①生産性向上とは？
「わかってるよ！！」と思われるかと思いますが、一度初心に振り返り一緒に確認していきましょう！
まず、企業にとっての生産性とは、“投入したインプット(材料や人など)によって、
どの程度のアウトプット（成果・価値）を生み出せたか”というものですよね。
つまり、生産性を向上させるためには、“アウトプットを維持したままインプットを減らす”か
“アウトプットを向上させる”かの2択となります。
そのためには、保有している資源を最大限に有効活用し、小さな投資でムダのない大きな成果を生み出す必要があります。
②生産性向上の手段
前項で、『生産性を向上させるためには、“アウトプットを維持したままインプットを減らす”か
“アウトプットを向上させる”か』と記載しました。
実際にその手段はどんなものがあるのか見ていきましょう。
・生産方式の改善
一言に生産方式といっても様々なものがあります。
個別生産方式、ライン生産方式、セル生産方式などなど、今行っている生産も、
生産方式の種類のそのいずれかに該当するはずです。
それら生産方式の手順を見える化し、工程解析を行うことにより、生産方式の改善を行うことができます。
どの作業にどのくらいの時間をかけているのか、材料の搬送にムダはないか、など、
現在の作業が、最大限のアウトプットを出せているのか確認し、改善することで生産性の向上につながります。
また、新たな生産方式にシフトするというのも１つの手段ですね。
・不良品削減、歩留まり向上
こちらは、おそらくみなさんが日々向き合っていることでしょう。
不良品削減、つまり品質の向上により生産数が上がることで、生産性を向上させることができますね。
歩留まり向上は、インプットである材料を有効活用し、インプットのムダを減らすことで生産性を向上させることができます。
どちらも設計者と話合う必要があります。現場、設計者、生産管理を交えてブレストを行うことで生産性向上を図ることができます。
・自動化ロボットの導入
自動化設備の導入は、イニシャルコストが大きく、そしてまた、初めての方には、
「人をロボットに代替するだけでしょ？」なんて思われる方もいらっしゃると思いますが、
様々なメリットをもたらしてくれるため、結果的に、”代替するだけ”以上の大きな成果を得られるようになります。
少し長くなってしまうため、次項に記載します！
③ロボットによる生産性向上
ロボットによる生産性向上によって得られるメリットは以下の通りです。
・品質の向上
ロボットは決められた動きを高精度で繰り返し行うことができます。
そのため、人手作業よりも精度が上がり、品質の向上、不良品の削減につなげることができます。
・稼働時間の向上
もちろんロボットは、疲れませんので、24時間だって働き続けることができます。（ちょっと可哀想ですが）
そのため、仮に人手作業と同じ作業スピードとなってしまっても、時間で補うことができます。
中には、人が働いている間は、ロボットは休んで、作業者がいない夜間に材料の補充をロボットが行う、
なんて体制をとっている企業もあります。
・教育の削減
人が変わるたびにその人に作業を教えなければならない。。。なんてことありますよね。
特に資材倉庫などでは、アルバイトやパートを配置していることも多く、人の入れ替わりが多いことが問題視されています。
ロボットに一度代替してしまえば、以降、辞めれれることも、なければ、その工程では作業者に教育を行う必要もなくなります。
教育は、人件費が大きく、教育の間の多くはアウトプットを得ることができません。
そんな教育をなくすことができるのは大きなメリットでしょう。
④生産性向上の秘訣
生産性向上向上の手段の中に、”生産方式の改善”と記載しました。
生産方式の変更は、作業者にも負荷が大きいのが事実です。
もし、何度も自分の作業のやり方を何度も変更されたら、みなさんはどう思いますでしょうか？
きっと度重なる変更により大きなストレスを感じますよね。
今まで記載したことは、論理的に解決する方法でした。
しかし、現場の活性化、つまり作業員のやる気を向上させることが秘訣だと私は考えています。
現場の作業員と密にコミュニケーションをとり、出来るだけ作業員がやりやすいと思う形を取ることにより、
集中力の向上、やる気の向上につながり、結果、生産性も向上します。
無駄話だって、やる気の向上に繋がるのであれば、無理に辞めさせる必要はないのかもしれませんね。
自動化設備の導入については、
肉体的、精神的負荷が大きい作業は、積極的にロボットを導入していきたいですね。
前述した、活性化にはやはり疲労削減が大きく繋がっていきます。
ロボットを導入することにより、作業員はエネルギーを蓄えることができ、
そのエネルギーを別のところで発揮してくれることでしょう！
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分解能（またはステップサイズ）、速度、およびトルクの両方に関するステッピングモータの性能は、構造の細部に影響されます。同時に、モータの制御方法にも影響を与える可能性があります。実際には、ローターとステーターの構成が異なるため、すべてのステッピングモータの内部構成（または構造）は同じではありません。
ローター
ステッピングモータの場合、基本的に3種類のローターがあります。
•永久磁石ローター：ローターは、ステーター回路によって生成される磁場に整列する永久磁石です。 このソリューションは、良好なトルクとディテントトルクを保証します。 これは、コイルが励磁されているかどうかに関係なく、非常に強くはないですが、位置変化を阻止することを意味します。 このソリューションの欠点は、他の種類に比べて速度と分解能が低いことです。
•可変リラクタンスローター： ローターは鉄芯で出来ており、磁場に整列する独特の形状をしています。このソリューションを使用すると、より高い速度と分解能を達成することが簡単になりますが、発生するトルクが低くなり、ディテントトルクがなくなります。
•ハイブリッドローター：この種類のローターには独特の構造があり、永久磁石型と可変リラクタンス型とのハイブリッドになります。ローターには、歯が交互に配置された2つの柱頭があり、軸方向に磁化されています。この構成により、モータは永久磁石型と可変リラクタンス型の両方の利点、特に高分解能、速度、およびトルクを持つことができます。この高い性能はより複雑な構造を必要とするため、高いコストを必要とします。図3に、このモータの構造の簡単な例を示します。コイルAが励磁されると、Nに磁化された柱頭の歯がステーターのSに磁化された歯に整列します。同時に、ローター構造により、Sに磁化された歯はステーターのNに磁化された歯に整列します。実際のモータはより複雑な構造をしており、ステッピングモータの動作原理は同じですが、図に示されているものよりも歯数は多くなっています。歯数を多くすると、モータは0.9°までの小ステップサイズを実現できます。
ステーター
ステーターは、ローターが整列しようとする磁界を生成する役割を持つモータの一部です。 ステーター回路の主な特性には、相数と極対の数、および配線構成が含まれます。 相数は独立したコイルの数ですが、極対の数は、各相が主たる歯の対をどのように使用しているかを示します。2相ステッピングモータが最も一般的に使用されますが、3相および5相モータはあまり一般的ではありません。
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1.人手不足の解消
製造業に携わっている皆さんであれば、「協働ロボット」という言葉をこのところメディアで見聞きする機会が増えていると感じているのではないでしょうか。
なぜこれほどまでに「協働ロボット」が注目されるのでしょう？
協働ロボット導入の大きな理由のひとつが、製造業における「人手不足」です。「求人しても人がなかなか応募者が集まらない」「苦労して採用しても長続きしない」お話させていただくと、そんな声が経営者から聞こえてきます。
帝国データバンクの調査によれば、大企業でも人手不足感が強まっており、その影響を受け中小企業の人材確保がさらに難しくなってきているようです。また人材確保、維持のためには賃金を上昇させなければならず、それがコストアップにつながり収益を圧迫し始めている状況がうかがえます。
特に製造業における単純作業や「熱い、重い」といった過酷な作業の現場では人材確保が深刻な問題となっていますが、この状況は今後も続くことが予想されています。企業にとっては抜本的な対策が求められているのです。その意味で、ロボットは黙々と働いてくれる仲間的存在であり、活かし方次第で人材確保の苦労から解放され、経営に専念することができます。
また中小製造業にとっての「人手不足」の原因はそれだけではありません。
背景には「生産年齢人口の減少」があります。
生産年齢人口とは、人口統計で生産活動の中心となる16歳以上65歳未満の人口を指しますが、少子高齢化の進行により、我が国の生産年齢人口は1995年をピークに減少に転じ、総人口も2008年をピークに減少に転じています。この傾向は今後も続き、中小企業にとっては人手不足解消がますます重要な経営課題になることは間違いありません。
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「3Dプリンターがあれば色々できる。製造工程に大きな変革をもたらすことができる。」
それは感覚ではわかっていても、具体的にどう使えるのか知りたい方に、3Dプリンターの用途を整理しました。
3Dプリンターを購入する際は、「今したいこと」に限らず、今後考えられる3Dプリンターの使い道についてイメージしておくと良いでしょう。
実際に3Dプリンターを導入すると「あれも3Dプリンターが使えないか」「この使い方はできないか？」と、発想も適用の範囲も拡がるものだからです。
そのためにも、下記でご紹介する3Dプリンターの特性の把握から行うことをお勧めします。
押さえておきたい3Dプリンターの３つの特性
3Dプリンターは産業界に革新をもたらす技術です。しかし、何でもできる魔法の道具ではありません。
用途をズレなくイメージするには、前提として3Dプリンターの特性について知っておくことが助けになるでしょう。
１．3Dプリンターはものづくりの時短に向いている
これまで専門の加工事業者に依頼する必要があった試作が自社内で可能になります。外注費、コミュニケーションコスト、出来上がりを待つ時短は効率化につながります。
Point. 3Dプリンターは１回の造形に数時間掛かる
3Dプリンターに3Dデータを読み込ませてから造形物が完成するまで、短くても(形状にもよりますが)数時間程度要するものが多いです。
そのため、量産には向かないことは留意しておきましょう。
２．3Dプリンターで造形できるサイズは20～30cm四方程度が標準的
3Dプリンターは装置の中で造形物を出力します。
皆様おなじみの紙のプリンターにA4サイズ・A3サイズ対応の機種が存在するように、3Dプリンターも機種によって扱える最大サイズが決まっており、20cm～30cm四方のものが標準的と言えるでしょう。
Point. 大サイズ造形には専用の3Dプリンターがあります
大きなサイズを造形できる3Dプリンターでは、一辺が1mを超えるサイズの造形物を「高精度に」作れるものもあれば、最大高さ1.8mを「高速に」造形できる機種などが存在します。
３．3Dプリンターで使える材料は多種多様
3Dプリンターは、産業界のニーズを満たすために様々な材料を用いることができるよう発展してきました。
PLAのような安価な素材から、ABS樹脂のような熱に強いプラスチック、ゴムのような柔軟性のある素材、透明なクリア素材、耐薬品性、耐熱性のあるスーパーエンプラに、ステンレス、銅、インコネル等の金属、高強度のカーボン入りナイロンまで。
形を再現するだけが3Dプリンターの用途ではないということを感じていただけるかと思います。
3Dプリンターの主な用途
では、3Dプリンターが多く活用されている用途についてご紹介いたします。
製品開発における試作に
これまで3Dプリンターが最も活用されてきた分野と言っても良いでしょう。
製品開発時、実際にモノとして作ることで、外観、使いやすさ、安全性、機能性、耐久性、組み立てしやすさ等、あらゆる面で段階を追って、いくつも試作が成されると思います。
製品企画時におけるデザインイメージの具体的な確認、基本仕様・デザイン検討といった製品開発の上流工程から、材料や部品の組み合わせといった細部のすり合わせまで、3Dプリンターは活用されています。
従来の試作方法の課題
ひとつの製品が形になるまで、何回も試作が繰り返し行われます。
例えば試作金型を外注に出すにも1度の依頼で数十万円からの費用と、数週間～数カ月のリードタイムを要してしまっては、設計者やデザイナーが納得のいくまで試作を繰り返すことは難しくなります。また、製品開発のスケジュールが外注依存になってしまい、外注先が繁忙状態の場合待たされてしまうこともあるでしょう。
3Dプリンターの登場で変わる製造現場
この外注費をカットでき、帰り際にセットすれば翌朝できているというリードタイムの圧倒的な短縮、そしてコミュニケーションコストの削減は製品開発のシーンを一変させるパワーがあります。
FDM方式であれば、形状確認だけでなく、実製品と同じ材料を使用した機能性の確認まで行うことができます。
新製品の投入サイクルの短縮化を求められるシーンにおいて3Dプリンターの導入は非常に有効で、その目的で導入されている企業が多くあります。
また、金属造形物の試作についても同じです。
最新の金属3Dプリンター、特にBMD方式のものはかなり技術が進歩し、金属3Dプリンターの弱点を克服しています。
数年前に金属3Dプリンターを導入検討したが使えないと判断した企業でも再度検討してみていただきたいと思います。
デザインがより価値を持つ世界に
近年デザイン性の高い製品が多くなったと感じていますが、その裏には3Dプリンターの活躍があります。
技術のコモディティ化が進んだ現代、製品の大きな差別化要因としてデザイン面が注目されるようになり、デザインの価値は年々高まっています。
デザイン性の高さからファンを集める多くのメーカーで形状だけでなく、色や質感までリアルに表現できるマルチマテリアル対応の3Dプリンターのニーズが高まっています。
開発スピードを高める
3Dプリンターがあれば試作開発のスピードがアップします。
試作を外注に出す、粘土などの加工できる材料で手作りする、といった手間も時間も掛かる工程から解放されます。
コンセプト確認のレベルを高める
3D CADで描いたイメージをコンセプト確認時点で立体物として手に取ることができれば、議論の精度も高まり、手戻りも減ることでしょう。
近年の3Dプリンターでは、完成品と見紛う程のリアル造形が可能な機種も出ています。
フルカラーかつ、硬質・軟質・ゴム・半透明の材料を複数組み合わせて様々な質感を造形できる3Dプリンターは、デザインにこだわりのある企業の製品企画部門・デザイン部門様で人気です。
外注や工場に依頼せずとも、デザインオフィスだけで完結できるところも魅力と言えます。
デザイン情報漏洩を防ぐ
デザインによる差別化を行う上で、製品デザインが公開前に流出することは避けなければなりません。
デザインに関わる情報漏洩リスクを抑制するために、試作を外注せず社内の3Dプリンターを使って行うケースも増えています。
治具・工具での利用
3Dプリンターでは、生産に必要な治具・工具を造形することも可能です。
BMW社ではエンブレムの取り付け治具を、金属からストラタシスのFDM方式で造形した治具に切り替えました。
これにより、軽量化や人間工学に基づいた「作業しやすい」形状の治具を実現し、モデルチェンジがあってもデータ修正だけで簡単に作り直すことができます。
他にも、特注の置き治具や工具のパーツ、樹脂型など、いざという時に「あったら便利」なものを造形できます。
例えば、メインの用途が試作だとしても、3Dプリンターが空いているときに別の活用もできるのです。
最終製品（部品）での利用
一昔前では、3Dプリンターで最終製品を造形するのは厳しい状況でした。
しかし、技術の進歩と時代の変化から、最終製品での3Dプリンター活用が現実的な選択肢として選ばれてきています。
少量多品種生産に
例えば、航空機は何万、何十万機と量産するものではありません。
しかも、１機で数百万点の部品が使われると言われ、小ロット多品種なパーツが必要となります。
ボーイング社やエアバス社では部品の一部を3Dプリンターで製造することでコスト抑制・効率化と軽量化を実現しています。その点数は数万点に及ぶとのことです。
廃版になった製品の保守パーツ
製品の製造終了後も、保守部品を規定の年数供給することは、メーカーにおける負担になっていることと思います。この保守部品の在庫管理や、部品を製造するための金型の保管・管理のコスト、都度発生する採算の取れない少数製造コスト、それに関わる物流コストもばかになりません。
3Dプリンターの活用で「必要なときに、必要な分だけ」出力することができれば、大きな負担軽減になるでしょう。
また、メーカー側で保守部品の供給も終了している製品については、ユーザ側が形状を三次元測定し、その形に合わせて3Dプリントすることで製品の延命に用いるといったことも、実際に行われています。
3Dプリンターだからできる構造の実現
3Dプリンターは中空構造が容易に実現可能です。
また、CAE技術と相性が良く、強度を保ちながら軽量化することもできるでしょう（トポロジー最適化）。
従来の加工技術では実現不可能な形状も、3Dプリンターであれば実現できるものもあります。
複数種類の素材を同時に用いる3Dプリンターでは、アッセンブリ加工でも実現できない形状・組み合わせで造形することも可能になります。
そのような3Dプリンターだからこそ実現できる形状・特性を利用する製品設計に取り組んでいる企業もあります。
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ブラシ付き・ブラシレスを問わず、DCモータは「起動トルクが大きい」「高速回転が可能」といった特徴があり、さまざまな用途で利用されています。なかでもブラシレスDCモータは、ブラシ付きと比べて長寿命でメンテナンスの手間がかからず、静音性が高いモータです。
ブラシレスDCモータは、どのような分野で活用されているのでしょうか。ここでは、分野ごとの用途例を紹介します。
ブラシレスDCモータの特徴とメリット
まずは、DCモータとはどのようなモータなのか簡単にご紹介します。DCモータは直流電源を使用するモータです。「高速回転が可能」「起動トルクが大きい」などの特徴があり、電圧に応じて回転数やトルクの制御もできます。
DCモータは、ブラシという電極の有無によって「ブラシ付きDCモータ」と「ブラシレスDCモータ」の2種類に分類されます。ブラシ付きDCモータはブラシと整流子を備えていますが、これらは消耗品のため「寿命が短い」というデメリットがありました。一方ブラシレスDCモータは、その名のとおりブラシがありません。モータ内部の磁気センサで検出した信号をもとに、駆動回路のトランジスタをオンまたはオフにすることでモータを回転させます。
つまりブラシレスDCモータは、消耗品であるブラシを使わずに電子的に電流の向きを切り替えることで、「高いメンテナンス性」「長寿命」という特徴を実現しています。さらに、ブラシ付きモータと比較して静音性が高いことが魅力です。
モータ音が小さくて静かなため、家庭用の電子機器などで静音性を向上させたものが多く展開されるようになりました。
一般家電分野や業務用電化製品分野における用途
生活している中でブラシレスDCモータを直接見る機会は少ないですが、私たちが普段から使っている家電製品の中にも多く採用されています。例えばエアコンや冷蔵庫。冷気や暖気を排出するためにファンが装着されていますが、そのファンを動かすためにブラシレスDCモータが採用されています。
同様に扇風機でも採用されるケースが増えています。扇風機の羽の回転は非常に早く、モータ音がしやすいことから、ブラシレスDCモータを採用して静音性が高く細かな風力調整ができるモデル展開もあります。
その他にも業務用電化製品に用いられるケースもあります。例えば、レーザービームプリンタの紙送り機能。ドローンではプロペラやジンバル制御。工具ではドライバーやのこぎりなどの回転。このようにブラシレスDCモータは非常に汎用性が高いモータなのです。
ブラシレスDCモータの導入事例
決め手はモータの変更だけではなかった。残された課題をクリアし機器をさらに小型化
厨房機器
提案を受け、暗礁に乗り上げた新製品開発が始動。開発費の抑制と製品の省エネ化を実現
冷凍冷蔵ショーケース
精密機器分野における用途
ブラシレスDCモータは、精密機器分野でも多く採用されています。メジャーなものとしては、パソコンやDVDなどに用いられるHDDやPCのドライブ、ブルーレイレコーダーなど。これらの要となる機能としてディスクの回転があります。ディスクを回転させるためのスピンドル部分に、ブラシレスDCモータが使われているのです。
日常的に使用されるものの多くは長寿命性が求められています。寿命が長くメンテナンス頻度が少ないブラシレスDCモータは精密機器分野で欠かすことのできない存在です。
車載分野における用途
ご紹介したようにブラシレスDCモータが採用されるケースは近年増えていますが、最も大きく採用を伸ばしているのが車載分野です。自動車を動かすためには、さまざまな電子機器が必要となります。主な用途例は次の通りです。
電動パワーステアリング用モータ
電動オイル分布用モータ
ヘッドライト光軸駆動用モータ
電動パーキングブレーキ用モータ
電動アクティブスタビライザー用モータ
ハッチ自動開閉用モータ
ドアロック用モータ
ドア開閉用モータ
シート冷却用ファンモータ
自動車には、運転手や同乗者はもちろん、歩行者や他の自動車などを危険にさらしてしまうリスクがあります。そういったリスクをできるだけ抑えるために、長寿命でメンテナンス頻度の少ないブラシレスDCモータが採用されるシーンが多くなっています。また、ブラシレスDCモータの高い静音性は、運転環境をより快適なものにします。
ブラシレスDCモータの特徴を活かした用途分野を把握しよう
ブラシレスDCモータは、ブラシを使用しないことから「長寿命」「メンテナンス性が高い」「静音性が高い」といったメリットがあります。この特徴を活かして、私たちの生活のさまざまな分野で利用されています。
家電などで日常的に使用される電子機器から業務用電化製品まで。その応用は多岐にわたります。そして最近では、快適性と安全性が求められる車載分野にも応用されるようになっています。自分たちの周囲でブラシレスDCモータがどのように活用されているのか、あらためて確認してみてはいかがでしょうか。
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