ロボットを購入する前に、まずシミュレーションを

ロボットではなく、サイクルの目標から始める

グリッパーの話を始める前に、ラインが達成すべきことを書き出してください。受注計画から導いたタクトタイム、各工程のサイクルタイム、そして時間がどこに使われているかです。

60秒に1個の部品を作らなければならない、説明のためのラインを考えてみます。手作業の組立工程は平均55秒なので、紙の上では問題がなく、そこにロボットを入れれば純粋な省人化に見えます。しかし、その工程の時間は45〜75秒の幅があり、次の工程は時間のおよそ3分の1をこの工程待ちに費やしています。ですから問うべきは、条件の悪い日でもラインを60秒にできるのはどの変更で、そのコストはいくらか、ということです。答えがロボットのこともあります。バッファのことも、1つのシフトだけ作業者を1人増やすことも、手作業から歩行を取り除く自律搬送車のこともあります。

シミュレーションは、各工程の時間を、作業、資材待ち、次工程待ち、停止に分解します。この内訳があれば、どこへの投資が報われ、どこへの投資が待ち行列を移すだけに終わるのかが分かります。

見積もりを依頼する前に確認すべきこと

工場全体のモデルは必要ありません。必要なのは、計画中のロボットにワークを供給し、そこから送り出すフローの部分を、自社の実際の受注構成で動かしたものです。

条件の悪い日の行については、DBR77 Digital Twinはサイクルタイムと停止を過去の実績に基づく幅として入力します（確率的シミュレーション）。

実例：ボトルネックは作業ではなく待ちだった

ポーランド中部のプラスチック射出成形メーカーは家電業界に部品を供給しており、従業員は200人を超え、3シフトで稼働し、敷地は20,000m²です。同社は1本のラインで複数の工程を自動化・ロボット化したいと考えていました。検討課題は、技術的な実現可能性、OEEと生産性、代替となる自動化シナリオ、そしてそれぞれの経済性でした。

DBR77は工場の一部のデジタルツインを構築し、各作業のマテリアルフローとサイクルタイムを組み込みました。モデルは、手順面、経済面、人間工学面で自動化の価値が最も高い作業がどれかを示しました。分かったことは次のとおりです。

• ボトルネックは最初の作業者による手作業の工程で、作業が90秒、待ちが98秒だったため、ロスは待ち時間から生じていた
• この作業者を自律搬送車に置き換えたところ効率は100%以上向上し、投資が経済的に成り立つ条件が整った
• 次のステップとして、人間工学的に負担の大きい作業を含む構内物流の自動化と、自動品質検査が提案された

その後の検討では、工程間の自動搬送をシミュレーションし、案ごとに効率、生産性、作業時間のレポートを作成しました。案の分析にかかったのはわずか数日でした。モデルによれば、資金を投じるべきなのは工程間の資材の移動であり、最も忙しそうに見える工程は後回しにできました。

「ロボットを入れるか否か」ではなく、自動化の案を比較する

「ロボットを入れるか否か」は弱い問いです。より強い問いは、3つか4つの案を、同じ受注構成と同じ停止のもとで、同じ指標で比較することです。

1. 現状のライン。
2. チームが提案したロボットを、提案された工程に入れる案。
3. 本当のボトルネックでの、より安価な変更：バッファ、自律搬送車、作業分担の見直し。
4. ロボットに加え、その生産量を実現するために必要な支援策を組み合わせた案。

シフトあたりの生産数、待ち時間、稼働率、作業者の作業時間を比較します。案3がわずかな費用で効果の大半をもたらすなら、設備投資（CAPEX）の申請を一つ省けたことになります。目標に届くのが案4だけなら、契約する前に必要な範囲の全体が分かります。複数の案がもっともらしく見える場合は、どのシナリオももっともらしく見えるときの設備投資（CAPEX）案の比較方法の方法を使ってください。

シミュレーションからサプライヤー向け仕様とビジネスケースへ

良いシミュレーションからは、サプライヤー向けの明確な仕様も得られます。フローの中で必要なサイクルタイム、セル周辺のバッファ、搬送のコンセプト、対応すべきシフトです。そうすればサプライヤーは、自社のラインを前提に見積もります。

射出成形の事例では、目標とする搬送コンセプトがあったことで、DBR77 Marketplaceを通じて技術プロバイダーを効率よく選定できました。モデルが仕事の中身を定義し、Marketplaceがそれをプロバイダーと結び付けたのです。

同じ数字がビジネスケースにも使われます。財務部門は、導入前後のシフトあたりの生産量を幅で受け取り、支援策のコストも併せて把握できます。これはサプライヤーの投資回収スライドより良い出発点です。作り話の数字を使わずにビジネスケースを組み立てる方法は、デジタルツインのビジネスケースの作り方で解説しています。

よくある質問

ロボット1台を評価するのに工場全体のモデルが必要ですか。

いいえ。ロボットにワークを供給し、そこから送り出すフローと、フォークリフトや作業者などの共用リソースをモデル化してください。範囲を広げるのは、変更がほかのエリアに影響する場合だけです。

ロボットサプライヤーのシミュレーションで、ラインのシミュレーションの代わりになりますか。

完全にはなりません。サプライヤーのシミュレーションは通常、セル内の到達範囲、サイクルタイム、干渉を確認します。ラインのシミュレーションは、セルに部品が時間どおりに届くか、ラインの生産量が増えるかを確認します。

ロボット投資をシミュレーションするにはどんなデータが必要ですか。

セル周辺の工程のサイクルタイム（幅を持たせたもの）に加え、搬送時間、バッファの大きさ、シフト、受注構成です。その大半は工程手順とERPにあり、残りは手作業で計測できます。最初は公称値でも十分です。モデルとラインの実際の生産量を比べると差が見えてきます。その差から、対象の工程が本当のボトルネックかどうかが分かります。

案の分析にはどのくらい時間がかかりますか。

範囲によります。公開されている射出成形の事例では、自動化案の分析はわずか数日でした。

まとめ

ロボットの見積もりがすでに誰かの机の上にあるなら、まず対象工程の時間のうちどれだけが待ちなのかを確かめてください。その工程と次の工程について、1週間分のストップウォッチ計測か設備データを求めます。待ちの割合が大きければ、設備投資（CAPEX）の申請を出す前に、本当のボトルネックでのより安価な変更を比較に加えてください。

出典

• DBR77, 事例：自動化コンセプトの策定（本サイトの事例ページ）
• DBR77, DBR77 Marketplace
• DBR77 Digital Twin, 決定論的シミュレーションと確率的シミュレーションの比較