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ホーム > WEBマガジン SHINKAWA Times > メカトロニクス技術講座 > メカトロニクス技術講座 生産性向上の4手法(5)
掲載日:2017年05月10日

3 生産性向上の 4 手法(5)

工程分割とラインバランス 2

前回の結論では「工程分割検討 2」で、工程間の作業時間が大きくアンバランスになっているので、これをうまくバランスさせる必要があることが分かりました。

それには 6 秒の作業をさらに工程分割することです。

まず思いつくのはカシメユニットを 3 台置いて、360° のカシメ作業をそれぞれ 120° づつの部分カシメにすることです。こうするとカシメユニットは 3 分の 1 の 2 秒で作業を終了するので、手作業の 2 秒と同じになり、図 3-6(3)の機械は 2.5 秒のサイクルタイムになるはずです。

 

本講座の最初に、「工場中のすべての作業ユニットをいいユニットにしなければならない」と述べましたが、ここでは 360° 駆動の菊花弁状カシメユニットは、どうも「いい作業ユニット」ではなさそうです。

そこでひと工夫して 120° 駆動の菊花弁状カシメユニットを開発してみます。

例えば、平刃状のカシメツールを高速で上下にハンマーリング駆動し、その一往復ごとに駆動軸を単純に減速モータで回転駆動する図 3-9A の構造では、それぞれ 2 秒ずつで作業を打ち切っても、3 台の作業ユニットのスタート位置がバラついてしまいます。

そこでハンマーリング駆動軸を正確に一定の角度ずつ回転させるためにステッピングモータなどを使うことを工夫してみます。構造的には図 3-9A と同じですが、図 3-10A の場合は駆動軸の回転をステッピングモータで駆動しその制御プログラムを活用します。

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図 3-10A 120° 駆動の菊花弁状カシメユニットの駆動

つまり制御プログラムによってカシメ駆動のステップ角度とステップ数を任意に設定できるものにするのです。

ここでは一台目は 0° から 110° まで、二台目は 120° から 230° まで、三台目は 240° から 350° までの範囲カシメできるものとし、この範囲のハンマーリングをそれぞれ 2 秒で済むようにします。

こうすれば 6 秒の実作業を 3 ステーションに工程分割し、2 秒ずつの実作業にトランスファ 0.5 秒を加えてサイクルタイム 2.5 秒となります。

この場合はカシメ作業だけで 3 ステーション必要なので図 3-6(3)の 6 ステーションの装置が図 3-10B のように 8 ステーションの装置になります。

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図 3-10B 菊花弁状のカシメ機を 3 台にした案

****** 3 台のカシメユニットのステップ回転連動について *****

前回の例をそのまま踏襲して A 部品のカシメられる軸直径を $\phi$7mm とし、その円周 22mm を 36 枚の花弁状カシメとすると、刃厚 0.6mm 程度のツールで 10° ごとにカシメるものとします。

図 3-10A に示すハンマーリング駆動軸のステップ回転駆動は、ツールのハンマーリング動作のたびにステッピングモータで 10° ずつ駆動し、1 号ユニットは 0° から 110° までの 12 回、2 号ユニットは 120° から 230° まで、3 号ユニットは 240° から 350° までを分担してカシメることになります。それぞれのユニットのツールは 12 回目のカシメ完了後、上昇中に 10° 移動して 120° 、240° 、360°  の位置で待機することになります。

この場合各ユニットの動作範囲が正確でなければ花弁状パターンがきれいに揃いません。最初のスタート位置を丁度 120° ごとになるよう正しく設定する必要があります。

動作速度は 2 秒間に 12 回のハンマーリング動作で、12 回終了後はトランスファの 0.5 秒の間に各ツールを原位置に戻すのが常識的です。

しかし、ハンマーリング駆動軸のステップ回転駆動がステッピングモータなどで相互のツールの位置の再現性が保証されていれば、2 回目は 1 号ユニットが 120° から始めて 230° まで、2 号ユニットは 240° から 350° まで、というように、120° ずつシフトしていく方法があります。

更に可能であれば、3 台のカシメユニットのステップ回転駆動をメカニカルな連動機構で連結し 1 個のアクチュエータで駆動すればどこから初めてもいいので制御はさらに容易となります。

もし、図 3-6(4)の機械に取付けて 2.0 秒のサイクルタイムとするには、90° カシメ機にして 4 台用いることになります。

確かにできると思われますが、ロータリテーブルのサイズから変えてかからなければならないようで、かなりコストが増大しそうです。

では、これがベストでしょうか? もう一工夫することはできないでしょうか?

実はここから先は「マルチツーリング」の出番なのです。

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(2-2)マルチツーリングについて

 

前節の工程分割は、各工程で別々のことを行っていましたが、マルチツーリングというのは、同じことを 2 個同時に、3 個同時に、・・・などと、複数の場所で同じ仕事をするための複数のツールを使うことを言います。

例えば多軸ボール盤のように複数本のドリルヘッドで一枚の板に複数の穴あけを同時に行うことを考えると、一本のドリルだけをツールとして順番に穴あけをするより何倍も効率が上がることは当然です。つまり 1 本だけのシングルツールで生産するより複数のマルチツーリングにした方が何倍も生産効率が上がると考えられます。

マルチツーリングの考え方はいろいろな工程で応用されています。

小型プラスティック部品の成型工程では、1 枚の金型がツールですが、直接生産にかかわっているのは金型に彫り込んだ「キャビティ」で、例えば 12 ヵ所のキャビティを持った金型を使えば、一サイクルで 12 個の部品を成型します。つまりキャビティが生産に携わるツールで、これが複数あるのでマルチツーリングなのです。

以前紹介したオルゴールの生産工程では、8 個のキャビティを持った金型で亜鉛ダイキャストによる本体部品(フレーム)を生産しています(図 3-11 参照)。

別の例では、オルゴールの振動板の素材を打ち抜くのに、帯状材料から 2 枚分を向かい合わせに使う様に、組み合わせた外形形状をプレスで打ち抜きます。また振動弁の櫛割加工も向かい合わせの 2 枚分を同時加工します(図 3-12 参照)。

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図 3-11 オルゴールフレームの 8 個取りダイキャスト

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図 3-12 オルゴール振動板の材料取りから櫛割加工まで 2 枚分を同時加工

このマルチツーリングの考え方を花弁状カシメユニットに適用すると、図 3-13 のようにカシメツールを 3 本持たせることになります。

この場合、ハンマーリング駆動軸回転用にはステッピングモータを用いて毎回 120° 駆動すればいいわけで、どこがスタートでも構わないことになります。

更に考えてみれば、ステッピングモータを使わなくても、最初の図 3-9A のように、単純な減速モータを使って 10$rpm$ で駆動しておけば、2 秒で切り上げることで丁度 120° のカシメ動作ができそうです。

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図 3-13 花弁状カシメユニットのマルチツーリング

こう考えてみると、図 3-6(3)の 6 ステーションの装置は、カシメユニットも図 3-9A のままの構成で、ツールを 3 本組に交換するだけで、カシメ作業時間を 2 秒で切り上げれば、サイクルタイム 2.5 秒のシステムとして活用できることになります。

図 3-6(4)の 12 ステーションの装置でも、4 本組のツールを使えばシステムは全く同じままで、作業時間設定を 1.5 秒にすればいいのです。

勿論あまりツールの本数を増やしすぎると、カシメに要する力が増えて、B 部品が割れるようになるかもしれません。カシメ工程の「力」の比較算定は難しいのでカシメられる「面積比」で考えても、4 本ツールの場合は一発カシメの 1/9 なので多分 OK でしょう。

 

「6 秒もかかる作業を工程分割して 2 秒ずつ 3 工程に分けよう」ということから始まりましたが、

ここで使うべき手法は「工程分割」ではなく「マルチツーリング」だったのです。

 

この場合「いい作業ユニット」とは:

【市販の花弁状カシメユニットに、複数のカシメツールを取付けて、短時間で実作業を終了できるように、コントロール方法を修正したユニット】が「いい作業ユニット」だったようです。

生産性向上の 4 手法を駆使するために


 

改めて生産性向上の手法を整理しますと、

 

(1)大きく分けて 高速化 と 併行作業化 の 2 項目に分かれ、

(2)そのそれぞれに 2 項目ずつ

高速化:動作のスピードアップ と 無駄時間の削減

併行作業化:工程分割 と マルチツーリング

 

となることが分かりました(図 3-14)。

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図 3-14 生産性向上の 4 手法

実際には生産システムを構築する上でこれらの手法のうちどれかを使えばいいのではなく、できる限りすべての手法を使うことが重要です。

これらの手法を使うために、必要な「いい作業ユニット」が市販になければこれを「チャンス」と考えることです。

「こうすれば良さそうだけれど、そんなユニットは売っていないから駄目だ!」として諦めてしまえば、競合他社を凌ぐことは出来ません。

上記の 4 手法を実現するための「いい作業ユニット」を開発すれば、競合他社より生産性を増大できるチャンスなのです。

 

次回はいい作業ユニットを開発するための有効な手法「インフォメーション・カム」について解説します。

「生産性向上とメカトロニクス技術講座」バックナンバー

  1. 本講座の目次
  2. 生産設備の構成要素(1)工場はすべて作業ユニットの集合.....
  3. 生産設備の構成要素(2)作業ユニットは W・T・MACS から成り立つ.....
  4. 生産設備の構成要素(3)フィードバック信号をどこから取ったか.....
  5. 巧妙性実現の手段群(1)メカニズムの速度特性の活用と加速度/直進テーブルの往復動作実験.....
  6. 巧妙性実現の手段群(2)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その1).....
  7. 巧妙性実現の手段群(3)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その2).....
  8. 巧妙性実現の手段群(4)メカニズムの速度特性の活用と加速度/加速度特性の改善と効果
  9. 巧妙性実現の手段群(5)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/自動化システムの 80% は.....
  10. 巧妙性実現の手段群(6)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その1).....
  11. 巧妙性実現の手段群(7)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その2).....
  12. 巧妙性実現の手段群(8)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムによる力特性の活用法
  13. 巧妙性実現の手段群(9)MACS の要素群/アクチュエータの各種と分類
  14. 巧妙性実現の手段群(10)MACS の要素群/コントローラとインターフェイス
  15. 巧妙性実現の手段群(11)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その1)
  16. 巧妙性実現の手段群(12)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その2)
  17. 巧妙性実現の手段群(13) センサによる代替特性検出(その1)
  18. 巧妙性実現の手段群(14) センサによる代替特性検出(その2)
  19. 巧妙性実現の手段群(15) 巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その1)
  20. 巧妙性実現の手段群(16) 巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その2)
  21. 巧妙性実現の手段群(17) タイミングチャートからメカニカルカムへ
  22. 巧妙性実現の手段群(18) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その1)
  23. 巧妙性実現の手段群(19) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その2)
  24. 巧妙性実現の手段群(20) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その3)
  25. 巧妙性実現の手段群(21) メカニカルカムの使用目的別分類と機能(その4)
  26. 生産性向上の4手法(1) 高速化と併行作業化/動作のスピードアップ・無駄時間の削減
  27. 生産性向上の4手法(2) 高速化と併行作業化/工程分割(その1)
  28. 生産性向上の4手法(3) 高速化と併行作業化/工程分割(その2)
  29. 生産性向上の4手法(4) 高速化と併行作業化/工程分割(その3)
本コラムに関するご意見、お問い合わせ:t-kikaku@shinkawa.co.jp

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株式会社新興技術研究所 熊谷 卓 による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」は、クリエイティブ・コモンズ

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