IoT/インダストリー4.0が与えるインパクト

第30回「IoTが雇用に与える影響;三菱電機の事例」

岩本 晃一 上席研究員

三菱電機はモノづくりの現場におけるFA(ファクトリーオートメーション)技術とIT技術を活用したTCO(Total Cost of Ownership: 総所有コスト)の削減と、顧客の改善活動を継続して支援する「e-F@ctory」コンセプトを推進している。その中核工場となるのが同社のファクトリ-・オートメーション事業の製品開発・生産拠点である名古屋製作所(従業員2500名、関連会社含めて約7000名)である。

e-F@ctoryコンセプトは2003年の同工場サーボモータ生産ラインへの導入を開始して以来、その中身を年々進化させている。また同社外のお客様にも提案しており、現在、全世界約130社、5200件の導入実績を有する。また同社が主催するパートナープログラムである「e-F@ctory Alliance」には約300社が参加している。最近では、日本・欧州・米国に続き、2015年12月に「中国版e-F@ctory Alliance」を発足させ、約60社が参加している(図1)。

図1:三菱電機「e-F@ctory」のコンセプト・アーキテクチャ
図1:三菱電機「e-F@ctory」のコンセプト・アーキテクチャ
出典)三菱電機より資料提供

その名古屋製作所の分工場として、岐阜県可児市の可児工業団地内に可児工場がある(従業員数約360人)。同工場は、1979年に設立され、「電磁開閉器」が生産されている(図2)。2012年に、モデルチェンジした新しい電磁開閉器の生産開始を契機に、約20年間使用していた旧生産ラインを一新し、「ロボット組立セル」を導入して生産を開始した。「ロボット組立セル」には、同社のe-F@ctoryコンセプトが導入され、生産過程の「見える化」が実現されている。

図2:可児工場で生産されている電磁開閉器
図2:可児工場で生産されている電磁開閉器
出典)三菱電機より資料提供

「ロボット組立セル」では、従来の全自動一貫ラインから、人と設備を協働させたセルラインに変更。サイクルタイムは、全自動一貫ライン5秒に対し,ロボット組立セルは15秒と3倍だが、ロボット組立セル3台設置しても、面積は3/4で済み、又、稼働率が1.6倍、生産性(台/人時)が1.3倍となり、面積生産性が2.8倍となった。

同工場において、同社の尼崎新一役員技監、金谷隆史可児工場長等にインタビューしたところ、以下の通り。

1 名古屋製作所について

三菱電機は1921年に三菱造船(現:三菱重工)から分離、1924年に三菱電機として初の自前の工場である名古屋製作所が設立、モートル(モータ)の量産を開始した。分工場が2つあり1979年に岐阜県可児市に可児工場を設立し、1933年に名古屋製作所にて生産開始した電磁開閉器の生産を移管。もう1つの分工場である愛知県新城市の新城工場では三相モータを生産している。

海外では、中国に2カ所、タイ、インドに各1カ所の生産拠点がある。名古屋製作所では設備自動化のためのFA機器を開発・生産しており、製品群は大きく4つに分かれる。第1はコントローラ機器、第2は駆動制御機器、第3はメカトロニクス製品、第四は配電制御機器である。前出の電磁開閉器は、配電制御機器に属する。

同社では、自社工場にe-F@ctoryコンセプトを導入している。その中でお客様に「e-F@ctoryコンセプト」として視察可能な生産ラインを有しており、シーケンサ生産ライン、サーボモータ生産ライン、新城工場のシャフト加工ライン、そして可児工場の電磁開閉器の生産ラインの4カ所である。

2 可児工場について

可児工業団地47社のうちの1社である。第1工場は1979年に設立、第2工場は2007年に設立、主に電磁開閉器を生産している。2004年には累計生産で1億台を突破した。2012年に製品をフルモデルチェンジし、それに併せて生産設備も一新し、「ロボット組立セル」を開発・導入した。新製品の特徴は、小型化、標準化(コイル定格の標準範囲拡大、安全性(端子カバーの標準化等)、配線性向上、国際化(主要国際規格対応)である。鉄心、コイル、接点の3つのキーパーツは内製化して1階で生産し、協力工場からの納入部品と併せて2階で組み立てている。

2階での組立工程は、3種類の方式を使い分けている。第1が、自動組立であり、5万台/月以上のもの、第2が、人が手で組み立てるもので、1万台/月未満のもの、第3がその中間で半分を人間が、半分を機械が組み立てるもので、LCA (Low Cost Automation)と呼んでいる。滅多に出ないものを自動化しても採算が合わないため、人間が組み立てている(図3)。

図3:可児工場全景
図3:可児工場全景
出典)三菱電機より資料提供

3 「ロボット組立セル」について

まず開発の背景について説明したい。80〜90年代、生産性向上といえば、主流は、自動化・無人化であった。「単一機種・大量生産」の場合は、全自動一貫ラインの方が、工費が安くなり、品質が安定化するというメリットがあったが、設備設置に広い面積を要し、変種変量生産への対応は困難であった。さらに稼動年数が増えるごとに「ちょこっと」設備が停止する「チョコ停」が増え、稼働率が上がらなかった。これに対し、90年代半ばから変種変量生産に追従できる「人セル」がもてはやされた。メリットとデメリットは、全自動一貫ラインと丁度逆になる。

今回、製品をモデルチェンジするに当たり、両者のいいとこ取りをしたのが、「ロボット組立セル」である。旧来の全自動一貫生産ラインは、面積が35m×8m、U字型の70m弱のラインだった。前半はパレットに部品を供給してその上で組み立て、後半はコンベア搬送の構成で、工程数が多いためチョコ停の発生により稼働率を上げるのに苦労した。特にネジ締め工程での停止が多かった。オペレータのスキルも必要で、育成に1年を要していた。

部品供給エリアが広く、部品交換などの段取り替えに時間がかかるため、それも稼働率が上がらない要因の1つだった。

そこで、新しいラインを作るときに掲げたコンセプトは、高稼働率、省スペース、高品質の3点である。旧来の全自動一貫ラインは無人化を目指していたが、今回は「人と機械の融合」を目指し、作業者が1人付く事を前提にした。

具体的には、(1)工程を集約化し、工法改善することで、ラインの停止を防ぐこと。特にビジョンセンサーや力覚センサーを多用した。(2)人と設備の融合。どの作業を人にやってもらうと生産性が上がるか、入念に検討した。(3)ロボットを活用して品質を向上させる。(4)e-F@ctoryコンセプトを導入して情報を一元管理する。

ロボット組立セルは6設備から成り立っている。作業者が部品を投入すると、完成品となって作業者の手元に戻ってくる。最後に作業者が目視検査を実施し出荷している。当初、目視検査も自動化できないか検討したが、今の技術では人のほうが優れているため見送った。

従来の生産ラインには1ラインあたり作業員が3人いたがロボット組立セルでは、作業者は1名で、目視検査に加え、生産ラインの操作も行う。

サイクルタイムは人間の作業も考慮して決定した。サイクルタイムを3倍に設定したので、セルを3基作ることを考えていたが、稼働率が1.6倍にあがったので、2基で間に合った(表1)。

表1:従来の生産ラインとロボット組立セルの比較
ロボット組立セル
2セル
従来の生産ライン
1ライン
生産台数/セル 1/3 1
稼働率 1.6 1
生産台数 1.07 1

従来の生産ラインでは、チョコ停の原因は、部品供給部分や、「ねじ締め」工程などでの発生が多かった。

チョコ停で1カ所止まれば全体のラインが止まる。だがロボット組立セルでは、1カ所止まっても、別の工程は動き続けるので、稼働率は下がらない。しかも、セルごとに異なる種類を生産できるので段取り替えが削減できる。従来の生産ラインが1本だと、生産する製品が替わるたびにライン全体の段取り替えが必要だった。

稼働率向上の事例としては、部品供給部分においてカメラで部品を確認しロボットが部品を取りに行くダイレクト部品供給を実施。また、「ねじ締め工程」のチョコ停に対しては、自社のサーボモータとトルクセンサーを組み合わせたサーボドライバを開発した。独自のアルゴリズムを開発し、リトライ機能を設けチョコ停はほぼ解消できた。残念ながら、部品供給の一部ではまだチョコ停が発生しているが改善作業中。 人間の作業は、大物部品の供給と段取り替えが必要な部品の供給の2つを担ってもらう。

製品の品質検査工程では同社の研究所とタイアップして開発した新たな測定方式に変更し、設備の劇的な省スペース化を達成した。

また産業用ロボットには力覚センサーを採用し、従来は判定が難しかった工程の合否判定が可能になっている。

品質管理についても、従来は作業者が紙に記録していたため、回数は把握できても根本原因分析までには時間を要していた。

e-F@ctoryコンセプトを用いたロボット組立セルでは全てリアルタイムで監視を行える。このため、従来のラインでは時間がかかっていた稼働率改善活動も短い期間で改善サイクルを回す事ができ、稼働率を早期に向上させる事が出来た。

また、消耗品は、従来現場の判断で交換していたが、ロボット組立セルでは全てデータ管理しており、寿命把握が可能になった。

電力量の情報も収集しており、今後省エネと稼働率の最適化等の改善に活用していく予定。

さらに、作業員の習熟に要する時間もかなり短くなった。従来は装置からの情報が少なく、異常発生時は作業者が設備を見て状態を判断する必要があったが、今はグラフィカルインターフェイスを活用し、異常内容・確認ポイント等の情報を装置側から発信するので、作業員が状況を判断し、対策を考えないといけないような事が激減した。このため、不慣れな作業員でも復旧にかかる時間が劇的に短縮され、EASY TO MAKE を実現している。

従来はラインオペレータの育成に1年を要していたが、ロボット組立セルでは基本作業は2週間で習得可能である。チョコ停の復旧などの装置の操作を含めても1カ月で独り立ちできるため、教育コストを大幅に削減することが可能となった。

4 雇用環境について

これまでの全自動一貫ラインでの生産は徐々にロボット組立セル生産方式に移行中であるが、セル生産の生産性向上が想定以上に早かったので、現在、中核メンバーの2名を抜いて設備投資計画関係に配置転換し、自然減の2名と合わせて合計4名減となった。代わりに保守要員は2名増えた。

生産技術エンジニアは、同名古屋製作所本体が持つ生産システム推進部からの支援、保守も可児工場だけの専属ではないため実質増員はない。

e-F@ctoryコンセプト導入により取扱いデータ量が増えたので、対応負荷が増えたが、システムエンジニアを増やすほどではなかった。

名古屋製作所が管轄する中国工場では、中国国内向けの特定機種を作っているため、ロボット組立セルの導入の計画はまだないが、中国市場のニーズも多種多様に変化しており、今後検討の可能性の1つである。

可児工場の生産量は規模計画からの大きな変動はないため、計画性を持った人員投入が可能である。よって季節工でなく通年雇用をしている。

ロボット組立セル含めて、引き続き手作業の部分は残さざるを得ないと思っている。1カ月に数台しか生産しないものは、投資対効果の観点から自動化は不要。だが、人が組立をするもの、たとえば「ねじ締め」だけは自動化するといった一部を設備が担うような工程は増やしていこうと思っている。

ロボット組立セル導入時における作業者への教育は、可児工場で生産活動に従事するための基礎的な安全・品質に関しては最低限実施している前提で考えると、担当生産ラインが変わるだけなので、スムーズに移行できた。

可児工場には正社員や期間社員等さまざまな人がいるが、入社時に基本的な教育は受けている。実際、生産ラインで仕事を開始しても、班長やラインリーダーから都度直接教育を受けている。多能工化も進めている。そうした対応は従来から進めている。

5 e-F@ctoryコンセプト導入の効果

e-F@ctoryコンセプトの導入により、生産ラインの見える化が進んだため、改善点を発見し、対策を実施して、その結果を把握する、と言うサイクルを短時間で回せるようになった事が大きな効果である。

また、従来の人手で集計していた頃には難しかったが、e-F@ctoryコンセプトを活用すれば、停止回数だけでなく停止時間も簡単に把握できる。今までは、停止要因と回数だけが着眼点だったが、いまは1つの停止でも復旧に時間がかかっているのか、それともすぐ復旧できたのか、リアルタイムで集計できるので、稼働率を向上させるには何が最適か、総合的に判断ができるようになった。

一方で、e-F@ctoryコンセプト導入で得られたデータを使えば、改善すべきポイントの見える化は可能だが、データを基に具体的にどのような改善をするか、を考えるのは、人の経験が必要な部分であり現場力は重要な要素である。

ゆくゆくはAIということもあるかもしれないが、いまは現場が頑張らないと、データを活かしていることにはならない。

2016年11月2日掲載

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