今回は工場の自動化についてお話していきます。
工場の自動化を考える
設備系生産技術職から見た工場の自動化について理解できる。
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みなさんこんにちは。工場系プログラマーのホッピーです。
私は生産技術というちょっと特殊で、でもモノづくりには欠かせない仕事をしています。
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私のしごと今回は工場の自動化について、肌で感じている経験上のお話を一つ。
工場の自動化ですが、基本はどんな工場でも多かれ少なかれ自動化はしているかと思います。
この自動化、「何となく時代の流れだからちょっとやってみるか。」
では作業者も工場サイドもあまりハッピーにはなれないんです。
詳しくは↓のほうでご説明しますね。
自動化させる目的は何なのか
なんでも何かを始めるときは目的が明確でないと行動できませんよね？
代表的な例として以下のリストでご説明します。
- 自動化の目的
- 組み立て作業の一部
- 製品の検査
- 製品の調整
組み立て作業の一部
一番最初に思いつくのはこちらではないでしょうか？
まずは「人の代わりを自動機に」やってもらい、人が楽ができるように。
という流れですね。
製品の検査
こちらの検査ですが、少々高度にはなりますが、自動化可能なジャンルです。
いままで目視で行っていた製品の検査を自動機で行う。
というイメージですね。
製品の調整
こちらは、主に製品の性能に影響するところですので重要なところです。
いままでは職人のような工員の方に任せていたが、その方がもう定年でどうしよう…
というときなどに上がってくる目的ではないでしょうか？
または、人が入っていけないような環境での調整であったり、人がやるまでもない
単純な調整なども含まれるかと思います。
自動化したことによるメリット
自動化のメリットについてご説明します。
代表的な例として以下のリストを解説いたします。
パッと見て納得いただけるものが多いかなと思っています。
- 自動化のメリット
- その工程を行うはずだった工員の人件費削減
- 工員の人手不足の解決
- 人による曖昧さの排除
- 新規技術の習得
その工程を行うはずだった工員の人件費削減
人件費の削減ですね。
自動機は基本的には、稼働中は電気代くらいしかかかりませんから、
人件費と比べると圧倒的にコストが低いです。
工員の人手不足の解決
こちらは日本のみならず、海外の工場でも起きていることなのですが、
工場に勤める人が減っています。原因としては、
そもそも労働人口が減っているためです。
また、工場勤務以外でも多様な働き方によって収入を得られるようになっているから。
この2点によって工場の人手が段々と減っています。
こんな時代の流れでも生き残るためには、工員の数が少ないから、
“仕事の量を減らそう”ではなく、”同じ仕事量を少人数でこなそう”。
にしないといけないのは想像できるかと思います。
人による曖昧さの排除
こちらはとても重要なメリットです。
自動化した場合には、ロボットが判定したり、動作したりしますが、
人の精度とは比べ物にならないです。
現実味はないですが、製品を20mm左にずらす工程があったとします。
人が20mmずらすとすると、人によりますが、誤差としては±1mmくらいの誤差でしょうか。
しかし、ある程度の性能のロボットであれば、±0.001mm(1μm)の誤差で移動できます。
また、この正確さは必ず毎回同じです。(※細かいことを言うと極わずかにはずれます)
人がやった場合、気分であったり、眠かったり疲れていると20mmではなく、25mmくらいで
5mmくらいオーバーランしてしまうかもしれません。
そういったことはロボットでは起きません。
また、ロボットに判定させるときもロボットは入力された情報から、正確に判定を出力しますので、
人間の曖昧さが排除できることができます。
新規技術の習得
世の中は常に新規技術が生み出されているのはご存じですよね。
この新規技術は、世の中を便利にするために開発されているものが多いです。
このツールを使いこなせるかどうかで将来が決まります。
今までこれ(人の手)でできていたから、これからもそれでいく。
というのは非常に危険!!。
自動化という時代の流れで知識を得ることにより、常に新しい技術を吸収するようになるので、
こちらもメリットの一つとして入れておきました。
自動化したことによるデメリット
ここまでメリットのお話をしてきましたが、デメリットについてもお話しておきます。
- 導入するのに初期投資が必要
- 手探りのスタートの場合、実現するまでに時間がかかる
- 人の手であればすぐにできるのに…といった意見を排除しないといけない
導入するのに初期投資が必要
お金のお話ですね。どうしても初期投資と聞くと尻込みします…
ただ、この初期投資をすることによって、用途によってはあっという間にペイ可能です。
手探りのスタートの場合、実現するまでに時間がかかる
まだ自動化について何もしたことがない場合、さらに装置についての知識やプログラミングの知識もない場合、長期戦になることが予想されます。
一度できてしまえば、リピートで自動機を複製することも可能なので最初だけ頑張れば何とかなります。
人の手であればすぐにできるのに…といった意見を排除しないといけない
これは装置のソフトをやっていて思うことで、指示を出す人に必ず覚えていただきたい…
新しいことをやるときに時間制限を設けるのは、生産性を高めるという意味で有用ですが、
人が行う作業をロボットに置き換えるのは非常に難しい。
また、単純作業であればあるほどロボットのほうがスピードという点では不利になることが多いです。
例えば、先ほどの20mm左に製品をずらすという工程で説明すると、
20mm±0.01mmの精度でずらす。といった高度な作業であればロボットの正確性で有利ですが、
20mm±10mmの精度でずらす。という場合どうでしょうか？
これくらいの精度であれば人でも問題なく行えそうですよね？
すると、ロボットは指令が出てから動き始めるまでの加減速などのパラメータによっては、
ロボットのほうが時間がかかって不利になります。
ですから、はじめは簡単な作業の置き換えを検討すると思いますが、
それは不利な条件なんだということをしっかり理解してください。
何を重視して自動化したいか
ここからは、具体的な方法についてご紹介します。
簡単な説明だけにして、詳細や導入方法などは今後記事にする予定です。
- プログラミングなしで自動化したい
- できるだけ開発にお金をかけたくない
- 電気的な知識だけでやりたい
プログラミングなしで自動化したい
実はプログラミングを用いないで自動化することも可能です。
それは、簡単に言うと完成されたセットを購入して思い通りに設定する方法です。
例えば、IAIさんや、KEYENCEさんのホームページに行くとコントローラとステージの紹介が
所せましと書いてあります。
これらは、もちろん外部PCから制御する前提のものもありますが、コントローラに設定を書きこんで、それだけで動かすことも可能です。
イメージとしては、思い通り動くように専用のコントローラに設定してそれを現場で実際に動かす。
という感じです。各社専用のPC用ソフトが用意されているのでそれに従って動きを設定していきます。
この作業に小難しいプログラミングの知識は必要ありませんし、担当の技術営業の方に相談すれば親身に教えていただけます。
できるだけ開発にお金をかけたくない
開発にかける時間はあってもお金がない場合。そういう場合はLinux&Pythonがオススメです。
聞きなれないワードかもしれませんが、Linuxは、OSつまりWindowsやMacのようなパソコンの大元を制御しているソフトです。
じつはWindowsもMacもOSはライセンスが必要で、そのライセンスには費用が必要なため、
普段何気なく触っているWindows搭載のPCにももちろんOSの代金が含まれた値段で売られています。
Linuxはというと、実はOS代金は0円です。
WindowsやMacほど使いやすいかといわれるとビミョウですが、ちょっと使う分には問題ないんです実は。
LinuxOSが搭載されているPCはあまり家電量販店で取り扱っていることが少ないので、
購入はネットがオススメ!
Linux搭載で有名どころというとラズベリーパイなどがあります。
↓のようなテレビのリモコンを分厚くしたくらいの大きさで立派なPCです。
機能を確認してもらえればわかりますが、実はネットサーフィンするくらいであれば全く問題ない程度のスペック。
これが1万円程度で購入できるというのは破格です。
ちなみに私が実際に買って勉強に使用したのが↓の本です。
初心者の方でもアレルギーなく参考にできるかと思います。
こちらのラズベリーパイ、モデルが古いものから新しいもの、機能が省略されているVer.や
メモリが多きものを積んでいるものや少ないものなど多様なバリエーションが存在します。
パソコン自体そんなに得意ではない。という方はまずは最高スペックの4bがオススメ!
最高スペックと言っても1万円程度で超格安ですが….
こちらのラズベリーパイと相性がいいのがPythonというプログラミング言語。
こちらのPythonもなんと始めるのにお金は一切必要ありません。
また、こちらの言語は全くプログラミング言語に触れてこなかった方でもある程度分かりやすい
という評判です。
まずはこのセットでプログラミングの勉強＆実践を行うことで初期投資を抑えて自動化ができます。
電気的な知識だけでやりたい
いまでも根強い人気というか支持があるのが、電気的な回路によって動きを制御する方法です。
具体的には、プログラマブルリレーと呼ばれるコントローラとリレーが一体化したようなボックスにラダーという言語?で命令を記述していきます。
電気関係の知識がある場合にはすでにこのラダーによる制御は使用しているかもしれません。
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