品質オートメーション: 品質管理と生産においてロボティクスとセンサーが果たす役割

Hexagon のマニュファクチャリング インテリジェンス部門 PRESTO オートメーション品質検査セル。 | 画像出典：ヘキサゴン

ほとんどの企業や業界にとって、品質管理は製造プロセスの最も重要な部分の 1 つです。 たった 1 つの小さな製造エラーが企業に多大な損失をもたらす可能性がある場合、より優れた品質管理システムへの投資が贅沢ではなく、必要不可欠であることは明らかです。

ただし、自動化されていない品質管理システムが最も経済的な選択であると考えないでください。 品質管理に非自動化のアプローチを採用すると、最初はコストがかからないように見えますが、実際には、非自動化システムの信頼性はある程度しかなく、管理にはかなりの人員が必要となり、コストが増加します。

自動化された品質管理システムは、製造プロセスの効率と有効性を向上させると同時に、人為的エラーの可能性を減らし、最終製品の全体的な品質を向上させます。また、ロボット工学とセンサーが重要な役割を果たします。 ロボット工学とセンサーが果たす役割と、それらが自動化と品質管理にもたらす利点を詳しく見てみましょう。

ロボティクスは品質の自動化に関与するソフトウェアおよびテクノロジーの 1 種類にすぎませんが、正しく使用すると、自動化と品質管理において重要な役割を果たすことができます。

品質自動化の主な利点の 1 つは、検査およびテストのプロセスの速度と精度が向上することです。 ロボット工学やその他の自動化機器とソフトウェアを使用することで、メーカーは生産中に製品の問題や欠陥をより迅速かつ正確に特定できます。 生産中に問題が特定されるため、メーカーはより迅速に是正措置を講じることができ、スクラップややり直しの必要性が減り、時間と費用の節約につながります。

ロボットによる検査とテストも、競争上の優位性を生み出すことができます。 製造業はますますデータ主導型になってきています。 そして、品質保証、プロセス管理、製品/プロセスの最適化に役立つ大規模なデータセットを取得できるメーカーは、それらの洞察を活用できる体制を整えています。

生産プロセスの精度と速度の向上に加えて、品質自動化は製造プロセス全体の効率にもプラスの影響を与えます。 ロボットは、組み立て、梱包、パレット積みなど、多くの日常的で反復的だが必要な生産作業を処理できるため、人間の従業員はより複雑で価値の高い作業に集中できるようになります。 これにより、生産性と効率が向上し、コストの削減と収益性の向上につながります。

品質自動化とそれに関連する要素 (ロボット アーム、ロボット セルなど) のもう 1 つの利点は、人的エラーの可能性を軽減できることです。 手動で行う場合、品質管理と保証に関連する多くのタスクとプロセスは反復的であり、エラーが発生する機会を招きます。 これらのタスクを自動化することで、メーカーは人的エラーの可能性を減らすことができ、最終製品の全体的な品質の向上に役立ちます。

品質の自動化により、製造プロセスのあらゆる側面にトレーサビリティと説明責任も追加されます。 自動化システムは、どの従業員が関与したか、いつどこで生産されたか、どの特定のツールや機器が使用されたかなどの製品データを保存および追跡できます。 メーカーはこのデータを使用して、プロセスの全体的な品質を向上させ、生産中に発生した可能性のある問題を特定して修正できます。

品質部門の作業負荷やオペレーターのスケジュールによっては、測定対象の部品を待っていると生産ラインが停止する可能性があります。 遅延は簡単に積み重なってしまう可能性があります。 しかし、センサーなどの自動化ツールは、こうした遅延を回避し、軽減するのに役立ちます。

センサーは、メーカーが製品に関するデータを収集する能力において重要な役割を果たします。 大手メーカーはセンサーや測定機器を自社のプロセスに組み込んでおり、手動による部品測定作業を待たずに、すべての部品を 100% 迅速に測定できるようにしています。

たとえば、レーザー スキャナは 3D 形状や表面を効果的にキャプチャできるため、品質保証において重要な役割を果たすセンサーです。 業界では、形状や表面の品質管理にレーザー スキャナを定期的に使用していますが、取り付けや仕上げ、リバース エンジニアリング、および組み立ての用途にも使用できます。 レーザー スキャナは、ワークフローを中断したり生産を不必要に中断したりすることなく、寸法情報を迅速に提供します。 その結果、メーカーは品質や精度を犠牲にすることなく、必要なデータを入手できるようになります。

Hexagon のマニュファクチャリング インテリジェンス部門 PRESTO Automation AS1 レーザー センサー

生産プロセスでは、温度プローブや圧力センサーなどのセンサーがデータを迅速かつ正確に収集し、オペレーターが必要に応じて調整できるようにします。 温度プローブは、機械加工プロセスのあらゆる段階で部品の温度を完全に自動測定できるため、メーカーは生産プロセスをより適切に制御し、欠陥や再作業時間を削減できます。 また、空気圧センサーは、機械のパフォーマンスに悪影響を与える可能性のある空気圧の変動を測定し、注意が必要な潜在的な逸脱をオペレーターに警告します。

センサーは機械の物理的状態を測定することもできるため、メーカーはリアルタイムの健康傾向を特定することで機器の寿命を延ばすことができます。 オフィスと現場の両方で使用できるセンサーは、マシンの状態を監視および測定することで効率を高め、ダウンタイムや保証対象外の修理コストを最小限に抑えます。 オペレーターは、原因不明の機械システムの障害についてより深い洞察を得ることができます。 リアルタイムのアラームとアラートは、軽微な問題が致命的な障害に発展するのを防ぐために必要な情報をオペレータやメンテナンス スタッフに提供します。 また、リアルタイムの機械情報により、メーカーはプロセス制御をより迅速に調整できるようになり、結果的にスクラップの削減と歩留まりの向上につながります。

センサーは生産プロセスに影響を与えるだけではありません。 製品の品質にプラスの影響を与える可能性があります。 生産ラインの既存のセンサーを、生産品質の調整と最適化に重点を置いた専用のセンサーで強化することで、メーカーは製品が生産要件を確実に満たすことができます。 したがって、顧客のニーズにも応えることができます。

ロボットとセンサーは、さまざまな方法で自動化と品質管理にプラスの影響を与えます。

生産ラインに関しては、時は金なりです。 一部の製造施設では、たとえ 1 分でも停止すると、生産性の損失として 10,000 ドル以上の損失が発生します。 品質部門の作業負荷によっては、部品の測定を待つ必要がある場合があり、5 時間または 6 時間の遅れは生産プロセスに大混乱を引き起こす可能性があります。

自動化された品質管理により、人間のオペレーターが中断された場合でもプロセスを継続して、テクノロジーへの投資の価値を最大化するように取り組むことができます。 さらに、メーカーは生産プロセスの部品に関するデータを収集できるため、潜在的な問題を解決するために迅速な措置を講じることができ、時間とコストを節約できます。

品質自動化は生産ラインを支援するだけでなく、品質ラボ内のスループットもサポートします。 品質ラボでレーザー スキャナとロボットを組み合わせることで、検査時間を短縮し、人的ミスを減らし、QA スタッフを解放してより価値の高いタスクを実行できるようになります。 CMM 検査の自動化も見落とされがちです。 バッチ処理製品のユーザーは、QA スタッフを解放し、CMM の利用率を最大化することで、自動化から再び大きな恩恵を受けることができます。 自動化では、投資が最大スループットを確実に測定するために、直前の会議や休憩は必要ありません。

デジタル データ ログにより人為的エラーが軽減され、データの利用速度が向上するため、高精度のデータを確保できます。 データの収集と記録の方法が異なる人間のオペレーターとは異なり、ロボットは毎回同じ方法で同じタスクを実行するため、メーカーは異常を追跡、監視、修正することができます。 さらに、長期データ保管により、メーカーは以前のデータを振り返って問題を迅速に判断し、部品が公差内にあることを証明できます。 これにより、潜在的な訴訟やその他の法的措置から企業が保護され、多くの場合、潜在的な訴訟問題が始まる前に阻止されます。

ロボット工学とセンサーも安全性の向上に役立ちます。 以前は、オペレータが検査を実行し、部品が公差内にあることを頭の中で、または紙に記録することがありました。 しかし、規制当局の監視が強化されるにつれ、メーカーは安全性を真剣に考えていることを示すために、さらなる説明責任を必要としています。 自動化された品質管理により、企業は部品が測定された日時とその測定結果を記録したデータセットを維持できます。

問題が生産ライン全体に再現される前に問題を発見することは、無駄、廃棄、やり直しにつながるため、多くの製造業者にとって重要です。 人間のロボットとは異なり、ロボットは同じタスクを毎回まったく同じ方法で実行できます。 これにより、人的エラーが発生する可能性が減り、無駄、スクラップ、やり直しが減少します。

生産プロセスの効率と有効性の向上を目指すメーカーは、ロボットやセンサーの使用など、品質の自動化を注意深く検討する必要があります。 品質管理と保証のタスクとプロセスを自動化することで、メーカーは検査とテストの速度と精度を向上させ、製造効率を向上させ、人的エラーの可能性を最小限に抑え、説明責任とトレーサビリティを強化することができます。 品質の自動化には大きなメリットがあるため、収益にプラスの影響を与えたいと考えている企業にとって、価値のある投資となります。

ジェフ・フォスター、ヘキサゴンの事業開発マネージャー。

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