じくらい安全です。だからこそ、自動化を支援してくれるパートナーを選ぶ必要があります。」リスクを評価する方法を理解してください。」

専門家の会社は、教育機関を対象としたプログラムに投資し、メンタリング プログラムを作成し、自動化スキルを向上させる教育の機会を提供しています。

「企業の投資収益率を考えるとき、それは実際には一国の投資収益率です。