日々使用する製品の多くは、小さな部品で構成されています。これらの製品は、機能させるために組み立てが必要です。従来、このプロセスには人手が必要でした。ロボット技術の進歩により、生産ラインの最適化を目指すメーカーにとって、組み立てロボットは選択肢の一つとなっています。

自動化に初めて取り組む製造業者にとって、自動化が適切なタイミングを見極めることは大きな課題です。さらに、製造業者はロボットへの投資から大きな利益を得られる場合が多くあります。この記事では、組立工程の自動化が適切なタイミング、利益を得られる可能性のある場所、そして自動化を始める方法について解説します。

この記事の内容:

• 組立ロボットはどの業界で使用されていますか?
• 組立工程を自動化するタイミング
• どの組立ロボットを使うか決める方法
• コストに関する考慮事項

組立ロボットはどの業界で使用されていますか?

組み立て製品は幅広い業界で使用されています。そのため、組立ロボットは様々な業界で活用されています。これらのロボットは、小型のPCB部品から大型車両フレームの組立まで対応可能です。現在、組立ロボットが活用されている業界の例をいくつかご紹介します。

• 自動車
• 医学
• エレクトロニクス
• 金属会社
• プラスチック会社
• 食品・飲料会社

これらはほんの一例です。部品を組み立てるメーカーであれば、誰でもこの技術を活用できる可能性があります。しかし、自動組み立てによってどのようなメリットが得られるのでしょうか？

組立工程の自動化の利点

企業が組み立てプロセスの自動化を選択する理由はいくつかあります。

• スループットの向上
• 安全性と人間工学
• 再現性の向上

組立工程を自動化するタイミング

自動化プロセスに不慣れな企業にとって、いつ導入するかは難しい問題となる可能性があります。設備投資プロジェクトには常にリスクが伴います。自動化に適したタイミングを理解することで、ロボットプロジェクトに安心して取り組むことができます。企業は、以下のようなシナリオで組立自動化に取り組む傾向があります。

• スループットの向上が必要
• 作業が危険であったり、怪我につながる可能性がある場合
• 間接費を削減する必要がある
• 生産品質の一貫性がない

スループット

ロボットは多くの場合、人間の労働力を容易に凌駕します。組立作業もこのルールの例外ではありません。製品を組立てるメーカーは、達成すべき高いノルマを抱えていることがよくあります。組立ロボットは、生産量を増やすための1つの方法です。メーカーは一般的にボトルネックの問題に直面します。これは、プロセスの特定の部分によってプロセス全体の生産性が低下する状況です。この例として、瓶詰め工場が挙げられます。特定のラインでは、ボトルに充填し、キャップをし、ラベルを貼る必要があります。キャップの工程は手動で行われ、現在は1分間に45個（PPM）しか生産できないとします。しかし、ラインの残りの部分は120 PPMで稼働できる可能性があります。キャップの工程を自動化することで、ラインの潜在能力を最大限に引き出すことができます。これは、施設の収益増加につながります。

安全性

企業が自動化を進める理由の一つは、組み立て作業が怪我につながる可能性があるためです。特に部品が非常に大きい場合や小さい場合、これは顕著です。重い部品は明らかに安全上のリスクを伴います。作業者は大きな部品を動かす際に怪我をする可能性があります。小さな部品も同様に懸念されます。PCB組み立ては、小さな部品の安全上のリスクの好例です。よくある人間工学的な怪我には、以下のようなものがあります。

• 眼精疲労
• 筋肉の緊張
• 煙の吸入
• 衝突

組立ロボットは、これらの作業に伴うオペレーターの負傷リスクを排除します。作業現場での負傷に伴うダウンタイム、医療費、罰金を回避することで、コスト削減につながります。

コスト削減

組立ラインには多くの関連コストがかかります。主なコストは人件費です。国によって変動しますが、常に商品原価の大きな要因となります。原材料費や隠れたコストも存在します。隠れたコストには、トレーニング費用、作業休止による生産性の低下、場合によっては医療費などが含まれます。完全自動化された組立ラインでは、ロボットに給与や福利厚生が不要なため、人件費や隠れたコストが削減されます。これにより、よりスリムで効率的な生産ラインが実現します。多くのメーカーは、こうした人的資本を、自動化が難しい、より生産性が高い作業に再活用しています。

ロボットは初期費用が高く、その寿命を通してある程度のメンテナンス費用がかかります。しかし、理想的なシナリオでは、ロボットプロジェクトは12～18ヶ月で純ROIを達成できます。これは、実績のあるロボットソリューションを備えた標準化された自動化プロジェクトにおいて特に当てはまります。実験的な、あるいは難易度の高い自動化プロジェクトでは、これらのROI目標を達成できないリスクがあります。これらの懸念事項についてインテグレーターと話し合い、リスクを理解することが重要です。

一貫した生産品質

自動化システムは、人間よりも動作の再現性が高いです。プログラミングのおかげで、非常に高いレベルのパフォーマンスを発揮できます。ロボットは一連の指示に従うように設計されています。タスクが予測可能で反復的な場合、ロボットは優れたパフォーマンスを発揮します。この特性により、ロボットはより一貫性のある製品を製造できます。つまり、不良品や品質管理検査に合格しない製品が少なくなるということです。

どの組立ロボットを使うか決める方法

組立作業にはそれぞれ異なるニーズがあります。多くの場合、これらの要件によってロボットの選択が決定されます。幸いなことに、あらゆる種類のロボットが組立作業に対応しています。しかし、すべての組立作業をすべてのロボットで実行できるわけではありません。どのロボットを使用するかを決定する主な要因には、以下のものがあります。

• 組み立ての複雑さ
• ペイロードと到達範囲
• スピード

柔軟性が求められる複雑なアセンブリには、6軸ロボットが最適です。これは、6軸ロボットの優れた可動範囲と難しい角度への到達能力によるものです。協働ロボットは、人の近くに配置できる6軸ロボットの一例です。

高い可搬重量やリーチの長いアプリケーションは、多くのロボットタイプにとって難しい場合が多いです。デルタ型やスカラ型といった派生型は、小型でパワーも低いロボットであることが多いため、小規模なアプリケーションに適しています。タスクを完了するために必要な可搬重量とリーチを理解することは非常に重要です。ここでのミスは大きな損失につながります。

タスクを完了するために必要な速度も重要な要素です。すべてのロボットは高速動作が可能です。一部のロボットタイプは、確かに速度のカテゴリーで上位に位置しています。デルタロボットはその好例です。その構造により、最高速度を達成できます。また、方向転換への応答性も非常に優れています。これらは、低荷重で高速なアプリケーションに最適です。非常に高速なアプリケーションには、協働ロボットは適していません。協働ロボットは通常、安全上の理由から速度制限があります。

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コストに関する考慮事項

最後に、価格が適切かどうかを判断する必要があります。組立ロボットシステムのコストは、1万ドル台から10万ドルを超えるものまで、幅広く変動します。主な要因としては、以下のようなものが挙げられます。

• プロジェクトの複雑さ
• ロボットの種類、ブランド、サイズ
• 安全要件

プロジェクトが複雑になればなるほど、コストは必然的に高くなります。複数のロボット、ビジョンシステム、あるいは既存設備との統合が必要になる場合もあります。つまり、システム統合にはより多くのハードウェアと労力が必要になります。コストの範囲はブランドによって異なります。ロボットの種類によってコストはさらに大きく異なります。さらに、ロボットのサイズが大きくなるにつれてコストも増大します。大規模な組み立て作業には、より大きく高価な設備が必要になります。コストを見積もる際に、追加の安全装置が考慮されないことがよくあります。ロボットは人間にとって危険な場合があります。これらの危険からオペレーターを守るために、安全装置を使用する必要があります。安全コストには、次のようなものが含まれます。

• 安全ケージ
• ライトカーテン
• 安全スキャナー
• 安全リレーとインターロック
• 専用安全PLC