多品種少量生産でネジ締めを自動化するには

多品種少量生産では、品種の切り替えに伴って治具や締結条件、ネジの種類などを変更する必要があるため、ネジ締め工程の自動化が難しいと考えられることがあります。

一方で、段取り替えの方法やプログラム管理、治具設計を工夫することで、多品種少量生産でも自動化できる工程があります。重要なのは、単にネジ締め作業を自動化するだけでなく、品種切り替えにかかる作業や時間を含めて設備を設計することです。

本記事では、多品種少量生産でネジ締めを自動化する際に発生しやすい課題と、段取り替えを短縮するための対策を解説します。

多品種少量生産でネジ締めを自動化する際の課題

多品種少量生産では、製品やネジの仕様が変わるたびに設備の設定変更や治具交換が必要になる場合があります。

対策① 段取り替え作業を分解して短縮する

多品種少量生産で自動化を検討する際は、品種切り替え時に発生している作業を細かく分け、それぞれを短縮または削減できるかを検討することが重要です。

品種に応じたプログラム切替

バーコードや2次元コードなどを利用して品種を識別し、あらかじめ登録したロボットや締結装置のプログラムを切り替える仕組みを構築する方法があります。

このような仕組みを導入することで、作業者が品種ごとに設定値を手入力する工程を減らせる場合があります。

治具の共通化・交換方式の工夫

製品ごとに完全に異なる治具を用意するのではなく、共通ベースに交換部品やパレットを取り付ける構成にすることで、治具の変更作業を簡略化できる場合があります。

ただし、短縮できる時間は治具の構造や製品の大きさ、位置決め方法によって異なります。多品種少量生産向けの設備では、ワークの切り替えを短時間で行える治具や交換機構を検討することが重要です。

ビットや工具の交換

製品によってネジサイズやネジ頭の形状が異なる場合は、ビットの交換が必要になることがあります。交換作業を自動化するATC（オートツールチェンジャー）を導入する方法もありますが、必要な設備構成や投資額は工程によって異なります。

そのため、品種数や切り替え頻度によっては、自動交換だけでなく、工具をワンタッチで交換できる構造にするなど、段取り作業そのものを簡略化する方法も選択肢になります。

ネジ供給装置の仕様を見直す

ネジの種類が複数ある場合は、品種ごとに供給装置を変更する必要があることがあります。一方で、ネジのサイズや形状などの条件によっては、複数の品種で共通の供給方式を採用できる場合もあります。

ただし、すべてのネジを同じ供給装置で扱えるわけではありません。使用するネジのサイズや形状、首下長さなどによって対応可否が異なるため、供給装置の仕様を確認したうえで検討する必要があります。

対策② ロボットを活用して品種変更に対応する

複数の製品や締結位置に対応する必要がある場合は、ネジ締めユニットを搭載したロボットを活用する方法があります。

ロボットは、プログラムやエンドエフェクタ、周辺設備の構成を変更することで、製品の切り替えや工程変更に対応しやすい点が特長です。

協働ロボットの活用

協働ロボットは、多品種少量生産における自動化の選択肢の一つです。比較的柔軟なレイアウト変更やプログラム変更に対応できるため、製品の切り替えが発生する工程で活用されています。

ただし、協働ロボットだからといって必ず安全柵が不要になるわけではありません。ロボットシステム全体についてリスクアセスメントを行い、必要な安全対策を検討する必要があります。危険が生じるおそれがある場合には、必要な措置を講じることが求められています。

締結条件や作業プログラムの管理

品種ごとに異なるトルク、回転速度、締結本数、締結順序などを管理する場合は、品種ごとの締結条件をあらかじめ登録し、適切なプログラムを呼び出せるようにする方法があります。

管理方法は、設備内のコントローラーで行う構成のほか、工場の生産管理システムやネットワークと連携する構成などがあります。クラウドを利用するかどうかは、既存システムやセキュリティ要件、管理対象の範囲に応じて検討する必要があります。

対策③ 投資効果を生産量だけで判断しない

多品種少量生産では、1品種あたりの生産量だけを基準にすると、自動化設備の投資効果を評価しにくい場合があります。

そのため、設備導入を検討する際は、生産数量だけでなく、段取り時間や品質、作業者の負担なども含めて効果を確認することが重要です。

• 段取り時間の削減：品種切り替えに必要な作業や設備停止時間を削減できるか
• 品質の安定化：締め忘れや設定ミスなどの発生を抑えられるか
• 人員配置の見直し：繰り返し作業を自動化し、作業者を他の業務に配置できるか
• 生産変動への対応：製品の追加や生産数量の変化に設備が対応できるか

これらを可能な範囲で数値化し、設備費用や運用コストと比較することで、自社の生産条件に合った投資判断を行いやすくなります。

自動化前に確認したいポイント

多品種少量生産でネジ締めを自動化する場合は、設備の仕様を決める前に、現在の段取り作業を整理することが重要です。

• 対象となる製品の種類と切り替え頻度
• 製品ごとのネジの種類・サイズ・締結本数
• 品種変更時に必要な治具や工具の交換内容
• 製品ごとに異なる締結条件
• 現在の段取り替えにかかっている時間
• 設備停止による生産への影響
• 今後追加される可能性がある製品や仕様

特に、多品種少量生産では「ネジを自動で締められるか」だけではなく、品種を切り替える際にどの作業が残るのかを確認することが重要です。段取り替えに時間がかかる場合は、自動ネジ締め機の導入効果を十分に得にくくなる可能性があります。

編集チームまとめ

多品種少量生産におけるネジ締め自動化では、ネジ締め作業そのものだけでなく、品種切り替えに伴う段取り替えをどこまで短縮できるかが重要です。

プログラムの切り替え、治具の共通化や交換方法の工夫、工具交換、ネジ供給方法の見直しなどを組み合わせることで、多品種少量生産でも自動化を検討できる場合があります。

また、協働ロボットを含むロボットシステムは選択肢の一つですが、すべての工程に適しているわけではありません。製品数や切り替え頻度、段取り時間、求められる締結品質を整理したうえで、自社の生産条件に合った設備構成を検討することが重要です。