日常生活で使う多くの製品は、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、この工程は人間の労働力によって行われていました。しかし、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、組み立てロボットが有効な選択肢となっています。

自動化に不慣れな製造業者にとっての課題は、いつ自動化するのが適切なのかを理解することです。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可能性も十分にあります。この記事では、組立工程を自動化する適切なタイミング、収益が見込める分野、そして導入方法について解説します。

この記事では：

• 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用するかを決定する方法
• 費用に関する考慮事項

組立ロボットはどの業界で使用されていますか？

組立製品は幅広い産業分野で利用されています。そのため、組立ロボットは様々な産業で活用されています。これらのロボットは、小型のプリント基板部品から大型の車両フレームまで、あらゆる部品の組立に対応できます。現在、組立ロボットが活用されている産業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に過ぎません。部品を組み立てる製造業者であれば、どのメーカーでもこの技術を利用できる可能性があります。では、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？

組立工程を自動化するメリット

企業が組み立て工程を自動化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、いつ自動化すべきかという問題は難しい課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。自動化の適切なタイミングを理解することで、ロボットプロジェクトに取り組む際の安心感を高めることができます。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。

• それらはスループットの向上を必要とする
• その作業は危険を伴うか、怪我につながる可能性がある。
• 彼らは間接費を削減する必要がある
• 生産品質にばらつきが生じている。

スループット

ロボットは人間の労働力を容易に凌駕することがよくあります。組み立て作業も例外ではありません。製品を組み立てる製造業者は、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。組み立てロボットは、生産量を増やすための一つの方法です。製造業者は、ボトルネックの問題によく直面します。これは、プロセスの特定の部分がプロセス全体の生産性を低下させる状況です。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、キャップ、ラベル貼付を行う必要があります。キャップ付けの工程が手作業で、現在1分間に45個しか処理できないとします。しかし、ラインの残りの部分は、1分間に120個の処理能力を発揮できる可能性があります。キャップ付けの工程を自動化することで、ラインの潜在能力を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からです。これは特に、部品が非常に大きい場合や小さい場合に顕著です。重い部品は明らかな安全上のリスクをもたらします。作業員は大きな部品を移動する際に怪我をする可能性があります。小さな部品も懸念事項です。プリント基板の組み立ては、小さな部品の安全上のリスクを示す良い例です。一般的な人間工学的傷害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

組立ロボットを導入することで、これらの作業に伴う作業員の負傷リスクを排除できます。作業現場での負傷によるダウンタイム、医療費、罰金などを回避することで、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発生します。主なコストは人件費です。国によって変動しますが、常に製品コストの大きな要因となります。原材料費のほか、隠れたコストも存在します。隠れたコストには、研修費、作業中断による生産性低下、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費が不要なため、人件費と隠れたコストが削減されます。これにより、より効率的で無駄のない生産ラインが実現します。多くの製造業者は、この人的資本を、自動化が難しい作業に再配置し、より生産性の高い業務に活用しています。

ロボットは初期費用が高く、耐用期間を通じて一定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ヶ月で投資回収（ROI）を達成できます。これは特に、実績のあるロボットソリューションを用いた標準化された自動化プロジェクトにおいて顕著です。実験的なプロジェクトや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。リスクを理解するためにも、これらの懸念事項についてインテグレーターと話し合うことが重要です。

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。プログラミングによって高いレベルのパフォーマンスを実現できるのだ。ロボットは一連の指示に従うように設計されている。作業が予測可能で反復的な場合、ロボットは優れた性能を発揮する。この特性により、より一貫性のある製品を生産できる。つまり、故障が少なくなり、品質管理検査に合格しない製品も少なくなる。

どの組立ロボットを使用するかを決定する方法

組み立て作業の種類によって必要な作業は異なります。これらの要件によって、どのロボットを選択するかが決まることがよくあります。幸いなことに、あらゆる種類のロボットが組み立て作業を行うことができます。しかし、すべての組み立て作業をすべてのロボットが実行できるわけではありません。どのロボットを使用すべきかを決定する主な要因は次のとおりです。

• アセンブリの複雑さ
• ペイロードと到達距離
• スピード

柔軟性が求められる複雑な組立作業には、6軸ロボットが最適です。これは、6軸ロボットが優れた可動範囲と、難しい角度にも対応できる能力を備えているためです。協働ロボットは、人の近くで使用できる6軸ロボットの一例です。

高負荷や長距離作業は、ほとんどのロボットにとって困難な場合が多い。デルタ型やスカラ型といったロボットは、小型で出力も低いため、小規模な用途に適している。作業に必要な負荷と到達距離を把握することが極めて重要であり、ここでミスを犯すと大きな損失につながる。

作業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が、速度の面では特に優れたロボットも存在します。デルタロボットはその好例です。その構造上、最高速度を実現できます。また、方向転換への応答性も非常に高いです。低負荷・高速動作が求められる用途に最適です。一方、協働ロボットは高速動作が求められる用途には不向きです。安全上の理由から、通常は速度制限が設けられています。

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費用に関する考慮事項

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、10,000米ドルから100,000米ドルをはるかに超えるものまで、大きく変動します。主な要因は以下のとおりです。

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

より複雑なプロジェクトは常にコストが高くなります。複数のロボット、ビジョンシステム、または既存の機器との統合が必要になる場合があります。これは、システムを統合するためのハードウェアと人員が増えることを意味します。コストの範囲はブランドによって異なり、ロボットの種類によっても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加します。大規模な組み立て作業には、より大きく高価な機器が必要です。追加の安全装置は、コストの見積もり時に見落とされがちです。ロボットは人間にとって危険な場合があります。オペレーターをこれらの危険から保護するために、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
• 薄手のカーテン
• 安全スキャナー
• 安全リレーおよびインターロック
• 専用の安全PLC