管製造業者はデジタル技術を活用してインダストリー 4.0 を追求

短いサイクル時間はテクトニクスのレパートリーの中で最も重要な要素ではありませんが、役に立ちます。自動ローダー/アンローダーを備えたレーザー切断機は、サイクル時間を最小限に抑えます。

典型的な製造業者は機械、手持ち工具、コンピューター、ソフトウェアに大きく依存しているにもかかわらず、製造は人間中心になる傾向があります。原材料を半製品または完成品に変える多くのプロセスは、関係者のスキル、教育、専門知識に大きく依存しています。

購買担当者が材料を注文します。材料が到着すると、検査官は受け取った材料が本当に注文した材料であることを確認します。製造エンジニアは、部品を切断、穴を開け、打ち抜き、切り込みを入れ、曲げる一連の機械をプログラムします。機械オペレーターは、必要なマテリアルハンドリングとともにこれらの作業を実行します。溶接工やその他の熟練した人材が部品を結合してアセンブリを作成します。品質管理検査官は主要な寸法を測定し、アセンブリが顧客の注文に適合していることを確認するために目視検査を行います。最後に梱包担当者が梱包して発送します。 500個の注文の場合、スタッフはこのプロセスを499回繰り返します。

Quantum Digital Group (QDG) の子会社である Tectonics (ミシガン州ウォーレン) はかつてそのように働いていました。しかし、利用可能な最新のデジタル技術を使用することで、同社は本質的にすべてのやり方を変える変革を経験しました。同社はもはや工芸品メーカーではなく、デジタルエンジニアリングおよび製造会社になりました。デジタル技術を使用して、調達、エンジニアリング、製造、組立のあらゆる側面を調整します。また、クライアントとのやり取りを容易にするインターフェイスもデジタル化されています。

Tectonics のプロセスの中心となるのは、高度なエンジニアリングシステムの統合を可能にする独自のライブデータアーキテクチャであるデジタルスレッドです。自動化された製造。カスタムソフトウェア。ライブセンサー。そしてアルゴリズムと学習を改善、統合、導入できるプラットフォームです。

製造現場の担当者は依然としてかなりの重要なタスクを実行していますが、全体として、テクトニクスは人間よりもデジタルスレッドに大きく依存しています。購入代理店、品質管理検査官、スケジューラ、製造現場の監督者、および彼らが行うすべての仕事はどうなったのでしょうか? インダストリー 4.0 が彼らに起こりました。そして彼らが行うすべての仕事。

テクトニクスショップはデジタルショップです。

測定可能で定量化可能なデータは、アナログまたはデジタルの 2 つの方法で表現できます。名前が示すように、アナログは元の情報に類似していますが、デジタル技術は数値スキームと数学関数を使用して元の情報のレプリカを作成します。

写真は 2 つのテクノロジーの良い例です。アナログ画像の作成は、シーンをフィルムに転写し (フィルムを露光し)、フィルムを現像し、シーンを印画紙に転写することです。

デジタル写真では、何百万もの長方形または正方形 (ピクセル) に細分化されたカメラ内のセンサーがシーンをキャプチャします。各ピクセルは 1 つの色をキャプチャします。 14 メガピクセルのカメラは 1400 万ピクセルの光を捉えて記録します。カメラのソフトウェアは、1,400 万ピクセルのすべての位置のデジタルマップを作成し、それぞれの位置に関連する色を保存します。色は、たとえば、000-000-000 (赤-緑-青 [RGB] カラースキームでは黒)、または 255-255-255 (RGB 白) のように数字で表されます。カメラのソフトウェアによって作成されたファイル、1,400 万ピクセルのマップと各ピクセル位置に保存された色は、コンピューターにダウンロードしたり、電子メールアドレスに転送したり、プリンターに送信したりできます。

主な違いは、変更を加えることができるかどうかです。写真をプリントしたら完成です。シーンを編集することは不可能です。良くも悪くも、デジタルファイルは操作される可能性があります。

テクトニクスの執行副社長マイク・トリビオ氏（前列、左）と最高経営責任者のリー・スカンダラリス氏（前列、右）は、従来型製造からデジタル製造への移行を通じてチームを率いてきた。課題はハードウェアとソフトウェアをはるかに超えていました。「私たちは考え方から始めてインフラ全体を再構築する必要がありました」とトリビオ氏は語った。

昔、製図者は鉛筆と紙を使って版画を作成していましたが、これはアナログです。最近ではソフトウェアを使用してデジタルファイルを作成します。金属部品の完全なデジタルファイル。チューブの場合、材質、グレード、外径、肉厚、部品の長さ、曲げ角度、曲げ位置、寸法公差などの関連情報をすべて利用および抽出可能にします。 on - 地図であるという点で、写真のデジタルファイルのようなものです。ただし、単なる比喩的な地図よりももう少し多くの情報が含まれています。ドライバーを出発地から目的地まで連れて行くための指示が書かれています。適切なソフトウェアは、十分な原材料が入手可能であることを確認するために十分な情報を抽出できます (または、注文を満たすのに十分な原材料を注文できます)。注文を生産スケジュールに組み込む。個々の部品を製造するために機械をプログラムする。部品の寸法が正しいことを検証できるように、測定システムにデータを供給します。ライブデータを継続的に受信し、レポートと決定を行います。店内を移動する部品を追跡します。

従来の製造会社では、製造はアナログとデジタルが混在しています。注文書はインターネット経由で 2D または 3D ファイルの形式で届き、製造プロセスを実行する機械は大部分がデジタルコマンドを使用します。これらのアクションは、プログラマーによって作成され、マシンの制御システムに保存され、すぐに (または将来) 使用できるようにプログラムされたステップです。多くの企業は、製造現場で行われる多くの機能を結び付けるエンタープライズリソースプランニング (ERP) システムを使用しています。

注文書を受け取ってから顧客の注文を製造するまでのステップは何ですか? これらは通常、脳力に依存するアナログなステップです。印刷物を読み、コンセプトから完成したコンポーネントに至るまで徹底的に考え、各ステップを製造プロセスに変換し、機械プログラムを開発することは、舞台裏 (より正確に言えば、耳と耳の間) で行われます。注文書が不完全または曖昧であると、すべての詳細が決定するまで、注文を受けた営業マンと注文した顧客の間で電話でのやりとりや少量の電子メールのやり取りが開始されることがよくあります。

暫定的なステップは、頭脳ではなくソフトウェアとハードウェアによって実行できますか? テクトニクスは、デジタルテクノロジーを中心とした変革的な考え方を採用することで、それが可能であることを証明しました。

複雑な部品の製造は芸術とみなされ、チューブの製造は黒魔術とみなされます。適切な公差でコンポーネントを製造するために必要なプロセスを開発し、プロセスが効率的に実行されるように計画することは、一般に、数十年とは言わないまでも、何年もこの業界に携わってきたエンジニアの創造性と問題解決の知識に依存します。これらのプロセスの多くは直感と経験に依存していますが、自動化できるでしょうか? テクトニクスのエグゼクティブバイスプレジデントであるマイク・トリビオ氏は、このことを二言で肯定的に要約しました。

「それは数学だ」と彼は言った。

「当社の顧客は自社の製品に対して独自のビジョンを持っています」とトリビオ氏は語った。「グラフィック、プラットフォーム、ブース、イベントのいずれであっても、私たちの目標はそのビジョンを完全に理解し、それを素晴らしい現実に変えることです。」言い換えれば、Tectonics の顧客は、設計され構築されたものを必要としています。多くの場合、プロジェクトはビジュアル要素とそれをサポートするフレームワークで構成されます。それは、適度な規模の小売販売ディスプレイ、展示会用の 20,000 平方フィートのブース、あるいはその中間のようなものかもしれません。

「当社の製品は、アルミニウムチューブや押出成形品、デジタル昇華型繊維、ポリマーサブコンポーネントなど、設計設計されたいくつかのコンポーネントを合成したものです」とトリビオ氏は述べた。「私たちは、いくつかの処理技術によって作成されたさまざまな素材のコンポーネントがすべてデジタルエコシステムに集まる世界を想像しました」と彼は言いました。同氏は、結束力が重要な要素であり、シームレスな結果につながるプロセスの相互接続性を強調していると付け加えた。

「私たちはエンジニアリングと製造に対する新しいアプローチを作成し、あらゆる細部を確実に捕捉する必要がありました」と彼は言いました。「機器とソフトウェアは役に立ちますが、変革の鍵は私たちの考え方の変化でした。」

考え方の変化は、所有者の変化とともに起こりました。所有権の変更は、リー・スカンダラリス最高経営責任者（CEO）が設立したQDGによるテクトニクスの買収によるものだった。自動車業界のベテランであるスカンダラリス氏は、キャリアの初期を合併・買収に費やし、自動車サプライチェーンで苦境に立たされている企業の立て直しを支援しました。別のベンチャーを探すために、彼は典型的な起業家の道を歩み、ガレージで会社を設立しました。彼の場合、それは消費者製品に印刷パターンを適用する印刷会社であり、デジタル製造方法を早くから採用していました。

Tectonics の BLM 製品であるチューブベンダーは、右手と左手の曲げ、マンドレルの曲げ、固定半径と可変半径の曲げ、スタックツールなど、考えられるほぼすべての機能を備えています。

デジタル技術のみに依存した彼の印刷会社は QDG のモデルとなりました。発注書もデジタルであり、印刷プロセスもデジタルであり、したがって会社もデジタルでした。それは基本的なもので、プロセスは 1 つだけでしたが、それは始まりでした。 QDG を作成した後、彼は買収先を探し、それぞれの企業にデジタルモデルを導入しました。当グループは、B2B販売モデルとB2C販売モデルの両方を使用して、製造、流通、消費者製品、自動車、印刷、特殊化学品などの多くの業界にわたって投資を行ってきました。さまざまな投資にもかかわらず、変わらないことが 1 つあります。それは、QDG のデジタル変革への取り組みです。コンセプトは単純だが、実装は難しいとスカンダラリス氏は語った。

「デジタル変革やインダストリー 4.0 への移行を完了しようとしている企業に関するデータを見てきました。調査によると、デジタル変革を完了する成功率は 10% と低いことが示されています。デジタル変革は、進歩的な変革の考え方の中で開始し、維持する必要があります。」」とスカンダラリス氏は語った。「成功するリーン企業はリーンな考え方を持っていますが、インダストリー 4.0 で成功する企業はインダストリー 4.0 の考え方を持っている必要があります。」

Toribio 氏の見解では、同社は 2D 図面から派生した展示品を作成する会社でしたが、現在はデジタルプロセスを開発し洗練させたエンジニアリング会社であり、そのプロセスをテキスタイルプリントと製造という 2 つの主要な専門分野に使用しています。

企業秘密よりもテクノロジーに重点が置かれています。

1965 年、シボレーは単一モデル、由緒あるインパラを 100 万台以上販売しました。それは単なる長いパートの実行ではありません。当時、このモデルはシボレーの生産台数の約半分、米国で生産される自動車全体の 11 パーセントを占めていました。シボレーがプロセスを調整したら、できる限り速く製造することが問題でした。

テクトニクスはスペクトルの対極にあります。プロジェクトの多くはカスタムメイドであるため、アセンブリを作成するために 1 つのパーツを数十回繰り返す場合がありますが、テクトニクスでは長時間にわたるパーツの実行になります。もちろん、部品を迅速に製造したいと考えていますが、生産速度は生産の多様性ほど重要ではありません。過去 10 年間にわたり、スカンダラリス氏はデジタル製造が業界をどのように変革してきたかを観察してきました。最近では、テキスタイルプリントにおけるこの効果を目撃しており、この分野に関連する最大の産業であるファッションに精通しており、製造業ではほとんど理解できない在庫回転についての視点をもたらしています。

同氏は、典型的なファッションのライフサイクルを例に挙げ、「衣料品店の在庫の通常の入れ替えには何年もかかることがある」と述べた。「インダストリー4.0の手法を採用するファストファッション企業は、マーチャンダイジングプロセスを迅速化して、製品をデザインから店舗まで最短3週間で届けています。超高速のオンデマンド生産の実現は、企業だけでなく業界全体を変革します」と同氏は述べた。。

その点に到達するには、テクノロジーを理解し、それを統合することが重要であり、それが QDG の強みです。

テクトニクスは、繰り返しの命令や同じ古いことを継続的に行うことを示唆するあらゆるものに警戒しています。その仕事の多くは独自のものであるため、この動的な環境では、新しい設計を簡単に実行できるプログラム可能な機器が必要です。

これらはいずれも、各プロセスの各ステップをどのように実行するかについてよく考えられた計画を立て、それを実行するための機械とソフトウェアの組み合わせに投資しなければ不可能です。言い換えれば、計画はビジョンに基づいています。残りは、ビジョンを完成まで見届けるツールキットです。テクトニクスツールキットの最大のツールはソフトウェアです。一部は購入して実装されました。その一部は、実装前にテクトニクスのニーズに合わせてベンダーによって変更されました。そしてその一部は独自のものです。 Toribio 氏は、さまざまなソフトウェアの役割を、十分に潤沢なエコシステムにおける階層として説明します。

テクトニクスでは、切断および成形プロセスの使用に加えて、フライス加工を使用して追加の機能を提供し、金属チューブに質感を与えます。

「すべてはクライアントのビジョンを設計された 3D ソリッドモデルに変換することから始まります」と彼は言いました。「1 つのモデルには何百もの個別のパーツが含まれており、常に数十のモデルが動作します。」言い換えれば、同社は部品を体系的な順序で処理していますが、部品を注文ごとにグループ化しているわけではありません。製造工程ではさまざまな注文の部品が混在します。

「当社のソフトウェアシステムは、各モデルを個別の部品に自動的に分離し、さまざまなプロジェクトからの同様の部品がネットワーク内の共通のデジタルハイウェイを流れるようにします」とトリビオ氏は述べています。「一度に 1 つのジョブやプロジェクトを追跡したりバッチ処理したりするのではなく、設計された日から各個別部品を追跡します。個々のジョブの指標は追跡しますが、今では材料を最適化し、無駄を削減するためのデータ、センサー、忠実度を手に入れています。「動きを追跡し、位置データをリアルタイムでクライアントに報告します。私たちは推測に頼らず、クライアントはその透明性を気に入っています」と同氏は語った。

それは、完全に統合されたシステムを開発するだけでなく、堅牢であることも重要です。

「私たちは、ロジスティクス、エンジニアリング、製造ソフトウェアシステムの広範囲かつ複雑さを正確に処理し、リアルタイムで何が起こっているかを簡単に提供できるよう、カスタム管理情報システムを構築しました。」とトリビオ氏は続けました。

ハードウェアは、テクトニクスツールキットの中で次に重要なツールです。適切な機器を探す際、スタッフは機能、多用途性、および異種システムと統合できる機能を探しました。ただし、ハードウェアは最も重要な側面ではありませんでした。彼らの主な関心は、信頼できるパートナーとなるベンダーを見つけることでした。 Tectonics はさまざまな業界のテクノロジーを使用しているため、経営陣は Tectonics のビジョンを共有するベンダーを探しています。同社が機器サプライヤーを探す際に最も重要な基準はパートナーシップです。

「ほとんどの人は、私たちが使用している機器の種類を見ると、私たちがおかしいと思うでしょう。テクノロジーが多くの点で業界に依存しないことを彼らが見て理解できれば、状況は変わります。私たちは世界クラスの自動化製品メーカーである Emmegi と提携しました。窓開け業界で使用される押出加工機、同様に、金属製造業界向けの世界クラスのチューブレーザーおよび曲げ機械のメーカーである BLM と提携しました。当社の BLM LT7、3 キロワットのチューブレーザー、BLM E-Turn52ベンダーであり、Emmegi Quadra L2 は私たちの業界で通常使用されるマシンではありません」とトリビオ氏は言いました。

「興味深いことに、これらの資産はクラス最高であることで世界的に有名ですが、私たちはこのような理由でこれらを選択したわけではありません」とトリビオ氏は述べた。「むしろ、BLMとEmmegiが私たちとともに飛躍し、私たちのビジョンを共有してくれたことが主な理由で、私たちが彼らを選んだのです。」

トリビオ氏は、依然として道を塞ぐようないくつかの障害物に遭遇し、速度を低下させるいくつかのスピードバンプを通過しなければならなかったことを否定しませんが、パートナーシップの強さがそのような課題を乗り越える重要な要素であったと主張しています。

「真のパートナーがいれば、あらゆる障壁は克服できる」と彼は語った。それは意見のように聞こえるかもしれませんし、さらに悪いことにありきたりに聞こえるかもしれませんが、どちらでもありません。

「それが私が信じていることです」とトリビオ氏は語った。それは彼と QDG が達成してきたことでもあります。

クライアントのプロジェクトが形になります。山脈の頂上に似た鋭角は、チューブレーザーで作られたため、切断が容易で、優れたフィット感をもたらしました。

「Carbon® Inc. との積層造形 [AM] イニシアチブは、もう 1 つの確かな例です」と彼は言いました。「AM が何十年も前から存在していることは誰もが知っていますが、なぜそれが約束されているほどの注目を集めなかったのでしょうか?」その可能性は、従来の部品をAM製の改良部品に置き換えるよりもはるかに大きいと同氏は述べた。

「私たちはこのテクノロジーを研究しましたが、たとえばピース価格について決して小さく考えたことはありません。ピース価格は重要ですが、世界のどの競合他社よりも早くイノベーションを起こす能力よりも重要なのでしょうか?」トリビオは言った。「これにより、テクノロジーの観点から私たちが行っていることを完全に再考することができ、過去から先を見据えるのではなく、今から先を見据えることができました。私たちにとって、AM に対するこの視点は、以前は想像もできなかった概念を解き放ちました。」

Toribio 氏の見解では、Tectonics は AM に真っ先に取り組んでおり、他の製品メーカーでこれを行っている企業は、たとえあったとしてもごくわずかであるとかなりの確信を持っています。

「多くはプロトタイピングや一回限りの部品の製造を行っていますが、テクトニクスはフルレートでジャストインタイムの生産部品に AM を使用しています」と彼は言いました。

チューブの製造やテキスタイルの印刷と同様、その基盤となるのは信頼できるパートナーとの協力です。

イノベーションの起源に関する最も有名な引用の 1 つは、デトロイト地域で成功を収めた別の起業家、ヘンリー・フォードによるものです。「もし人々に何が欲しいかを尋ねていたら、彼らは『より速い馬』と答えるだろう。」フォードは本当にこれを言っていますか？それはありそうにありません。彼は内燃機関を発明したわけでも、最初の自動車を作ったわけでもありません。したがって、馬に代わるものを作ったわけでもありません。

この言葉を誰が思いついたかは関係なく、顧客が本当に望むものを提供することの価値を示しています。本当は別のものが欲しいのに、あるものが欲しいと思っているかもしれません。たとえば、マニュアルトランスミッションが標準だったとき、一部のドライバーはクラッチとスティックをほぼ連続的に使用する煩わしさを軽減したいと考えていたかもしれません。彼らが本当に望んでいたのは煩わしさをなくすことでしたが、当時オートマチックトランスミッションが存在しなかったとしたら、誰がそれを求めると思いますか？

テクトニクスの目標は、顧客がその存在を知らなくても、顧客が望むものを提供することです。その過程で、顧客は品質を求めます。各工程の品質、各部品の品質、各アセンブリの品質。

「切断長さ、曲げ角度、その他の特徴にはそれぞれ公差があります」とトリビオ氏は言う。「これらは事実であり、意見ではありません。私たちはクライアントの目を見て品質を約束することができ、それを実現できると確信しています。」

同社はいくつかの最新テクノロジーを導入する前に、品質向上の候補となるいくつかの部品やアセンブリを製造していました。たとえば、典型的なアセンブリは、長く大きく湾曲するように結合されたいくつかのセクションで構成される管状フレームでした。これらのフレームは見た目は良かったのですが、素晴らしいものではありませんでした。よく見ると、典型的なフレームは、長く途切れることのない 1 つの弧を構成しているのではなく、実際には一連の弧であり、組み立てが困難であることがわかりました。スカンダラリス氏は、顧客はより使いやすいファスナーを求めていた、それだけだ、と語った。テクトニクスは、より包括的なソリューションを模索しています。曲げプロセスの制御が向上したため、ユニットが単一の連続した円弧のように見え、組み立てが容易になりました。その時点での疑問は、「留め具をなくすことはできるか?」ということでした。

MC2 によって設計および製造され、Tectonics によって製造された、これらの 2 インチの体験。作成されたチューブインフィニティリングはすぐに忘れられることはありません。

テクトニクスはファスナーを廃止する準備がまだ整っていないかもしれないが、同社が保有するファスナーと、それらを使用する理由を再評価するには良い立場にある。同社は、大幅な設計の自由度を提供する AM システムの導入を進めています。

「積層造形により、設計者はコンポーネントを交換するのではなく、コンポーネントを更新できるようになります」とスカンダラリス氏は述べています。アップデートは必ずしもマイナーな改訂を行うことを意味するのではなく、むしろオーバーホールを意味します。ファスナーの場合は、ファスナーの機能を見直し、無駄なものを排除することです。 AM は大胆な新しい設計を促進し、従来の機械やツールによって課せられる制限によって制限されない機能を可能にします。スカンダラリス氏の見解では、多くの人がテクノロジーの機能を活用していません。

「ここは多くの人が船に乗り遅れている場所だ」と彼は言う。

顧客がより耐久性があり、取り付けが簡単なファスナーを望んでいる場合、Tectonics のような企業は、その用途に適した別のファスナーを探すことはありません。その代わりに、ファスナーなしでコンポーネントを組み立てられるようにコンポーネントを再設計することに努めています。

「金属を切断したり加工したりすることは考えていません」とトリビオ氏は語った。「私たちはリアルタイムのイノベーションについて考えています。」

高品質のアセンブリを構築するための重要な要素には、多用途性、精度、許容差があります。テクトニクスは、管状コンポーネントの製造にレーザー切断を使用するなど、これらの面で最新の装置に依存しています。しかし、テクトニクス社の見解では、機器ベンダー内で信頼できるパートナーを見つけることは、機器そのものよりも重要です。