協働ロボットで実現したKal Plasticsのプラスチック加工自動化
Kal Plasticsは、プラスチック熱成形品のトリミング工程に協働ロボットを導入した先進的な企業です。ロサンゼルスを拠点とする同社は、ユニバーサルロボットの協働ロボット「UR10e」を活用することで、従来のCNC加工機と比べて大幅に低い導入コストと短いリードタイムで自動化を実現しました。
その結果、トリミング時間を約半分に短縮するとともに、出荷遅延率を1％未満まで改善しました。さらに、作業者の安全性向上や、より付加価値の高い業務へ取り組める環境づくりにもつながっています。
カリフォルニア州は、人件費や施設コスト、エネルギーコストが高く、労働関連の規制も厳しいことから、製造業にとって決して事業を展開しやすい環境ではありません。さらに、製造業に従事する人材の確保が難しくなっていることも、大きな課題となっています。
こうした状況の中、Kal Plasticsの社長兼CEOであるJuliet Oehler Goff氏は、より安全で、より効率的な生産体制の構築を目指していました。
「私たちは常に、より安全に、よりスマートに、そしてより効率的に働く方法を模索しています。」
ちょうどその頃、長年使用してきたCNC加工機の更新時期を迎えたことが、自動化を検討する大きなきっかけとなりました。
Goff氏は当時を次のように振り返ります。
「さまざまな選択肢を調査した結果、ユニバーサルロボットが協働ロボット分野の世界的なリーダーであることを知りました。実際にデモを見せてもらい、費用対効果の高さに大きな魅力を感じました。新たに5軸CNCルーターを導入する場合は約25万ドルの投資に加え、納品まで約12か月かかる見込みでした。一方、ユニバーサルロボットなら約2週間で導入でき、費用もその4分の1から5分の1程度で済みました。」
協働ロボットを活用して、手作業によるトリミング工程の自動化を実現したKal Plastics。その導入プロセスと、自動化を成功に導いたポイントをご紹介します。
協働ロボットを活用したトリミングセルの導入により、生産効率は大きく向上しました。
コンサルタントのDan Sproles氏は、次のように説明しています。
「協働ロボットが、これまで手作業で対応していた処理能力を超える分のトリミング作業を担うようになりました。以前は納期に間に合わせるため、CNC加工機の稼働を調整しながら対応していましたが、協働ロボットの導入によって残業はほぼ不要になり、納期どおりに出荷できるようになりました。現在では、出荷遅延は1％未満まで減少しています。」
社内にロボットの専門知識を持つ人材がいなかったため、Goff氏はオペレーターのJose Luis氏に、協働ロボットのプログラミングや運用を担当する機会を提供しました。
Jose Luis氏は、ユニバーサルロボットが提供する無料のオンライン学習プログラム「UR Academy」と実践的なトレーニングを通じて、短期間で協働ロボットの操作やプログラミングを習得しました。
Goff氏は、協働ロボットの導入が従業員の成長やモチベーション向上にもつながっていると語ります。
「協働ロボットは新しく魅力的な技術なので、従業員の意欲を高めてくれます。向上心のある人材には、新しいことに挑戦し、成長できる機会を提供したいと考えています。Joseがこの役割を通じて成長し、自信を深めていく姿を見ることができたのは、とてもうれしいことでした。」
協働ロボットが最初に担当したのは、4個取り金型で成形した熱成形品の複雑なトリミング工程でした。1枚のプラスチックシートから成形された4つの製品を切り離した後、2つずつ治具に固定して加工を行います。
ロボットアームには2台のルーターを搭載しており、1台には標準的なルータービット、もう1台には大型の丸ノコ刃を装着しています。これにより、一次加工と二次加工を1つの工程で効率よく行えるようになりました。
一方で、重量のある2台のルーターを搭載した状態で高い加工精度を維持することは課題でもありました。この課題に対し、協働ロボットをガントリー構造で上部から支持することで、ロボットの各関節にかかる負荷を軽減しながら、高い加工精度を実現しています。
さらに、ルーターにはホームセンターなどで容易に入手できる市販品を採用しているため、導入・交換コストを抑えられるだけでなく、工具トラブルによる生産停止時間の短縮にもつながっています。
協働ロボットを熱成形機と同じ作業セルに設置できることは、Kal Plasticsにとって大きなメリットとなりました。コンサルタントのDan Sproles氏は、このシステムを「理想的なセル生産」と評価しています。
「成形された製品は金型から取り出されると、そのまま粗加工とトリミングまでを同じセル内で完了できます。工程ごとに工場内を搬送したり、一時保管したりする必要がないため、生産リードタイムを短縮できるだけでなく、製品の損傷や作業者の負傷リスクも低減できます。さらに、協働ロボットによるトリミングは手作業の約半分の時間で完了し、高い加工精度と品質のばらつきの少ない安定した加工を実現しています。」
また、広い設置スペースや恒久的な設備、三相480V電源を必要とするCNC加工機とは異なり、ガントリー構造を採用したユニバーサルロボットの協働ロボット「UR10e」と治具テーブルは、一般的な100～110V電源があれば工場内の必要な場所へ容易に移設できます。
この高い柔軟性により、生産レイアウトの変更や工程の見直しにも柔軟に対応できる点が、大きなメリットとなっています。
Dan Sproles, consultant for KAL Plastics創業から50年の企業でも、設立間もない企業でも、協働ロボットは導入しやすい選択肢です。新しいCNC加工機を導入するのは難しくても、協働ロボットであれば十分に導入を検討できます。また、タブレットを使って簡単にプログラミングできるため、専門的な知識がなくても運用を始められます。投資に対する効果を考えれば、協働ロボットは非常に優れた選択肢だと思います。
数千の企業が協働ロボットを活用しています...
