加工モニタリングは製造業に付加価値をもたらします

データを収集し、それを活用して改善することは付加価値を生む手段として長年にわたり多くの産業分野で認識されており、この技術はプロセス/加工モニタリングの観点から製造業界で十分に確立されています。しかし、コネクティビティやデータの可視化・他のユーザーとの共有により、このテクノロジーは新たなレベルへと高められます。

金属加工で用いられる個々の機械を監視することは以前から可能でしたが、次の段階は加工プロセスで何が起こっているかを正確に把握し、関係者と共有することです。現在は、工作機械の「音」に耳を傾けてデータを収集・解釈し、例えば切削工具の摩耗やプロセスが速すぎる・遅すぎる、あるいは期待から逸脱しているかどうかを可視化し、そのデータを機械へ直接送り返すことができます。このようにしてエラーを検出するだけでなく即座に修正を行い、最適な効率が達成されるまで加工プロセスを繰り返し改善できます。

これまでのサイロベースのアプローチでは、単一のプロセスモニタリングシステムがスタンドアロンの機械専用で、接続性がなく必要に応じたアップグレードも不可能でした。しかし、サンドビック・コロマントは機械の接続が不可欠であり、加工モニタリングが工作機械との相互作用において極めて重要だと考えています。機械が接続されていれば、アルゴリズムやソフトウェアのアップデートをクラウドや社内ネットワーク経由で導入でき、アップグレードをシームレスに配信できます。

このレベルのコネクティビティ、データ共有機能、そして加工モニタリングへのスケーラブルなアプローチにより、製造業者は多くの課題に対する解決策を手に入れます。例えば、予期せぬ衝突による計画外ダウンタイムの削減、工具の過負荷や破損を監視してツーリングおよび修理コストを最小化すること、工具欠品による機械の遊休時間を短縮することなどです。同時に、ユーザーは生産性を大幅に向上させ、一貫した部品品質を実現するとともに、工具のセットアップ限界をより正確に設定できるようになります。これらの機能は切削工具および工作機械の将来のユーザーにメリットをもたらし、従来のプロセスモニタリングに付加価値を与えます。

多様な技術と異なる製造システム

プロセス/加工モニタリングで生産性・安全性・品質を向上させるには、ユーザーは加工プロセスの様々な側面を監視し、複数のシステムに接続するために幅広い技術を活用する必要があります。これには各種ネットワーク機器、クラウド、複数のソフトウェアなどが含まれます。このような高いレベルの加工コネクティビティを実現するには、接続の完全な標準化（現実にはまだ先の話ですが）か、相当なレベルの統合が求められます。

切削工具とツーリングシステムのスペシャリストであるサンドビック・コロマントは、完全にエラーのない生産工程が実現可能かどうかにかかわらず、この分野の限界を押し広げてきました。そして、加工モニタリングとデータの有効活用により製造業者が競争力を獲得できるようなシステムとソリューションを開発してきています。特に切削工具の限界やサイクル限界の設定・監視に関しては、サンドビック・コロマントは豊富な経験を有しており、それが加工モニタリングプロセスに付加価値をもたらし、ユーザーが自ら限界を設定する必要を排除します。

競争の激しい製造業界での主要な差別化要因は、製造中の誤警報が最も少なく、かつ最も正確で迅速な応答を示せることです。理由もなく加工プロセスを停止させることは莫大なコストを伴い、かつては機械が生成する信号を解釈するアルゴリズムがなかったため、金属加工ではよくある課題でした。信号を収集してミリ秒単位で解釈するには高度な能力が必要で、従来はユーザーがそれを担っていました。しかしながら、そのような専門知識は工程監視を次のレベルに引き上げる力を持つ一方で、限界を理解するには数十年にわたる知見が必要です。

リアルタイムのモニタリングと持続可能性

加工モニタリングの付加価値の一つは、工具を最大限に活用できることであり、その結果として部品の品質向上やリードタイム短縮につながります。また重要なメリットとして、エネルギー消費を削減し環境的に持続可能な技術となる点が挙げられます。これにより、ユーザーの手でより適切に制御でき、コスト削減にもつながります。

高いレベルの制御がなければ、ユーザーは加工プロセスでエネルギーや資源を浪費する様々な障害に悩まされがちです。これには誤った工具オフセット、誤ったワークオフセット、不適切な工具交換位置などが含まれます。その他の問題としては、ワークのクランプ不良、ワークの向きの誤り、プログラム選択の誤り、工具破損の未検出、工具設定の不適切さなどが考えられます。これらのいずれかを解消するだけでも生産性は向上しますが、これらすべてを解決できれば効率は飛躍的に改善するでしょう。

同様に、継続的な工程管理により、加工の安全性不足、部品品質の低下、工具の未活用といった問題は解消されます。加工モニタリングシステムは、工具が存在するだけでなく破損していないこと、プロセスが正しいパラメータ内で実行されていることを確認します。必要に応じて是正措置を取ったり、摩耗や破損を防ぐための警告を送ったり、工具が破損または欠品している場合には加工プロセスを停止します。これにより廃棄も減少し、材料が高価な航空宇宙産業などでは特に重要です。

機械レベルの強力なプロセスモニタリングデータを活用することで、ユーザーは衝突を予測して回避し、メンテナンス管理を改善して工作機械部品の寿命を延ばせます。同様に、部品レベルでのモニタリングは製造される部品の品質を安定させ、工具レベルのモニタリングは工具稼働率の向上、部品当たりコストのより精度の高い予測、適切な工具在庫レベルの維持、機械稼働率の大幅な向上を実現します。

結論

金属加工において、加工の不安定さ、部品品質の低さ、工具の未活用といった状況は徐々に解消されつつあります。管理が欠如すればコストは増大しますが、加工モニタリングによる継続的な工程管理は効率を高め、結果としてコスト削減につながります。さらに、工具レベルのモニタリングにより最適な工具利用率、正確な工具在庫レベル、部品コストのより正確な予測、そして機械稼働率の向上が得られます。

加工プロセスモニタリングに対するサンドビック・コロマントのアプローチでは、予定外の機械停止を解消することで機械稼働率を85%まで高めることを目標としています。同時に、サンドビック・コロマントの機械学習プロセスでは切りくず除去効率が95%に達する可能性があり、従来の製造での80%と比較して大幅な改善が見込まれます。

多くの製造工程と同様に、機械加工にも不安定化の主な要因があります。しかし、加工プロセスのモニタリングは環境で何が起きているかを「聞き取り」、すべてが想定通りに進んでいるかを確認し、逸脱があれば修正することでこれらの問題に対抗します。

不安定性を限りなく最小化することで、加工プロセスのモニタリングは製造業における大きな変革のきっかけになり得ます。