加工を成功させるための逆転の発想
製造業では、様々な加工プロセスを用いて、膨大な種類の被削材から無限に近い種類の部品を生産しています。しかし、その方法や成果は千差万別であるにもかかわらず、「一定品質の部品を、一定時間、一定コストで、一定数生産する」という共通の目標があります。はじめに
製造業では、様々な加工プロセスを用いて、膨大な種類の被削材から無限に近い種類の部品を生産しています。しかし、その方法や成果は千差万別ですが、「一定品質の部品を、一定時間、一定コストで、一定数生産する」という目標は共通しています。
多くのメーカーは、採算の取れる高品質な部品加工を実現するために、工具の選択・適用から始まり、問題を解決していくマイクロスケールの道を歩んでいる。しかし、現在の研究では、その逆のアプローチとして、加工プロセス全体の3つの主要な構成要素または側面に焦点を当てることが提案されています。
メーカーは、まず加工プロセス全体を検証し、メーカーの目標に対する重大な障害となる不良品や予期せぬダウンタイムを排除することに重点を置くべきです。安定した信頼性の高いプロセスが確立された後、生産経済性の分析が行われ、生産速度と製造コストのバランスが取られます。最後に、切削条件と工具を慎重に選択することで、加工プロセスを完全に最適化することができます。
品質優先
安定した製品品質を達成することは、すべてのメーカーが共有する目標の中で最も重要な要素です。加工されたパーツが顧客の指定した品質レベルに達していなければ、パーツをどれだけ多く、どれだけ速く、どれだけコスト効率よく加工できたとしても意味がありません。
品質基準には、公差、表面仕上げ、部品間の整合性などがあります。メーカーは常に、パーツの品質が自社の業務に不可欠なものであると主張しています。しかし、多くの場合、その主張は楽観的であったり、自己欺瞞的であったりします。現実には、製造業ではかなりの割合で不良品が発生し、再加工や廃棄を余儀なくされています。
不良品の発生は、材料費、労働力、機械時間だけでなく、生産計画の中断という高いコストを引き出します。一部の工場では、生産計画に不良品の発生を含めることによって、信頼性や予測可能性の幻想を作り出している。例えば、顧客が10個の部品を要求している場合、プランナーは2個の部品が欠品になることを想定して12個の部品の加工を準備するかもしれない。これは、資源と時間を浪費し、不良品や不要な在庫を生み出すことになります。
不良品は、生産プロセスの1つまたは複数の要素が誤解されているか、制御不能な場合に発生します。部品の品質問題に対応するために、一部のメーカーは、最終的には重要でない生産プロセスの側面を操作することに集中的に力を注ぎ、場合によってはプロセスの重要な側面を無視することもあります。
例えば、最大限の生産量を確保するためにサイクルタイムの短縮ばかりを追求すると、金属加工工程の信頼性が損なわれる可能性があります。加工が常に性能の限界で行われている場合、その限界を超えると、ワークピースが不合格となり、時間とコストが失われます。部品出力は、安全な加工プロセスを提供する加工パラメータとバランスがとれていなければなりません。
一方、不合格品の原因は、機械加工の生産的要素とは別の問題である場合もあります。例えば、ある航空宇宙部品メーカーでは、機械加工後に残ったバリによって、ある部品群が顧客に受け入れられなくなったことがあります。バリ取り作業には手作業が必要で、パーツのコストを20％上乗せしていたため、生産量はバリの発生をなくす方法の二の次になっていたのです。
予定外のダウンタイムを最小化する
製造資源を最大限に活用するためには、ダウンタイムを最小限に抑える必要がある。ダウンタイムとは、簡単に言えば、工作機械がチップを製造していない期間のことである。ダウンタイムには、必要なものや計画的なものもあります。これには、工作機械のプログラミングやメンテナンス、治具の取り付け、ワークのロード/アンロード、工具の交換などにかかる時間が含まれます。
メーカーは、生産スケジュールの中で計画的なダウンタイムを考慮に入れています。しかし、許容できないパーツの生産は、計画外のダウンタイムにつながります。不合格品を再加工しなければならない場合、もともと加工に費やされていた時間は予定外のダウンタイムとなり、無駄になってしまいます。
従来、工場は計画外ダウンタイムを削減するために消極的なアプローチを取ってきました。問題が発生し、生産が停止すると、解決策を探し始めます。ネガティブな状況に対応するのを待つのではなく、より良いアプローチは、操業の重要な目標を認識し、最初からその目標に向かってプロセスを導くプロアクティブなプランニングです。多くのショップでは、準備に20パーセントを費やし、次に80パーセントの実施とテストに費やしています。理想的なのは、80％を準備に、残りを実施と必要に応じた調整に費やすことです。
加工作業の準備では、工場は目標を分析し、それを達成するための確実なプロセスを開発する必要があります。第一の目標は、必ずしも生産率の向上とは限りません。自動車部品の生産など、一部の製造状況は依然として大量生産の真の例ですが、一般的な製造は多品種少量生産のシナリオに移行しています。
大量生産では、数十万個の部品を長期間生産する加工プロセスを開発する際に、50個や100個の部品を失ったとしても、全体の数パーセントに過ぎず、容易に吸収することができます。しかし、多品種少量生産の場合、部品加工を開始する前に、可能な限りプロセスを開発する必要があります。多品種少量生産のシナリオには、小ロット、一桁のロットサイズ、あるいは特注の一品生産が含まれることもある。このような場合、数個の部品の不良品が利益と損失の分かれ目となる。
プロアクティブプロセス解析
加工作業の事前分析は、最終的には大きな価値がありますが、それ自体に時間がかかることがあります。金属加工プロセスの信頼性は、ワークの構成や材料、装置のプロセス能力やデータ、工具/ツーリングシステム、人的要因、周辺機器、メンテナンスの問題など、多くの個別要因に影響されます。
製造された製品の最終用途、ひいてはその素材となるワークの材質は、プロセスの信頼性に影響を与える重要な要因の多くを決定する。例えば、ニッケル基合金製の重要な航空宇宙部品の加工では、被削材の熱伝導率の低さと加工硬化の傾向を念頭に置いて分析する必要があります。鋭い切削工具と保守的な加工パラメータを使用することで、生産性と生産性の一貫性のバランスをとることができます。
逆に、アルミニウムのワークピースは自由な加工ができると考えられていますが、切削工具は鋭いだけでなく、この材料の研磨性に耐える耐摩耗性を備えていなければなりません。また、切削工具の形状や、高圧クーラント、工作機械用チップコンベアなどの切粉管理周辺機器も、アルミ加工の信頼性を確保する上で大きな役割を果たします。
CNCやオートメーションシステムは、機械加工に高い予測性をもたらしますが、その効果的な運用は人の手によるものです。不十分な情報や不注意なプログラミングは、欠陥のある部品を高度に自動化して生産する結果になります。(金属加工技術教育に関するサイドバーを参照) また、現場においても、ワークロード、固定具、生産設備の継続的なメンテナンスが適切に行われ、予期せぬダウンタイムを防ぐ必要があるため、人の力が重要な要素となります。
結論
一定品質のワークを一定時間内に一定数、適切なコストで生産するという目標は、すべてのメーカーで共有されています。いくら早く、安く作っても、品質が悪ければ意味がないからだ。多くのメーカーは、部品の品質問題に対して、ミクロの視点、あるいは個別の視点で取り組んでいます。しかし、まずは製造現場全体の目標を分析し、その目標を達成するための工程を積極的に計画することが重要です。
十分な品質の部品を確実に生産するプロセスを開発した後は、事業が存続できる収益性を確保するために、それぞれの状況に応じた生産経済性を検討する必要があります。そして最後に、切削条件と切削工具を選択することで、結果を最大化するためのプロセスの完全な最適化を可能にします。
切削加工技術
加工技術は、工具の材質や形状、工作機械の出力や精度の向上、CNCソフトウェアシステムによるデータ管理など、日々進歩している。
加工技術とそれを応用するための知識との関連は、ますます重要になってきている。しかし、人間は、新しい加工技術を生み出すような激しい研究開発の対象にはならない。また、加工技術に精通した人材は、製造業全体で減少傾向にあります。
製造業が複雑化する金属切削加工を理解し、最大限に活用できるように、セコはSTEP（セコ・テクニカル・エデュケーション・プログラム）を開発しました。同社は、Secoのお客様が最高の教育を受け、訓練を受けた金属切断の専門家と接することができるように、担当者を教育しています。STEPはまた、急速に変化する業界に対応し、企業が最大の生産効率を達成できるようにすることを目的としています。
金属切断技術の開発では、さまざまな可能性を比較検討することが非常に重要です。例えば、難しい用途や代替品として新しい工具が必要になったり、切削技術を変更することで特定の被削材の加工性を向上させることができるかもしれません。STEPで得た知識は、Secoや他のサプライヤーが提供する生産的な選択肢をメーカーに認識させます。
STEPは教育クラス、トレーニングセミナー、セコが発行する印刷物（"Metal Cutting, Theories and Models" や "Metal Cutting, Theories in Practice" など）で紹介されています。現在、このプログラムは3つの段階的な要素で構成されています。STEPコアカリキュラムは、技術者レベルの教育を目的とした、機械加工と工具技術の包括的な入門書です。STEP Advanced Curriculumは、Core Curriculumをさらに発展させ、技術専門家レベルの知識を提供します。NEXT STEPは、製造および生産経済学の教材を追加し、技術専門家に学術的なレベルの教育を提供します。全体として、STEPプログラムは、生産性、コスト削減、ワーク品質の大幅な改善を可能にすることで、金属切削事業の競争力向上を支援します。
