今回紹介するプレスメーカーは、K工業株式会社です。同社はシート部品・ステアリングコラム部品などの自動車用部品を製造する量産プレスメーカーでありながら、自社でも高精度な金型を内製しているという特徴があります。また、プレス能力800ﾄﾝ級までの厚板・高強度、複雑・精密形状のプレス品であるシート機構部品等を生産できる技術と設備能力を保有しています。
1. 金型製造の特徴と強み
同社の金型製造における特徴と強みは次のような点です。
- 金型製造の全工程を3次元CADデータで扱う一貫体制
- 3軸・5軸マシニングなど、高度な工作機械を多数保有
- 量産部門で培った高い管理ノウハウを金型製造プロセスにも応用しており、社内・外販向けともに高品質の金型及び金型部品を製造
今回は、同社に対し筆者のコンサルティングで行った、3次元設計の有効活用法の一つであるコンカレントエンジニアリング導入の取り組みについて紹介します。
2. 3次元設計のあるべき3つの活用法
プレス金型設計においては、まだ2次元の設計で行うメーカーも多いのですが、3次元による設計もすでに多くのメーカーで使われています。しかしながら、想像線などによる図の省略が自由に効く2次元の作図と比べ、3次元設計は基本的にそこに存在するもの全てをモデリングしなければならないため、2次元設計よりも多く工数がかかる傾向にあります。そこで、設計工数そのものよりも、むしろ後工程での省力化により、3次元設計のメリットを発揮するという考え方が必要になります。
そのための有効活用法として3次元設計では次の3点に取り組むと良いとされていでしょう。
(1) 解析技術（シミュレーション）
(2) フィーチャー設計
(3) コンカレントエンジニアリング
(2) フィーチャー設計
(3) コンカレントエンジニアリング
（1）解析技術は、3次元モデルを利用して強度計算や塑性加工シミュレーションなどを行うものです。
（2）フィーチャー設計は、例えばキャップボルトやノックピンを3次元モデルのプレート上に配置すると、プレートのモデルにタップやリーマ穴、ザグリ穴など加工属性が付与されるといった機能のことで、後工程のCAMオペレーターの作業が省力・自動化される技術です。
（3）コンカレントエンジニアリングとは、例えば、①金型構造設計→②部品図作成→③CAMデータ作成→④機械加工→⑤仕上げ→⑥組付け→⑦トライといった工程において、各工程でそれぞれ一定程度作業が終わったところで、まとめて次工程に引き渡すといった順次方式ではなく、各工程を同時並行に進行させることで全体のリードタイム短縮を図る手法です。
従来の2次元設計では、金型の構造設計が完了してCAMデータ作成工程に引き渡す前に、まだ個々の部品図作成を行わなければいけないのです。さらに3次元CAM加工のある部品については、部品図を元に3次元モデリングも行わなければならないのです。
ところが3次元設計であれば、部品の設計も構造設計と同時に完了するため、速やかにCAMデータ作成工程に引き渡すことができます。そのため、3次元設計はコンカレントエンジニアリングに向いていると言われています。特に短納期にこだわるメーカーでは、金型構造部の詳細設計の前に、パンチ・ダイなど意匠面部品などの3次元CADモデルを先に後工程に引き渡すといった同時並行作業をとる事例もあります。
このコンカレントエンジニアリングの採用により同社は工作機械の稼働率を引き上げ、①金型全体の製造リードタイムの短縮により金型受注面数を増やす、②外販向け金型部品の受注売上を増やす、といった取り組みにより課題であった部門目標売上の達成を目指すこととなりました。
3. コンカレントエンジニアリングの内容
前述した、①金型構造設計→②部品図作成→③CAMデータ作成→④機械加工→⑤仕上げ→⑥組付け→⑦トライといった工程において、筆者が同社の金型製造プロセスを診断したところ、③CAMデータ作成→④機械加工の工程間のリードタイムにまだ伸び代があると感じました。
これまで同社ではCAMオペレーターが一定数の部品のデータ作成を行った後、次工程に引き渡す「作り溜め方式」で行っていたため、設計後、機械加工がスタートするまでに一定の日数が経過していました。
そこで今回の改善では、設計後から機械加工開始までの期間を限界まで縮めるため、CAMオペレーターは早ければ、設計担当からモデルデータを受け取ったその日もしくはその翌日の夜間から、加工を開始できるようデータの作成、準備を行うこととしました。
データ作成が一定量進んできた段階で、日中にも機械加工を入れていくのですが、まずは夜間と週末のスケジュールについて、1週間から2週間先まで優先して着手計画を埋めます。筆者はこれを新幹線のような「座席予約方式」と呼んでおり、計画的に夜間・週末の時間を有効に使い切るため必須の措置だと考えています。
4. コンカレントエンジニアリング導入のポイント
今回のポイントになった点は、次の3点です。
- 緻密な着手計画を立てるため、個々の部品の加工工数を精度よく見積もること。
- 同社の金型は保全性を高めるための入れ子構造が多く、比較的小さな金型部品（以下「小パーツ」）が多い。小さな部品は加工時間が短いため、本来長時間の無人加工には向かないが、その対策を図ること。
- 機械オペレーターは、前工程への多能工化としてCAMデータ作成にも参画し機械稼働率を高め、さらに後工程への多能工化として、加工後部品の仕上げ・組み付けにも参画し、工程全体のリードタイム短縮にも貢献する。
着手計画の見積もりについては、量産プレスの管理で培った緻密な実績管理を行うことで見積もり精度を高め、CAMデータ担当者の協力も得ながら、着手計画の仕組みを作ることができました。
また小パーツの無人加工については、同社はパレットチェンジ仕様の横形・立形のマシニングなど、複数部品の無人加工に適した機械を設備しており、これを若手の機械オペレーターがプログラム改善などを行い、多数個の小パーツを長時間無人加工できる仕組みを作ることができました。
多能工化については、3次元CADデータを全工程で一貫して扱う同社においては、例えばプレートの穴あけのような平面的加...
工であっても、CAMは3次元仕様のソフトを使うことになり、一般的な2次元CAMよりも習得のハードルは高くなりますが、同社の機械オペレーターは、高いチャレンジ意欲でこれを習得し多能工化を図っています。
5. 外販向けの金型及びパーツ品の受注拡大
こうして同社では、コンカレントエンジニアリングの取り組みにより、機械加工工程は従来よりも早いスタートを切ることができるようになり、これまで稼働率が高くなかった設備についても目標稼働率を実現できるようになりました。同社は今、外販向けの金型及びパーツ品の受注拡大に取り組んでおり、設計・機械加工などの技術をさらに多くの顧客に向け提供していくことを考えています。3次元CAD、パレチェン仕様のマシニング設備など高度な設備を、あるべき形でフル活用し、競争力を磨きあげていく同社に筆者は大きな期待をしています。
この文書は、『日刊工業新聞社発行 月刊「型技術」掲載』の記事を筆者により改変したものです。