半自動組立ソリューション

電子制御モジュールの製造業者が月産5,000ユニットから月産20,000ユニットに生産量を増やす必要に迫られたとき、同社のエンジニアリングチームはジレンマに直面した。6か月ごとに製品変更があるため、完全自動化された組立ラインはコストがかかりすぎるだけでなく、柔軟性にも欠ける。一方、完全に手動の組立ラインでは、再現性のあるはんだ付け品質が得られず、顧客の要求する100%機能テストも満たせない。同社は3番目の選択肢を選んだ。 半自動組立 このセルでは、オペレーターがPCBを組立治具にセットし、機械がそれを利用して精密なはんだ付けを行います。はんだ付け後、はんだ付けされた接合部の自動光学検査が行われます。オペレーターは組立治具から基板を取り外し、ラックに載せます。この半自動組立セルは、完全自動化ラインのコストのほんの一部で済み、必要なスループットを満たし、1時間以内に次の製品を生産するように再プログラムできます。この実用的なソリューションは、完全手動でも完全自動化でもなく、何千もの製造業者にとって最適なソリューションです。本質的に精度と再現性が求められる製造工程を自動化する一方で、自動化するには変動が大きすぎる工程は、柔軟で安価な手動処理に任せることができます。.

半自動組立工程とは何ですか？

この生産システムでは、一部の機器が作業の大部分を行い、作業者は機械への部品の積み下ろしや、ある工程から別の工程への部品の移動などを行います。機械は（溶接などの）作業を実行し、サイクル終了時に結果を記録します。作業者は、両手操作式の固定防止装置またはフットペダルを使用して、部品を機械に載せ、機械のサイクルを開始します。完全自動化ラインとは異なり、機械に加えて人間の手も使って工程間で部品を移動させます。手動プロセスとは異なり、機械のサイクルは人間の介入なしに繰り返されるため、作業の実行からあらゆるばらつきが排除され、再現性が重要な場合にはプロセスの精度が保証されます。.

製造自動化の全範囲をより深く理解するために、以下の概要をご覧ください。 自動化とは何か 半自動化システムがどのような文脈に当てはまるのか、より広い文脈を提供する。.

半自動化ソリューションが製造パフォーマンスを向上させる方法

半自動化製造設備への投資を正当化する、測定可能なメリットは数多く存在します。半自動化製造設備によって得られるメリットの多くは、最初の12～24ヶ月以内に十分な投資収益率を生み出すことができます。マッキンゼー・アンド・カンパニーが最近実施した調査では、品質変動の80%を構成する20%の工程に投資することで、完全自動化製造設備から得られるメリットの大部分が得られ、通常は完全自動化製造設備にかかる費用のほんの一部（つまり10分の1未満）で済むことが示されました。.

• プロセスの再現性。. 半自動ドライバーは、各ネジを所定のトルクで締め付け、そのトルク値を記録することができます。一方、手動作業者は、締め付け具合を感覚で判断するため、締め付け作業の記録は残りません。安全に関わる部品（回路ブレーカーや自動車用エアバッグコネクタなど）の場合、記録の有無は、製品の出荷可否、つまり認証取得の可否を左右する大きな違いとなります。.
• 一貫した品質。. 半自動抵抗溶接ヘッドは、すべての接点に均一な溶接プロファイルを適用します。半自動試験台は、試験対象となるすべてのユニットに対して、一貫した一連の電気試験を実行します。この装置は、長時間にわたって同じ機能を継続して実行でき、休憩を必要とせず、外部からの妨害を受けず、シフト交代時にオペレーターが直ちに再訓練を受ける必要もありません。.
• 人件費を抑えつつ、生産性を向上させる。. 半自動セルでは、サイクルタイムがオペレーターではなく機械によって制御されるため、手動セルよりも1時間あたりの生産量が多くなります。オペレーターは、最初のセルがサイクルを実行している間に、2番目のセルの作業を行うことができ、生産性の向上につながります。.
• 製品バリエーションに対する柔軟性。. 装置の切り替えが迅速に行えるため、半自動セルは受託製造業者と多様な製品ラインを製造する企業の両方にとって有利です。半自動セルの柔軟性により、レシピ選択と治具の交換によってワークフローを変更することができ、通常はわずか数分で完了します。全体として、これは複数の種類の製品を効率的に製造する方法を必要とする企業にとって、費用対効果の高いソリューションとなります。.

半自動組立が最大の効果を発揮する場所

半自動組立方式は、多くの業界において品質や生産量に関する要求が異なるため、どの組織が採用する場合でも有益となり得る。.

電気保護装置（MCB、MCCB、コンタクタ）

小型回路遮断器およびモールドケース回路遮断器の製造において、校正および試験工程は、法的にも機能的にも最も重要な工程です。公表されている時間-電流曲線の範囲内でトリップしない遮断器は、安全上の危険となります。Benlong Automation社が製造するような半自動校正および試験ベンチでは、オペレーターが遮断器をロードした後、機械が過負荷または短絡電流を印加し、トリップ時間を測定し、校正ネジを調整し、ユニットを合格または不合格と判定します。オペレーターは部品を扱い、機械は測定を行います。これにより、完全自動化ラインを必要とせずに、すべての遮断器が認証基準を満たすことが保証されます。 半自動熱校正ベンチ そして 磁気トリップ試験ベンチ これらはこのアプローチの例です。ブレーカー機構自体の組み立てには、 半自動組立機 オペレーターがハウジング、接点、コイルを治具にセットするだけで、機械が精密な機械加工を完了し、内部部品の接合、リベット留め、ねじ締めを自動化できます。.

自動車および電気自動車部品

半自動セルは、配線ハーネスクリップ、センサーハウジング、コネクタアセンブリなどのサブアセンブリの製造に一般的に使用されます。半自動超音波溶接機やビジョンガイド式ディスペンシングセルは、自動車PPAP（生産部品承認プロセス）に準拠するために必要なプロセス制御を実現しながら、手動ローディングに伴う人件費を低く抑え、複数の製品ラインへの展開を可能にします。ファナックは、これらのセルの自動化コンポーネントとして頻繁に使用されるロボットや協働ロボットを製造しており、オペレーターが部品を保持している間にツールハンドリングを実行します。.

医療機器および診断機器

医療機器を組み立てる際には、一般的に、製造工程を検証し、その工程で製造される各機器の記録を作成する必要があります。半自動シリンジ接合ステーション（または試薬分注工程）を使用すれば、部品のロード／アンロード中に実行されたすべての工程パラメータの詳細を、機器のシリアル番号と紐付けて記録できます。これにより、完全自動化された無菌ラインに必要な設備投資を行うことなく、規制当局が求める検証要件を満たすことができます。.

家電

家電製品は製品ライフサイクルが短く、製品の種類も多岐にわたるため、製品組立の完全自動化は困難です。電子機器の受託製造においては、ねじ締め、接着剤塗布、機能テストなど、多くの半自動化された工程が存在します。作業員がプリント基板（PCB）を治具にセットすると、機械が自動的にPCBの塗布、固定、テストを行い、作業員は完成したPCBを治具から取り出します。既存製品に変更があった場合でも、多くの場合、数週間以内にその製品の生産設備を新しい製品の生産設備に切り替えることができます。.

半自動組立ソリューションのコスト

投資 半自動組立 ステーションの価格は、プロセス、要求される精度、および組み込みテストの程度によって異なります。以下の表は、機械、工具、制御装置、およびプログラミングを含むターンキーセルの目安となる価格範囲を示しています。.

これらの価格帯にはターンキー方式の機械が含まれており、特定の製品バリエーション用の工具、オペレーターのトレーニング、および輸送費は別途必要となります。投資回収は通常、労働力削減、不良品削減、および生産量増加の組み合わせによって達成されます。2交代制で1シフトあたり2人のオペレーターを置き換える、あるいは高額な保証返品パターンを解消するセルであれば、18か月以内に投資を回収できます。.

半自動化ソリューションに適したインテグレーターの選び方

半自動組立セルの設計・構築を依頼するパートナーを選ぶ際には、コストだけでなく、他の要素も評価することが重要です。インテグレーターは、採用される製造プロセス、必要な公差、収集すべきデータの種類などを熟知している必要があります。.

• 専門分野の経験は重要です。. 汎用自動化機器を製造する企業は、サーマルトリップユニットの校正や銀接点の溶接といった作業で困難に直面する可能性が高い。一方、ベンロング・オートメーションは、低電圧電気業界向けに数百ものステーションを設計してきた実績があり、こうした特有の問題を既に解決してきた。.
• 制御アーキテクチャとデータ。. この装置は、ロックウェル・オートメーション社製やシーメンス社製などの産業用プログラマブルロジックコントローラ（PLC）を用いて設計され、工場の製造実行システム（MES）と通信する。各サイクルのデータはデータベースに保存され、機械の状態（電源オフか否か）に関わらず保持される。.
• サポートおよびスペアパーツ。. 半自動化セルは、10年以上の耐用年数を持つ設備投資とみなされます。重要な予備部品はインテグレーターが在庫しておく必要があり、定められた応答時間内に適切なリモート／オンサイトサポートを提供しなければなりません。.

よくある質問

半自動化プロセスとは何ですか？

半自動化とは、溶接、塗布、検査、締結といった主要な工程を産業機械で自動的に行う製造方式であり、部品の装填、工程の開始、完成品の取り出しといった作業は例外となる。つまり、コアとなる工程は自動化されるが、部品の装填・取り出しは手作業で行われるため、部品の取り扱いにおいてより柔軟性が得られる。.

半自動システムとは何ですか？

半自動システムとは、PLCやセンサーなどを介して自動化された製造工程であり、各製造サイクルにおいて作業員が部品の積み下ろしを行うものです。機械／セルは、そこで生産される完成部品に合わせて独自に設計された、その他の自動化コンポーネントやツールで構成されます。.

自動化と半自動化の違いは何ですか？

完全自動化システムは、材料の移動と加工を一切の手作業なしで行いますが、部分自動化システムはプロセスのみを自動化し、各サイクルの前後に作業員が部品の準備と取り扱いを行う必要があります。この2種類のシステムの違いは、プロセスの品質ではなく、材料の取り扱い方法にあります。.

自動組立システムにはどのような種類がありますか？

自動組立システムには、完全統合型の無人製造ラインから、オペレーターが操作する半自動セル、部品を整然と組み立てる必要のあるその他の作業エリアやプロセスまで、さまざまな種類があります。これらは、大きく4つのカテゴリに分類できます。1種類の大量生産製品を製造する固定（ハード）自動化、複数のバッチ製品を製造するプログラマブル自動化、複数の種類の製品を製造するフレキシブル自動化、そして組立工程を自動化するものの部品の手動取り扱いはそのまま残す半自動セルです。.

参考文献

• マッキンゼー・アンド・カンパニー ― デジタル製造とインダストリー4.0 ― 対象を絞った自動化が生産性と品質に与える影響に関する研究。.
• ロックウェル・オートメーション - 産業用制御および自動化ソリューション 半自動および自動製造向けのPLC、HMI、MESプラットフォーム。.
• ファナック株式会社 ― 協働ロボットおよび産業用ロボット ―半自動組立セルに頻繁に組み込まれるロボットソリューション。.
• オートメーション・ワールド ― 半自動組立の事例研究 — さまざまな業界における半自動化導入の成功事例を紹介する業界誌。.

A 半自動組立ソリューション これは手動と自動の妥協ではなく、自動化の精度とデータロギングを最も重要な場所、つまり品質を決定づける工程に配置しつつ、最も適応性が高く、最もコストのかからない取り扱い要素である熟練したオペレーターを維持するという意図的な戦略です。回路ブレーカー、コンタクタ、自動車部品、医療機器、その他100種類もの製品を製造するメーカーにとって、半自動化セルは、現代のサプライチェーンが要求する認証済みで再現性のある出力を、完全自動化ラインでは実現できないコストと柔軟性で提供します。Benlong Automationは、電気業界向けにこれらのセルを構築し、保護装置の校正、テスト、組み立てを、変動する手動作業から、制御され、文書化され、再現性のある半自動化プロセスへと変革します。.