協働ロボットで小ロット溶接を自動化し多品種生産に対応

MT Solar

MT Solarは、さまざまなサイズのソーラーモジュールに対応する架台を設計・製造しています。ユニバーサルロボットのUR10e協働ロボットを搭載したVectisのDIY協働ロボット溶接システムを導入し、幅広い溶接作業を自動化。迅速な段取り替えと生産工程の最適化を実現しています。

協働ロボット溶接で需要急増と人手不足に対応

MT Solarは、さまざまなサイズのソーラーモジュールに対応する架台を設計・製造しています。同社では、ユニバーサルロボットのUR10e協働ロボットを搭載したVectisのDIY協働ロボット溶接システムを導入し、幅広い溶接作業を自動化しました。迅速な段取り替えと生産工程の最適化を実現するとともに、人手不足に対応し、従業員を反復的な溶接作業から解放。さらに、300％に及ぶ需要の急増にも対応できる生産体制を構築しました。

多品種少量の溶接と熟練人材の不足が生産拡大の課題に

MT Solarは、モンタナ州シャーロに本社を置くソーラー架台メーカーです。同社では毎年夏になるとソーラー架台の需要が300％急増しますが、その季節的な需要増に対応できる熟練溶接工の確保が難しくなっていました。

ある日、MT SolarのOwner and PresidentであるTravis Jordan氏が人手不足への対応に頭を悩ませていたところ、溶接工の一人がロボット溶接に関する記事を手渡しました。

「彼は『これは調べてみるべきだと思います。私たちのチームにとって良い解決策になるはずです』と言いました。現場のオペレーター自身からロボットを検討すべきだという声が上がったのですから、行動を起こす十分な理由があると感じました」とTravis Jordan氏は振り返ります。

当時、MT Solarのリードタイムは通常の2～3倍にまで延びていました。「ここで働きたいと思ってくれる、優秀で熟練した人材を見つけるのは簡単ではありません」とTravis Jordan氏は説明します。

こうした人材不足は、MT Solarだけの問題ではありません。米国溶接協会（AWS）は、2025年までに米国で40万人の溶接工が不足する可能性があると予測していました。

そこでMT Solarは、従来型の溶接ロボットも検討しました。しかし、こうしたシステムは同一製品の大量生産には適しているものの、同社が求める柔軟性には欠けていました。

MT Solarでは、さまざまな種類のソーラー架台部品を、多品種・小ロットで製造しています。そのため、柔軟に生産品目を切り替えられる自動化ソリューションが不可欠でした。

Travis Jordan氏は、「私たちを『ソーラー版のIKEA』のようなものだと考えてください。すべての部品をお客様の現場へ送り、そこで組み立ててもらいます。そのため、必要な部品がすべてそろわなければ、製品を出荷することができません」と説明します。

従来型ロボットでは、プログラミングや立ち上げに必要な時間とコストも課題となりました。

「最初は従来型ロボットでもよいように思えます。しかし、立ち上げや運用、プログラミングに必要な時間とリソースを考えると、私たちが求めている方法ではありませんでした。従来型ロボットでは柔軟性が足りず、さまざまな製品を混在させた生産に対応することが困難です。作業範囲にも制約があり、治具を適切に扱おうとすればコストも大幅に上昇してしまいます」とTravis Jordan氏は語ります。

そこで同社は、安全柵を必要とせず、既存のオペレーターが扱うことができ、多品種・小ロットの溶接にも柔軟に対応できる自動化ソリューションを求めました。

Montana Solar

業界金属・機械加工

国アメリカ

従業員数 5〜25

使用したURロボット UR10e

協働ロボットで手作業の溶接から柔軟な自動化へ

協働ロボットを活用し、これまで手作業で行っていた溶接工程をどのように自動化へ移行したのか、そのプロセスと導入のポイントを詳しく紹介します。

安全柵なしで人と協働する自律型ロボット溶接

Travis Jordan氏によると、従来型の溶接ロボットは安全柵が必要で、設備が大掛かりになりがちです。一方、協働ロボットは、安全柵を設けずに作業者の近くで使用できるため、協働ロボットを活用した溶接システムの魅力をさらに高めました。

「詳しく調べていく中で、ユニバーサルロボットを搭載したVectis AutomationのCobot Welding Toolを見つけ、この組み合わせが私たちにとって最適な方法だと確信しました」とTravis Jordan氏は語ります。

オペレーターがプログラミングを行った後は、協働ロボットがMIG溶接の一連の工程を自律的に実行します。UR10eは1サイクルで6～8個の部品を溶接。主にロックカラー、ビームクランプ、溶接ナットなどの小型部品を、あらかじめ設定された順序に従って溶接します。また、同一部品をまとめてバッチ処理する必要はなく、1回の運転で4～12個の異なる部品に対応できます。

溶接が完了した後は、必要に応じて部品を再びセットしてシステムを再稼働させるほか、新しい部品の溶接プログラムをすばやく作成することもできます。

協働ロボットは、38分のタクトタイムごとに指定された部品の溶接を担当します。その間、オペレーターは協働ロボットと連携して部品の投入・取り出しを行います。これにより、複数の異なる治具を活用しながら、システムの作業範囲を最大限に生かした生産を実現しています。

直感的なプログラミングで溶接設定を効率化

オペレーターは、セルに治具をセットして部品を供給した後、Vectisが提供するURCapソフトウェアを使用して協働ロボットをプログラミングします。URCapは協働ロボットのティーチペンダントに直接統合されており、直感的な3Dインターフェースを使って溶接条件を設定できます。

ティーチペンダントには、Vectis Automationが開発した溶接ライブラリも搭載されています。パターンツールや仮付け溶接ツールなど、一般的な溶接作業に対応する標準設定が用意されているため、複雑なプログラミングの知識がなくても溶接プログラムを作成できます。

「私は認定溶接工ではありません」とTravis Jordan氏は語ります。「そこで、現場の溶接工と一緒にティーチペンダントを操作しながら、『トーチを動かして、溶接したい位置に合わせてください。どこから溶接を始めるのか、どこで終えるのか、どの角度にするのかを教えてください』と進めていきました。そうすることで、かなり高度な溶接までプログラムできるようになりました」

UR10eで多品種のMIG溶接を効率化

プログラミングが完了すると、UR10e協働ロボットがMIG溶接の一連の工程を自律的に実行します。1サイクルで6～8個の部品を溶接し、主にロックカラー、ビームクランプ、溶接ナットなどの小型部品を扱います。

協働ロボットは、あらかじめ設定された順序に従って部品を溶接します。同一部品をまとめてバッチ処理する必要はなく、1回の運転で4～12個の異なる部品を溶接できるため、多品種・小ロット生産にも柔軟に対応できます。

溶接が完了した後は、必要に応じて部品を再びセットしてシステムを再稼働させるほか、新しい部品の溶接プログラムをすばやく作成することも可能です。

協働ロボットは、38分のタクトタイムごとに指定された部品の溶接を担当します。その間、オペレーターは協働ロボットと連携して部品の投入・取り出しを行います。これにより、複数の異なる治具を活用しながら、ロボットの作業範囲を最大限に生かした効率的な生産を実現しています。

初めてでも短時間で立ち上げられる簡単操作

MT Solarでは、協働ロボットが到着する前から従業員の期待が高まっていました。Travis Jordan氏は、導入初日の様子を次のように振り返ります。

「ロボットがトラックで到着したとき、もちろん私はとても興奮していました。オフィスを出てみると、従業員たちはすでにロボットのシュリンク包装を外し、セットアップを始めようとしていました。思わず『ちょっと待って、私にもやらせて！』と言ったほどです。その日の午後には、実際の製品の溶接を始めることができました」

このシステムの大きな特長は、ロボットに関する専門知識がなくても簡単に扱えることです。

MT SolarのOperations Managerで、認定溶接工でもあるMike Gillin氏は次のように語ります。

「私は溶接工としてこの業界で働いてきましたが、ロボットについては何も知りませんでしたし、コンピューターに詳しいわけでもありません。それでも興味を持ってロボットを触り始めてみると、操作を覚えるのが驚くほど簡単でした」

柔軟な導入方法で初期投資のハードルを低減

Vectis Automationが提供する柔軟なファイナンスやリース・レンタルの選択肢により、MT Solarは導入時に大きな投資をすることなく、システム全体を試すことができました。

「短期間からレンタルやリースができるシステムなので、無理なく導入できます。もし期待した成果が得られなくても、大きな負担にはなりません。そのため、非常に始めやすかったです」とTravis Jordan氏は語ります。

投資効果も明確でした。Travis Jordan氏によると、協働ロボットは新たな溶接工をチームに加えるのと同等の生産力をもたらし、人件費の削減効果だけを見ても、約1年半～2年で投資を回収できると見込んでいます。

さらに、数値だけでは測れない効果も大きいといいます。協働ロボットの導入は顧客だけでなく、従業員の士気にも非常に大きな好影響をもたらしており、Travis Jordan氏は「こうした目に見えない投資効果は、おそらくさらに価値のあるものです」と評価しています。

詳しく調べていく中で、ユニバーサルロボットを搭載したVectis AutomationのCobot Welding Toolを見つけ、この組み合わせが私たちにとって最適なソリューションだと確信しました。」

Travis Jordan, Owner and President, MT Solar

溶接品質の安定化で小規模メーカーの競争力を強化

人による溶接では、作業者の技量や疲労などによって仕上がりにばらつきが生じることがあります。特に、単調な反復作業を長時間続ける場合、その影響はより大きくなるとOperations ManagerのMike Gillin氏は説明します。

「冬の間には、小さな部品を最大7,500個製造することがあります。これを作業者がずっと座って溶接していると、集中力が落ちてくるタイミングが仕上がりから分かることもあり、一部の部品を廃棄しなければならない場合もあります」とMike Gillin氏は語ります。

現在は、こうした反復的な溶接作業を協働ロボットが担当しています。Owner and PresidentのTravis Jordan氏にとって、大きなメリットの一つは、製造現場で求められる高い再現性を確保し、安定した製品品質を維持できることです。

「お客様にも『この部品はロボットで溶接されています』と説明できます。実際に見てもらえば、前に製造したものとまったく同じ仕上がりで、高い品質が保たれていることが分かります」とTravis Jordan氏は語ります。「Vectisとユニバーサルロボットを組み合わせたシステムは、これまで見てきた中でも最高のソリューションだと思います」

さらに、システムの高い再現性と柔軟性は、MT Solarがより規模の大きなメーカーと競争するうえでも強みとなっています。

「大規模な製造業に求められる品質と生産拡大への対応力を、小規模企業ならではの革新性や機動力と組み合わせることができます。これは非常に強力な組み合わせだと考えています」とTravis Jordan氏は説明します。

MT Solarでは今後、重量物や大型部品のハンドリングなど、新たな作業にも協働ロボットを導入する計画です。これにより、従業員が担っている持ち上げ作業の負担軽減も期待されています。

Mike Gillin氏は、「私たちの工場には、それぞれの経験をもとに、新しい活用方法のアイデアを出してくれる人がたくさんいます」と語ります。