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Sep 19, 2023

クランクケース生産のクランクアップ

Una produzione di massa di motori di successo richiede la massima precisione

エンジンの大量生産を成功させるには、最大限の精密機械加工、信頼性、インテリジェントエンジニアリング、そして何よりも自動化が必要です。

製造プロセスエンジニアのシャノン・ウォルター氏と、年間数十万台の芝刈り機/トラクターのクランクケースが大量生産されているミズーリ州メリービルのカワサキ・モーターズ・マニュファクチャリング・コーポレーション・USA (KMM) のチームが、これを最初に証明することになるだろう。 。 精密機械加工の自動化の成果は、Kawasaki の最上位目標の 1 つである品質に大きく貢献します。

人気ブランドがひしめく消費者市場では、品質は決して小さな要素ではありません。 「当社の品質は市場で高く評価されているため、毎年当社の顧客は当社のエンジンをより多く求めています」とウォルター氏は語った。 そしてそれ以上のものを彼らは得ます。 「2022年には、私たちは再び前年比の生産記録を破る軌道に乗っています」と彼は付け加えた。 この成長により、カワサキは320マイル離れたミズーリ州ブーンビルに第2工場を開設した。

1989 年に設立され、米国でカワサキのエンジン製造を専門に行う唯一の事業所である同社は、約 1,000 人の従業員、900,000 平方フィート [83,613 平方メートル] 以上の製造スペース、および VMC に至るまでの驚異的な 470 台の CNC マシンを擁しています。 HMC から旋盤や洗浄機まで、主要ブランドの人物リストが特徴です。

カワサキのメリービル工場運営のもう 1 つの強みは垂直統合であり、製品の 95% (クランクケースのダイカストをはじめ) が完全に工場内で製造および組み立てされています。 これにより、すべてのエンジン部品 (クランクケース、シリンダー ヘッド、シャフト、カバー、フライホイール) の製造を最初から最後まで確実に管理できます。

最も効率的な製造業務であっても、需要の増加、労働力不足、顧客のリードタイムの​​短縮が引き起こす可能性のある課題を避けられるわけではありません。 これは、3 交代 7 日間の運用モードにもかかわらず、KMM の場合にも当てはまります。 新しい機械加工ソリューションが開発される前に、需要を満たすために年間 200,000 個近くのクランクケースの製造を外部委託する必要がありました。 コストを節約し、品質基準を維持し、ダウンタイムを排除するために、KMM はこの問題に対処するより堅牢な方法を模索しました。

「私たちは、オペレーターの時間とエラーを排除し、品質を完全に管理するという目標、つまり最大のビジョンを設定しました」とウォルター氏は述べています。 「私たちは選択肢を評価するために6人からなる委員会を設立しました。疑いなく、委員会はすべての道路が完全自動化につながると決定しました。」

Walter 氏によると、ロボットは当初、委員会のリストの上位にありました。主な理由は、KMM の既存の (半自動) CNC 加工ラインが 8 台の機械 (マルチパレット HMC、VMC) で構成されており、各ラインで 2 つのセルが 1 人の従業員専用だったためです。フルシフトで、重量 8.6 ～ 12.7 kg のアルミニウム クランクケースを手動で積み込む必要がありました。

「私たちは、完全な自動化がなければ容易に発生する可能性のある品質上の問題や、部品の置き間違いによるダウンタイムなど、状況とそれによって生じた問題を分析しました」とウォルター氏は説明した。 「目標を達成するには、ダウンタイムを排除し、既存の半自動ラインと同等以上の精度でエンジンを加工する完全自動化ソリューションが必要であると判断しました。」

各エンジンを完成させるという目標を考慮すると、数分以内に多くの穴、シリンダー、穴あけ、穴あけ、タップ加工、正面フライス加工が必要な機構が必要であるため、KMM は動的な技術が必要であることを認識していました。 この目的を達成するために、包括的な自動化の可能性を備えた高度な CNC マシニング センターのメーカーである Grob Systems Inc. に注目しました。

KMM が厳しい要件を発行した後、Grob は品質を確保し、ダウンタイムを排除しながらサイクル タイムを短縮する最善の方法を評価しました。 Grob チームは綿密な分析を実施し、1 ラインあたり 8 台のマシンで構成された 2 つのセルを 1 人が手動で部品をロードする (これには問題が山積していました) 代わりに、より良いソリューションは 2 つのセルに 4 台のマシンをラインに配置することであると判断しました。カスタム オーバーヘッド ガントリーは、ライン全体と各機械に自動的にロードおよび供給します。 その結果、KMM のサイクル タイム要件も改善されました。

「私たちは高精度とともに最高速度を達成しようとしていました。グロブ社は、その流出能力をデモンストレーションするために私たちをオハイオ州ブラフトンの製造工場に招待してくれました。これにより、目標よりも 5 パーセント以上早くサイクル タイムを短縮することができました。実際、私たちは「彼らはそれができるとは思っていませんでしたが、驚くべきことに彼らはそれを実現しました。私たちは非常に感銘を受け、彼らにうなずきました」とウォルター氏は語った。

2016 年後半、最初の Grob ラインがメリービル工場に設置され、KMM はクランクケースをクランキングしてレースに出発しました。 新しいラインは、Grob 自動オーバーヘッドローディング ガントリーを備えた 2 つのセルに配置された 4 台の G500 CNC マシニング センターで構成され、ラインの先頭にロードイン ステーションがあり、ラインの最後にクランクケースがホーニングされるステーションがあります。 、漏れテスト済み、洗浄済み。 セットアップに必要なワーカーは 1 人だけです。

このプロセスはダウンタイムを排除し、エンジンのスループットを向上させることに非常に成功したため、KMM は翌年に 2 番目の Grob ラインを発注しました。 それ以来、KMM は増え続けるエンジン需要に応えるために毎年新しいラインを追加してきました。 このラインは現在、工場の空洞状の設置面積の約 10 パーセントを占めています。

現在、8 台のマシン、2 セルの半自動ラインのそれぞれを手動でロードするのに 1 人の作業者を専任させる代わりに、KMM では 2 つのラインを担当する 1 人の作業者がいます。 これにより、手動による読み込みが大幅に削減され、ダウンタイムなしで正確な完成部品のスループットが大幅に向上しました。

「ラインを設置して以来、Grob のおかげで外部委託せずに社内で需要に対応できるようになり、これだけで年間 500 万ドル以上を節約できました」と Walter 氏は述べています。 主な利点は労働力とダウンタイムの削減であり、それが品質の向上にもつながりました。

「手動セットアップの数が減ったので、人件費が年間 160,000 ドル以上節約され、部品の置き間違いによるダウンタイムがなくなることでさらに年間 32,000 ドルの節約が実現しました。」と Walter 氏は続けました。 「また、この節約には、主要な機械コンポーネントが損傷した場合などに回避されるコストも含まれていません。また、サイクルあたりの時間の 5% 以上の短縮により、当社のエンジンの生産スループットが大幅に向上しました。」

また、Grob が KMM の労働力物流への取り組みを支援したことなど、他のメリットもありました。 ウォルター氏は、「メリービル工場で十分な労働者を雇用し、維持するのに苦労している。だが、グロブラインのおかげで、クランクケース機械加工エリアの人員を50パーセント削減しながら、需要に対応できるようになった」と語った。

システムの中心となるのは、ブラフトンにある同社の 400,000 平方フィート [37,161 平方メートル] の施設で製造される、Grob の堅牢でコンパクトな G500 5 軸 CNC マシニング センターです。 迅速なスピンドルの立ち上げ時間、2.6 秒の高速チップ間時間、および自動ガントリーローディングシステムを備えたこれらのマシンは、高生産性の 24 時間稼働に最適です。

精度に関しては、機械の直線軸の再現性は 0.0001 インチ [0.0025 mm] であり、これにより継続的な信頼性と精度が保証されるとグロブ氏は述べています。

水平スピンドル設計を利用することで、軸のベアリングがスピンドルとともに移動するため、Z 軸ストローク全体にわたって一定のフライス加工条件が維持され、切りくずは加工中の部品から落下します。

切りくずの制御と排出は他の方法でもさらに強化されます。 たとえば、部品はチップコンベアの真上で加工され、工具の交換は作業エリアの外で行われるため、工具交換時のチップの干渉が排除されます。 さらに、工具がスピンドルに挿入される前にブラシが工具シャンクを洗浄し、クーラントフラッシングシステムが切りくずを作業領域からコンベアを通して押し出します。

KMM のメンテナンス エンジニア、ゲイリー ウィルムズ氏は、「これらの機能はすべて、当社のような操業ではミッション クリティカルです。切りくずの山を除去するために加工を停止するという選択肢はありません」と述べています。 「ラインの残りの部分が稼働し続けている間、1 台の機械をロックアウトすることもできます。また、油圧および空気圧キャビネットへのオープンアクセスがあるため、メンテナンスが容易です。」と彼は付け加えました。

KMM の規模の大きな事業と、自動化加工プロジェクトに多額の投資を行う戦略は、両当事者間の高いレベルの信頼と自信、協力がなければ完全に実現することはできませんでした。 これには、必要に応じた迅速なサービスが含まれます。

「Grob の導入プロセス中のサポートには非常に満足しています。Siemens コントローラーに関しては私たちは積極的でした。Grob のスタッフは、支援が必要なときに傑出した対応をしてくれました。彼らのプロジェクト マネージャーとサービス エンジニアの取り組みについては、いくら褒めても足りません。グロブラインで私たちが抱えていたあらゆる問題や要望に対応してくれました」とウォルター氏は語った。

「さらに、工場が米国にあるため、機械にサービスが必要な場合でも部品を待つ必要がないと感じました。フルサービス能力は優れており、98% の確率で問題が発生しないことがわかりました。発生する可能性のある問題は、リモート診断サービスを使用することで解決できます」と Wilmes 氏は付け加えました。

そして、その時間をカワサキはさらに多くのクランクケースを作動させるために使うことができる。

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