フレキシブル生産システムとは？　その種類、特徴、構成

従来の大量生産向け自動化システムは柔軟性に欠けます。少数の安定した製品については優れた生産性を発揮しますが、小ロット生産や多品種生産には効率的に対応することができません。こうしたニーズに応えるため、柔軟性の高い自動化設備や製造システムが開発されました。.

柔軟性の高い生産設備

フレキシブル生産システムにおける基本的な設備には、CNC工作機械、ロボット、無人搬送車、および自動倉庫が含まれます。.

CNCマシンは、コンピュータまたは専用の電子制御装置によって制御されます。加工順序、加工パラメータ、およびマシンの動作は、数値制御プログラムにコード化され、CNCに入力されることで、マシンが自動的に制御されます。多くの場合、位置フィードバックループが追加され、閉ループシステムを形成して精度が向上します。 しかし、熟練したユーザーであっても、工程計画、切削パラメータの選定、適切な工具や治具の選定、工具の測定、工作機械に関する知識、およびプログラミングスキルが依然として必要となります。.

1. プロセスによる分類

1. 一般的なCNC型機械。. CNCの旋盤、フライス盤、中ぐり盤、ボール盤、研削盤、歯形削り盤、およびホブ盤は、従来の同種機械と同じ基本的な加工を行う一方で、複雑な形状を自動的に加工します。.
2. 自動工具交換機能付きマシニングセンター。. マシニングセンターには、約10～100本の工具を収納できるマガジンと自動工具交換装置が備わっています。一度のセットアップで、ワークピースに対してフライス加工や旋削、中ぐり、穴あけ、リーマ加工を自動的に行うことができます。.
3. 多軸CNC加工機。. これらの機械は、より多くの軸（通常は3～5軸）を制御します。.

2. ツールパスによる分類

1. ポイント・トゥ・ポイント制御。. コントローラは、移動中に切削を行うことなく、ある位置から別の位置へと正確に移動します。座標ボーリング盤やCNC型ドリル盤が代表的な例です。.
2. 点対点の線形制御。. このコントローラは、エンドポイントの位置と、通常は機械軸に沿った点間の直線経路の両方を管理します。1つの座標軸に沿って切削を行うことができ、さらに多くの補助機能も利用可能です。.
3. 輪郭制御。. 連続経路制御は、2軸以上を連動させ、切削全工程を通じて速度と位置を制御することで、複雑な形状の加工を可能にします。代表的な機械としては、CNC旋盤、研削盤、フライス盤、マシニングセンターなどが挙げられます。.

FHN100Tのような輪郭加工用マシニングセンターには、通常、X軸、Y軸、Z軸の駆動ユニット、多面加工用の回転テーブル、自動工具交換装置（ATC）、およびCNCコントローラが搭載されています。.

その制御システムは、シーケンス制御に加え、タッチセンシング、管理、および適応機能を採用しています。Tコードで工具を選択し、Sコードで主軸回転数を指定し、回転テーブルがインデックス動作を行います。.

タッチセンシング機能により、スピンドル原点から工具を自動的に中心位置に合わせたり、工具の破損を検知して機械を停止させたり、接触するまで切削送り速度の2倍で移動することでエアカット時間を短縮したり、熱膨張やワークサイズのばらつきを補正するためにX/Y/Z基準面を補正したり、穴径を測定してシステムが自動的に工具を調整したりすることができます。.

管理機能では、あらかじめ設定された工具寿命と実際の使用状況を比較し、予備の工具を自動的に交換するとともに、故障診断のために稼働情報を監視します。.

適応制御（AC）では、軸送りモーターおよび主軸モーターに搭載された検出器を用いて負荷を監視します。設定範囲内の負荷は正常です。負荷が設定範囲を下回った場合は、サイクルタイムを短縮するために送り速度を上げることができます。一方、負荷が設定範囲を上回った場合は、工具を保護するために送り速度を下げます。.

フレキシブル生産システム：特徴、種類、および構成

フレキシブル生産システム（FMS）は、情報制御システム、資材の保管・搬送、およびCNC機械群を統合したものです。グループ技術に基づき、一連の工作物に対する工程を定義し、互換性のある機械と物流手段を選定し、コンピュータ制御を用いて、需要の変化に応じて生産品目を切り替えながら、さまざまな部品をロット単位で効率的に生産します。.

特長と適用範囲

FMSには通常、複数のCNC加工機やマシニングセンター、自動搬入・搬出装置、保管装置、および材料搬送装置が備わっており、これらすべてが中央コンピュータによって制御されています。固定式の自動化システムと比較して、FMSには次のような利点があります：

• 異なる工程要件を持つ関連部品に対して、高い柔軟性を発揮します。.
• 無人運転を含む高度な自動化。.
• セットアップやその他の補助時間が短縮されるため、設備の稼働率が高くなります。.
• 高い生産性。.
• 直接人件費の削減と経済的収益の向上。.

FMSは、柔軟性、品質、効率性を兼ね備えており、単品・小ロットの生産だけでなく、中・大量生産の混在生産にも対応可能です。.

FMSの種類

1. フレキシブル製造セル（FMC）。. コンピュータ制御のCNC加工機またはマシニングセンターは、円形または楕円形のパレットコンベヤ、あるいは産業用ロボットと組み合わされています。稼働を停止することなくワークの交換が可能であり、より大規模なFMSの基本ユニットとなっています。.
2. フレキシブル生産システム。. 2台以上のCNCマシン、マシニングセンター、またはセルが、レールガイド式または自律走行式の搬送車やロボットによって接続され、パレットの自動搬入やロボットによる自動搬入、自動倉庫、およびコンピュータによる統合的な計画・スケジューリング・監視が行われます。.
3. 柔軟性の高い製造ライン。. いくつかのマシニングセンターやCNCマシン（一部は特定用途に特化したものもある）が、工程順に配置されています。このラインには生産タクトが設定されている場合もありますが、製品の変更に迅速に対応でき、FMSとしての機能も維持されています。.

システムの構成と制御

FMSは、それぞれ複数のサブシステムで構成される物流システムおよび情報システムを含んでいます。その主な加工設備は、通常、2台から6台の縦型または横型フライス・ボーリングセンターおよび旋盤センターです。コンベヤ、ガイド付きまたは自律走行車両、および産業用ロボットは、直線型、ループ型、あるいはネットワーク化された搬送システムを形成することができます。 保管には、自動高層倉庫とスタッカークレーン、あるいは床面保管とパレットステーションが用いられる。.

パレットは搬送用治具として機能します。パレットは、部品治具と被加工物を一体として搬送し、ハンドリングシステムによって移動され、機械テーブル上で自動的に位置決めおよびクランプされます。また、パレットステーションは一時的な保管やバッファリングの役割も果たします。別途設けられた保管場所には、ブランク、完成品、工具、治具などを保管することができます。 必要に応じて、洗浄、バリ取り、測定、検査ステーションを設けることも可能です。.

この制御システムは、ネットワークを介して複数のコンピュータや機器コントローラを階層型アーキテクチャで接続しています。その機能は、以下の4つの分野に及びます：

1. 工程計画。. 製品要件に基づいてプロセスを定義し、スケジュールの変更に応じて動的に調整する。.
2. 生産計画およびスケジューリング。. 生産のバランスを保ち、設備稼働率を高く維持する。.
3. ワークステーションおよび機器の管理。. 工作機械、材料の搬送・保管設備、測定機、洗浄装置、ロボット、その他の装置を連携させる。.
4. 状態監視および品質保証。. システムが安全かつ確実に、正常に、そして安定した品質で稼働するよう、監視および制御を行う。.