機械加工プロセスの監視と制御

持続可能性、収益性と競争力を確保するために欠かせない前提条件となるのは、優れた生産性、製造コストの低さとワーク品質の高さです。特に機械加工が難しい材料の場合は、工具の寿命が大きく左右される可能性があり、それが製品品質にも影響を及ぼします。デジタル化の進んだ現代においても、製造会社は依然として従業員の個人的なノウハウに頼りがちで、従業員が個人の経験や過去のデータに基づいてプロセスの評価・調整・改善を行っています。熟練の作業者が不足し、製造の変動が大きくなる時代にあっては、貴重なノウハウが失われるリスクが高まり、プロセス品質を独立して確保することがますます困難になります。

信頼性の高い機械加工監視システムを活用すれば、進行中のプロセスについて貴重な洞察をリアルタイムで得ることができ、これによって信頼性の高い、生産的かつ再現可能な製造プロセスの基礎を構築できるため、短期的・長期的な改善のための適正な意思決定も可能になります。機械とプロセスを監視することで、極めて動的な加工プロセスで異常が生じた場合でも即座に対応して高い生産性を確保し、不良率を低減して、工具の寿命を伸ばすことができます。つまり、信頼性の高いセンサを用いた機械とプロセスの継続監視が必須要件ということになります。また、監視データと測定履歴をベースとしたプロセスの記録管理を通じて、さらなるプロセス知識を生成・記録することができ、効果的なトレーニングや能力向上に役立てることも可能になります。これをプロセス、製造ライン、工場のセットアップとベンチマーキングを実施する際の客観的な評価にも活用でき、個人の経験に左右されることなく、機械オペレータが必要な品質を迅速・確実に確保できるようにするためにも役立ちます。

Machine monitoring in hard turning applications – with Kistler

Minganti Global AB (Sweden)

Minganti is a specialist manufacturer in the hard turning and honing segments, with an installed global base of over a thousand machines. Minganti and Kistler have collaborated to develop a machine monitoring system that comprises a piezoelectric (PE) strain sensor, an accelerometer, and a digital charge amplifier for machine communication. Thanks to this new solution, users can measure cutting forces indirectly, monitor tool wear and breakage, and improve the profile accuracy of bearings and other high-precision components.

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工具の摩耗の監視

適切なタイミングで工具を交換するためには、工具の状態を把握することが重要になります。切削工具/研削材の摩耗と力/振動との間には相関関係があります。また、達成する製品品質と、選択する切削データ（どれだけ速く切削工程を実施できるか）も切削工具/研削材の摩耗との関係によって左右されます。

異常の検出

予測不能なプロセスの変化を即座に検出 - 工具の破損、切りくずの詰まりやそれ以外の予測不能な事態は、プロセスだけでなく、品質管理コストや重要な製品の納期にも多大な影響を及ぼす可能性があります。手間はかかりますが、工具の破損の場合、ダメになった製品の追跡は可能で、早い段階で除去できます。しかし、それ以外のトラブルの場合だと、1つのワークだけに不良が生じ、それを見逃してしまうことも少なくありません。こうしたことが発生すると、お客様から苦情が入り、品質管理コストや検査コストが高額になってしまうおそれもあります。しかし、継続的なプロセス監視を導入すれば、重要な製造段階を100%監視できるため、わずかな不具合でも検出可能になります。

生産性の向上

知識の構築によるプロセスの最適化 - 製造プロセスは多くの場合、プロセス安全性を考慮した経験則に基づいて設計されますが、最適な成果を達成できないことも少なくありません。しかし、圧電技術をベースにしたプロセス監視であれば、継続的に高解像度データが生成されるため、これをもとにシステムにかかる負荷を長期的に評価して、最適化を図ることも可能になります。各パラメータを徐々に調整していけば、プロセスを安全にパフォーマンス限界まで近づけることができます。さらに、制御ループを構築することで、機械や切削工具の摩耗だけでなく、機械やプロセスに予期せぬ異常が生じた場合でも、製造設備を調整できるようになります。

コスト削減

新しい製造ラインでの、機械1台あたりに必要な人員数削減 - 機械とプロセスに適切なセンサソリューションを導入し、極めて動的で小さな（予測可能または予測不可能な）事象でも捕捉できるようになれば、システムの助けを借りて機械を追跡することも可能になります。つまり、複数の機械を単一のソースと場所から監視・制御し、デジタルの「ライブデータ」を利用することが可能になります。これにより、オペレータの人数やサポート機能を抑えることができ、運転コストの削減につながります。

それだけでなく、監視と生産制御の改善によって機械とプロセスの信頼性が向上することで、スクラップ率や品質不良率を低減でき、それに関連するコストも抑えられます。

能力構築の改善と効果の増大

監視と制御を駆使すれば、製造ライン全体のデジタルツインを構築することができます。構築した（ライブで改善される）デジタルのデータ環境により、記録管理をスムーズに行うことができ、他の教育用ツールも作成できるようになります。こうした新しい可能性が広がれば、各レベルの労働者と管理者の能力を向上させることも可能になります。

適切な意思決定

サプライヤー、メーカー、お客様を結びつけるERPシステムにより、納入の精度に対する要求がどんどん高まりつつあります。監視と管理を巧みに行えば、製造状況を評価・管理し、お客様により確実に納品できるようになります。さらに、様々な製造拠点から届くデータをもとに正確な比較や状態の報告が可能になり、製造予測・計画や企業計画の改善にも役立ちます。これにより、工場だけでなく、サプライチェーンや管理においてもより適切に判断できるようになります。

キスラーは、力（力と歪み）、アコースティックエミッション、振動に基づいた、極めて動的な機械加工プロセスを記録・監視する測定ソリューションを提供しています。堅牢な測定技術を機械制御システムに直接接続することで、厳しい環境での用途にも対応できます。

さらにキスラーは、機械加工用途、CNC機械評価、マシニングエクセレンスに関するスマートなメンテナンスサービスとトレーニングも提供しています。