スマートファクトリー: 少量であっても完全に自動化された柔軟な生産

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生産コストの上昇、熟練労働者の不足、低製造価格の要求に直面している精密工具ホルダメーカーの WTO は、未来に向けて画期的な飛躍を遂げています。 WTO は、ワークホールディング技術メーカーの Hainbuch と提携して、すべてのプロセスがロボット制御される完全自動化されたスマートファクトリーを立ち上げ、製造業界に革命をもたらします。

長年にわたり、製造コストは一方向にのみ急激に上昇しており、一方、製造価格のさらなる低下が求められています。また、熟練労働者も不足しています。これらは、静的および駆動式精密工具ホルダのメーカーである WTO を含む多くのメーカーが直面している課題です。解決策は明らかです。それは完全に自動化された生産ホールです。バッチ生産は常に確立された方法に依存しますが、少量の場合は新しいプロセスを開発し、システム全体に統合する必要があります。なぜ？たとえば、クランプ装置は 1 日に数回交換する必要があり、プロセスと安全性の点で大きな課題が生じるからです。 WTOは、マールバッハに本拠を置くワークホールディング技術メーカーであるHainbuchと協力して、緊密に連携した一連の測定と試験を実施することで障害を克服しました。 WTO の新しいスマートファクトリーでは、すべてのプロセスが自動化されており、ロボットがコンポーネントを挿入し、クランプ装置を交換し、無人搬送システムがすべてを A から B まで運びます。2022 年末以降、駆動ツールのコンポーネントの 1 つの生産が自動化されています。これは、3 年間の開発段階を経て、WTO と Hainbuch にとって画期的な出来事です。

WTOはオッフェンブルク近郊のオールスバッハに拠点を置いているが、主要都市から離れていると熟練労働者が不足している。人口動態の変化により、この状況はさらに悪化するでしょう。さらに、機械オペレーターになりたい人はますます少なくなり、シフトで働く意欲もますます少なくなっています。 WTO のマネージングディレクター、サーシャ・チグフライ氏はこれを認識し、2016 年に解決策を検討し始めました。「熟練した労働者とコストの増加は別の話です。当社は国際的に事業を展開しているため、競争圧力は大きいです。一部の企業は、コストの低い海外に移転するという選択をします。しかし、当社は拠点をドイツに保ちたかったので、「私たちの将来は、24時間体制で生産し、完全に自動で稼働するスマートファクトリーにあります。これにより競争力が高まり、より有能な人材を惹きつけることも可能になります。」とチグフライ氏は述べました。。

この巨大プロジェクトに対して、WTO は適切な技術で貢献するコミットメントと専門知識を備えた、クランプ装置の独占パートナーを求めていました。「私たちはプロジェクトチームで技術的な詳細を検討しました。問題は、どのようにワークピースをクランプするか、どのようにクランプを自動化できるか、そしてどのようにクランプ装置を自動的に変更できるかということでした。目標は、機械が切り替えを実行できるようにすることでした。「完全に自律的に動作します。これには、この機能を備えたクランプ装置が必要です。さらに、当社には最大 3 μm の公差範囲の高精度研削プロセスがあります。」と Tschiggfrei 氏は述べています。スマートファクトリーのコンセプトが確立したら、次のステップはパートナーを探すことでした。 WTO とハインブーフはすでにさまざまな国際プロジェクトで協力して成功を収めていたため、ハインブーフがパートナーとして選ばれました。 2019 年末に、クランプ装置の要件を定義するための最初の議論を開始しました。 Hainbuch が開発した設計提案が受け入れられました。

WTO には、50 台を超える CNC マシンを備えた既存の生産ホールがあります。これらの機械のクランプは主にジョーチャックで行われ、各OPの段取り替えや位置合わせは手作業で行われます。スマートファクトリーで最初に導入された完全無人製造プロセスは、ソフト加工に続いてハード加工を行う筐体の製造でした。 Tschiggfrei 氏はさらに次のように説明しました。「スマートファクトリーの機械はすべて新しいものです。これらは標準的な機械ですが、ロボットを使用したクランプ装置の自動切り替えを可能にするように特別に調整されています。」 Hainbuch は 4 台の機械にクランプ装置を装備する予定でした。カウンタースピンドルに ID クランプを備えた 1 つのセルに 2 台のターニング/ミーリングセンターがあり、別のセルに 2 台の円筒研削盤があり、1 台は外径クランプ、もう 1 台は ID クランプを備えています。研削のために外部からクランプするために、Hainbuch は軸方向プルバックを備えた標準チャックである Toplus AC 100 をすでに備えていました。さまざまなハウジングに対して、エンドストップ付きのクランプヘッドで構成される 18 個のクランプセットがあり、チャック内で自動的に切り替えられます。しかし、旋削・研削時の内径クランプに関しては、全く新しい開発が必要でした。既存の Maxxos T211 マンドレルをベースにしていますが、安全性チェックを備えたこのバージョンでは、特別なマンドレルが開発されました。

Hainbuch のオートメーション部門の設計エンジニアであり、初期から携わっているビョルンシースリング氏にとって、オートメーションでは考慮しなければならない基本的な要件があります。「ワークホールディングの自動交換には何が欠けていますか? それは、接触面を清掃する従業員です。ほんの小さな汚れの粒子でも精度が規格外になる原因となります。次に、安全チェックがあります。スピンドルは回転できますか? 「正しく張られていますか? 正しく座っていますか? 緩みはありませんか? 一般に、通常はオペレーターによってチェックおよび調整されるすべての項目が自動化では当てはまりません。私たちにとって、これを実装するのは大きな課題でした」これらのチェックはクランプ装置で行われます。もちろん、ストローク位置を監視することにより、これを制御技術の観点からどのように実装できるかを機械メーカーと協力して検討する必要もありました。たとえば、エアセンシングによってチェックするには、チャネルを提供できます。空気感知を実装できるように、クランプ装置に空気感知を実装できるようにします。しかし、機械メーカーは、空気供給とその背後にある機械制御システムと通信するセンサーを取り付ける必要があります。最終的な解決策に至るまでには多くの障害がありましたが、私たちはそれらをうまく克服することができました」とシースリング氏は言います。

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ID クランプの場合、Hainbuch はセグメント化されたクランプブッシュとエンドストップを個別に交換することも検討しました。安全性、精度、汚染の側面を評価し、さまざまなアプローチを比較した結果、安全なプロセスは事前に装備されたマンドレルによってのみ達成できることが明らかでした。現在、研削セルと旋削/フライス加工セルにはそれぞれ、セントロテックス AC クイック切り替えインターフェースを備えた 10 本の Maxxos マンドレルが装備されています。これらは、適切なセットアップを備えたさまざまなハウジング用に在庫に保管され、ロボットによって自動的に切り替えられます。

WTO の研削部門マネージャーであるフィリップ・ウースラー氏は、当初、すべてがうまくいくかどうかについて大きな疑問を抱いていました。「幸いなことに、これらの疑問は消えました。クランプ装置は、清浄度、精度、そして非常に重要な再現性など、すべての要件を満たしています。マンドレルを交換するたびに、必要な 3 μm 以内に収まります。」とウースラー氏は満足そうに語ります。自動化された製造プロセスにより、ジョーチャックを交換し、手で位置を調整し、精度を高めるためにジョーを研磨する必要があった古い方法と比較して、セットアップ時間が 25% 短縮されました。「スクラップも大幅に減少したか、ほぼゼロになりました。これは、以前のクランプの精度が低かったためです。現在は、エンドストップの軸方向のプルバックを使用してクランプするため、はるかに正確になっています。ワークピースの慣らし運転が完了したら、次のセットアッププロセスがうまくいくことがわかります。これは、クランプ装置の心配がなくなったことを意味します」とウースラー氏は付け加えました。 WTO にとって、クランプがより安全であれば、プロセスもより安全であることは明らかです。

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ワークホールディングスペシャリストのHainbuch氏と新CEO

「スマートファクトリーは、原材料の配送だけが手作業で行われるように設計されています。無人搬送システムは、完成したハウジングをピックアップし、生産セルで検査および測定され、機械から保管場所に運び込まれます。「スマートファクトリーには、製造プロセスの計画とプログラミングのためのオフィスを備えたコマンドセンターが含まれています。クランプデバイスと自動化のための取り扱いパラメータの定義もそこで計画されています」と Tschiggfrei 氏は言います。さらなるプロジェクトがすでに計画されており、ハインブーフは再びクランプ装置を供給し、立ち上げプロセスに関与する予定です。ツィッグフライ氏は結論として次のように述べています。「私たちは非常に満足しています。この開発プロジェクトを私たちと一緒に実行してくれるパートナーを望んでいました。ハインブーフ氏は最後のμmに到達するためにすべてを注ぎました。シースリング氏とウースラー氏はこのプロジェクトに情熱的に取り組んでくれました。「は、そのような人々がこのようなことをうまく実装できるようにします。私の観点からすると、結果は予想よりもさらに良かったです。」

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