Allied Mouldedは、非金属製の電気ボックスやエンクロージャを製造する総合成形メーカーです。オハイオ州に拠点を置く同社は、深刻な人手不足への対応として、重要なバラ積みピッキング工程の自動化にユニバーサルロボットのActiNavシステムを採用しました。導入によって残業コストを削減するとともに、従業員を身体的負担の少ない業務へ配置転換し、生産工程の安定性も向上させています。
オハイオ州の多くの製造業と同様に、Allied Mouldedも厳しい労働市場を背景に、必要な人材の確保に苦慮していました。同時に、単調な反復作業で身体への負担も大きいバラ積みピッキングを自動化し、従業員の作業環境を改善したいと考えていました。
さらに、自動化を検討する大きな理由となったのが品質の向上です。製造サポート部門マネージャーのTom Carlisle氏は、次のように説明します。
「自動化を検討する際に重視しているのは、作業の再現性です。機械へのワークの投入・取り出しを常に同じように行うことができれば、品質をより安定して管理できます」
製造エンジニアリング技術者のNate Gilbert氏も、次のように付け加えます。
「バラ積みピッキングを手作業で行うと、どうしても作業にばらつきが生じます。手作業の大きな課題の一つは、作業者が疲労し、1日の終わりに近づくにつれて生産性が低下することです。一方、ロボットなら、時間帯にかかわらず安定した生産量を維持できます」
新型コロナウイルスの感染拡大は、Allied Mouldedが抱えていた人員確保への懸念をさらに大きくしました。
「どれほど仕事に熱心な従業員でも、自分ではコントロールできない事情によって、突然出勤できなくなる可能性があります。そのような状況でも、生産工程を止めずに稼働し続けられる方法が必要でした」とCarlisle氏は説明します。
Allied Mouldedが以前、バラ積みピッキングの自動化を検討した際には、当時の技術では同社のニーズを十分に満たすことができませんでした。
Gilbert氏は、「当時の技術は、私たちが求めるレベルには達していませんでした」と振り返ります。
「安全柵が大掛かりで、同じエリアで作業者が仕事をする際の妨げになっていました。工場内のスペースはもともと限られていたため、ロボットを設置するためにさらに安全柵のスペースを確保しなければならないことも、自動化を見送った理由の一つでした。しかし、人と同じ作業空間で使用できる協働ロボットであれば、私たちの現場に適した方法だと考えました」
Allied Mouldedが協働ロボットに関心を持つきっかけとなったのは、ユニバーサルロボット（UR）の協働ロボットを導入し、自動化に成功していた近隣工場を訪問したことでした。
その後、展示会でもURの協働ロボットを目にしたAllied Mouldedは、最終的にURの自律型バラ積みピッキングシステムActiNavの導入を決定しました。ActiNavは、画像認識、衝突を回避する経路計画、リアルタイムのロボット制御を連携させ、ビンにランダムに積まれた部品のピッキングを自律的に行う、柔軟で使いやすいソリューションです。
「ActiNavは、作業の妨げになるような設備を追加することなく、限られたスペースに設置できると確信できた初めてのシステムでした。私たちが求めていたのは、ビンから部品を取り出してコンベアに載せるというシンプルな自動化です。ActiNavなら、そのニーズを満たせると考えました」とGilbert氏は説明します。
さらにGilbert氏は、ActiNavによって、部品を一定の向きに整列して供給するために一般的に使用される振動フィーダーと比べても、より柔軟な部品供給を実現できたと評価しています。
Allied Mouldedには従来型の自動化設備を扱った経験がありましたが、協働ロボットの導入は「まったく新しい経験でした」と、メンテナンスグループリーダーのNathan Wells氏は振り返ります。
「安全柵で囲う必要がなく、ロボットが稼働している間もその周囲で作業できるのは、とても新鮮でした。プログラミングについても、これまで扱ってきたロボットの中で最も簡単なものの一つです。細かな数値を一つひとつ入力する必要はなく、いくつかのボタンを操作するだけでプログラムを作成できます」
ActiNavに部品を認識させるためのデータ登録も、簡単に行うことができました。Wells氏は次のように説明します。
「製品のCADファイルをActiNavに読み込むことで、ビンの中にある部品を認識できるようにしました。データの読み込みも非常に簡単で、CADファイルを保存したUSBメモリをコントローラーに接続するだけです」
ビンの形状や位置をActiNavに登録する作業もシンプルでした。
「ロボットを手で動かして、ビンの各ポイントに触れさせるだけです。それを数か所で行えば、ActiNavがビンの形状や位置を認識します。セットアップ初日の後、実際のプログラミング方法を習得するのに1シフト程度かかりましたが、それ以降は自分たちだけで問題なく操作できるようになりました」
Nate Gilbert, Manufacturing engineer technician, Allied Moulded Products Inc.私たちが本当に求めていたのは、ビンから部品を取り出してコンベアに載せるという、シンプルな自動化でした」
バラ積みピッキングの工程は、担当者が部品の入ったクレートを大型容器に投入するところから始まります。システムを起動すると容器が傾き、部品がActiNav用のビンへ投入されます。ActiNavは、ビンにランダムに積まれた部品（この工程では、押出成形されたガラス繊維製の電気接続箱ハウジング）を1個ずつピッキングし、正しい向きにそろえて幅の狭いガイド付きコンベアに載せます。
Carlisle氏は次のように説明します。
「後工程で機械による二次加工を行うため、部品は決められた向きで機械に供給する必要があります。向きが正しくなければ、その部品は不良品として除外しなければならず、それまでに費やした加工時間や材料が無駄になってしまいます」
コンベアで運ばれた部品は、複数の加工ステーションを備えたロータリーテーブル式の作業セルへ送られます。各ステーションで必要な加工が施され、すべての工程を終えた完成品は、排出用コンベアから大型のビンへ送られます。
この一連の工程でActiNavは、どの部品をピッキングするか、どのように正しい向きにそろえるか、対象外の部品をどのように識別して脇に置き、作業を継続するかといった判断を自律的に行います。
Gilbert氏によると、ビンに十分な部品を供給しておけば、ActiNavは作業者が介入することなく、一日を通して稼働できます。
「部品がビンの中でどのような向きになっていても、ロボットがピッキングし、機械に正しい向きで供給できることに非常に感銘を受けました。このような作業をロボットで実現するのは、通常であればかなり難しいものです。人であれば問題なく対応できますが、それをロボットに任せられるようになり、この工程に作業者を常時配置する必要がなくなったことは、大きなメリットです」
従来型の産業用ロボットによる自動化では、作業者の安全を確保するため、安全マットやフェンス、囲いなどを設置する必要があり、工程によっては広いスペースを確保しなければならない場合があります。一方、協働ロボットは、人の近くで使用することを想定して設計されています。
「協働ロボットなら設置場所の自由度が高まり、作業者もロボットと同じ空間で作業できます。何か問題が発生してエラーに対応する場合も、ロボットにアクセスするために複雑な手順を踏む必要がありません。また、安全柵で隔離されていないため、現場の従業員にも受け入れられやすいと感じています。ロボットが開かれた作業空間にあることで、必要なときにすぐアクセスできます」
ActiNavは休憩を必要とせず、安定したペースで作業を続けることができます。Carlisle氏は、その特徴を「ウサギとカメ」に例えて次のように説明します。
「ActiNavの強みは一貫性です。常に同じペースで部品を供給し続けます。作業者の方が速く作業できる場合もありますが、休憩が必要なため、常に同じペースを維持できるわけではありません。最終的な生産量で見れば、ActiNavは作業者と同等の成果を上げることができます。しかも、疲労によって作業効率が低下することもありません」
ActiNavの導入は、従業員の役割にも変化をもたらしました。Allied Mouldedでは、従来この工程を担当していた作業者が新たなスキルを身につけ、システムのトレーナーや指導役を担うようになったほか、今後の自動化プロジェクトに向けたアイデアづくりにも参加しています。
Carlisle氏は次のように述べています。
「単調な作業や安全面で負担のある作業を自動化することで、より安全な職場を実現できます。そして、現場をよく知る作業者は私たちにとって最大の財産です。彼らは、次世代の従業員を育成する最高のトレーナーにもなってくれます」
「ActiNavはビンから直接部品をピッキングでき、部品がどの方向を向いていても問題ありません」と、Allied MouldedのメンテナンスグループリーダーであるNate Wells氏は説明します。
ActiNavは、高解像度センサーとCADデータによる照合を組み合わせることで、深いビンの中に部品がランダムに積み重なっている状態でも、対象となる部品を高精度に認識してピッキングできます。
さらに、ActiNavの自律モーションモジュールが、部品を適切に把持するためのロボットの姿勢や動作経路を自動的に判断します。これにより、部品を正確にピッキングするだけでなく、毎回決められた向きで治具にセットすることができます。
Allied Mouldedの製造サポート部門マネージャーであるTom Carlisle氏は、ActiNavの連続稼働について次のように説明します。
「ActiNavは、ビンに部品が供給されている限り、ほぼシフトを通して稼働し続けることができます。例えば1万個の部品を生産する注文があれば、必要な期間を通して安定して作業を続けることができます」
ActiNavのプログラミング機能はURのティーチペンダントに完全に統合されているため、直感的かつ簡単に設定できます。Allied MouldedのメンテナンスグループリーダーであるNate Wells氏は、設定の調整について「わずか10分ほどで完了しました。これまで扱った中で最も簡単にプログラミングできるシステムです」と評価しています。
ActiNavは、2020年のLEAPアワードにおいて、産業オートメーション部門の金賞を受賞しました。LEAP（エンジニアリング・アチーブメント・リーダーシップ・プログラム）アワードは、設計・エンジニアリング分野における革新的で先進的な製品を表彰する賞です。
数千の企業が協働ロボットを活用しています...
