Smart Assembly and Digital Manufacturing

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Smart Assembly and Digital Manufacturing

スマートアセンブリとデジタルマニュファクチャリングRobert B. Tilove, Technical FellowManufacturing Systems Research LaboratoryGeneral Motors R&D Center


概 要• 「スマートアセンブリ」とは何 かそしてなぜ 重 要 か?• 技 術 のギャップと 課 題– これに 関 連 したGMの研 究 開 発


業 界 動 向 はさらなる 技 術 革 新 を 迫 っている• 競 争 激 烈 な 消 費 者主 導 の 業 界 – 豊 富 なオプションが 求 められる• 製 品 ライフサイクルは約 5-6 年 (3 年 ごとに本 格 的 なマイナーチェンジ)•11 工 場 の 生 産 量 は年 産 2000 台 から30万 台 までいろいろ( 時 間 当 たりジョブ数 で10から 65 件 )


自 動 車 業 界 の 課 題 と 主 要 技 術エネルギー環 境安 全渋 滞 対 策高 度 な 駆 動 技 術高 度 な 材 料車 両 用 のエレクトロニクス・ 制 御 ・ソフトウェアテレマティクス求 め 易 さアジャイル 製 造 方 式


自 動 車 業 界 の 次 世 代 パラダイムを 創 る実 時 間 最 適 化(ウェブとの 類 比 性 )大 野 耐 一 のリーン 生 産 方 式( 生 鮮 食 料 品 ビジネス)ヘンリーフォードの 組 立 てライン( 食 肉 製 造 )ヘンリーレーランドの 部 品 互 換 性( 銃 砲 業 界 )実 時 間 情 報 の 利 用 可 能 性と 活 用 によって、 納 入 業者 から 製 造 プラントを 経て 流 通 チャネルに 至 る 価値 連 鎖 を 最 適 化 するという、「リーン」を 超 えた新 たなパラダイムが 生 まれている。手 作 りによる 製 造


製 造 の 世 界 における 不 連 続 的 技 術 革 新– センシングの 広 範 な 普 及– 通 信 の 広 範 な 普 及– 機 器 インテリジェンスの 広 範 な 普 及– サーボ 駆 動 の 広 範 な 普 及– シミュレーション/ 可 視 化 の 広 範 な 普 及実 時 間 製 造アジャイルバーチャル


製 造 R&Dの 方 向 再 設 定• 従 来 – 工 程 中 心 ( 鋳 造 、 機 械 加 工 、 成 型 )– 物 理 ベースのモデリング; 計 算 機 械 学 / 動 力 学 、 制 御 など.– 連 続 量 計 算– 操 作 に 重 点 - 「きれいさ」、 コンパートメント 化• 最 近 の/これからのシステム 的 アプローチ– システムズエンジニアリング、 計 算 機 科 学 、インダストリアルエンジニアリング、オペレーションズリサーチなど.– 離 散 事 象 シミュレーション ション (スループット) と 変 動 分 析 ( 品 質 )– 人 が 介 在– 統 合 に 重 点 - 「ごちゃごちゃ」


異 なる 素 材 の 溶 接 における 硬 化 歪 みのモデリング歪 みの 問 題 :• アルミと 鉄 鋼 の 溶 接 で、 硬 化 により 起 こる 歪み/ 溶 接 離 れが 観 測 された• 硬 化 歪 みの 情 報 はあまりない• 歪 みの 影 響 を 把 握 し 抑 えるため 予 測 モデルが必 要モデル 化 のアプローチ:• 重 要 となる 接 着 特 性 の 関 係 式 を 得 るため 実 験 を 実 施 ( 熱 膨 張 係 数 )• クーポンのレベルで 有 限 要 素 法 モデルを 作 成 し 検 証 (リベット/ 溶 接 混 成 ジョイントなど)Adhesive Adhesive Aluminum Rivet (Steel)AluminumSteel• 初 期 的 アプリケーション・スタディの 実 施Steel


Re-orientation of製 造 R&Dの 方 向 再 設 定• 従 来 – 工 程 中 心 ( 鋳 造 、 機 械 加 工 、 成 型 )– 物 理 ベースのモデリング; 計 算 機 械 学 / 動 力 学 、 制 御 など.– 連 続 量 計 算– 操 作 に 重 点 - 「きれいさ」、 コンパートメント 化• 最 近 の/これからのシステム 的 アプローチ– システムズエンジニアリング、 計 算 機 科 学 、インダストリアルエンジニアリング、オペレーションズリサーチなど.– 離 散 事 象 シミュレーション ション (スループット) と 変 動 分 析 ( 品 質 )– 人 が 介 在– 統 合 に 重 点 - 「ごちゃごちゃ」


スマートアセンブリシステムインテリジェントで ントで 融 通 性 高 い組 立 てプロセス、 設 備 機 器 、ツール遍 在 的 で 一 貫 性 のあるバーチャル 機 能アクション 可 能 な 実 時 間 データインフラ:標 準 と 相 互 運 用 性自 動 車航 空 宇 宙その 他 業 界視 点技 術 の大 いなる 挑 戦 : アプリケーションの 視 点


「スマートアセンブリ」の 全 体 論 的 性格インテリジェントで融 通 性 高 い 設 備 機 器遍 在 的 で 一 貫 性 のあるバーチャル 機 能実 時 間 情 報


シナリオ 1: 停 止 することのないボディショップDashboardsSafetyPeopleQualityResponsivenessCostTechnologyEnvironmentWelcome to Arlington OnLine!Plant Body G/A Paint ControlsNavigationMotor CompartmentUnderbodyInner FramingOuter FramingSide Operations• システムが「10 分 以 内 にロボットX がダウンする」と 警 告• 遠 隔 拠 点 の 技 術 者 が 仮 想ツールを 使 って 作 業 の 割り 当 て 変 更• 新 たな 工 程 をシミュレート( 混 成 – 一 部 バーチャル、 一 部 リアルで、ハードウェアが 介 在 )• 一 時 停 止 、ダウンロード、 運 転 再 開• ロボットX の 修 理• 以 前 の 状 態 を 回 復


シナリオ 2: 汎 用 で 協 働 型 /インテリジェント 型 のドア 組 立 てコンポーネント、 素 材 、ツールの 取 り 集 めキット/サブアセンブリの自 律 的 な 工 程 間 搬 送コンポーネント/ 素 材 のサブアセンブリ 組 立 て現 在 のライン 構 成34-40 名ワイヤハーネス、ロック、シール、ガラス、スピーカ 等 々ビジョン: セル 構 成汎 用 /モジュラー/ 再 使 用 可 能 なエレメント「 不 変 の 工 程 (“process monuments”)」なしな拡 張 可 能 性 、 構 成 変 更 の 容 易 性


概 要• 「スマートアセンブリ」とは何 かそしてなぜ 重 要 か?• 技 術 のギャップと 課 題これに 関 連 したGMの– これに 関 連 したGMの研 究 開 発


インテリジェントで 融 通 性 高 いアセンブリ・プロセス、 設 備 機 器 、ツール


インテリジェントで 融 通 性 高 いアセンブリ・プロセス、 設 備 機 器 、ツール• インテリジェントな 協 調 型 ロボット、センサ、 作 用 子 、 制御• 構 成 変 更 しやすいソフトウェア• 「ハード 的 」 安 全 フェンス/バリアの 廃 止• モジュラー、 安 価 、 再 使 用 可能


Flexible End-Effector Servo DrivenLocating and ClampingFlexible Stationary FixtureC-Flex


人 型 ロボット• マーケティング – PRに 役 立 つ 技 術• 製 品 – サービス/ 移 動 /エンターテイメントを 提 供 する 人 型 ロボット• 製 造 – 人 手 作 業 の 置 換 えDenso “Safe” Mobile RobotYaskawa “Dual” Armed RobotsPartner (Toyota)Asimo (Honda)Yaskawa “Snake” Robot


アクションに 結 びつく人 と 機 械 の 実 時 間 データ


アクションに 結 びつく人 と 機 械 の 実 時 間 データ• ワイヤレス/ウェブ 対 応 の 監 視 と 診 断– 高 信 頼 性 、 安 全 、 安 心• 最 適 な 保 全 / 故 障 回 復 にむけた 方 針 決 定• 自 己 診 断


実 時 間 ボトルネック 分 析 によりシステム 制 約 を 見 定 め


複 数 時 間 軸 のデータマイニングによる 故 障 予 知TRAINING = 60% PREDICTION/TESTING = 40%S 1 = 100%S 2 = 90.9%NO EVENT: DT < 10 MinSMALL: 10 < DT < 40 MinMEDIUM: 40 < DT < 120 MinLARGE: DT > 120 Min


正 確 で 使 い 易 く遍 在 的 で 一 貫 性 のあるバーチャル 機 能


正 確 で 使 い 易 く遍 在 的 で 一 貫 性 のあるバーチャル 機 能• 工 場 のバーチャル 立 上 げ( 最 適 化 、エラー 除 去 )• 工 場 現 場 のバーチャルとリアルの 同 期• 協 働 的 システムズエンジニアリング• 変 更 の 混 成 エミュレーション


バーチャル 製 造 のビジョンDashboardsWelcome to GMPlant OnLineSafetyPeopleQualityResponsivenessCostTechnologyEnvironmentWelcome to Arlington OnLine!Plant Body G/A Paint ControlsPlant running virtuallyissues identified at launchReduction in VDP Time and CostNavigationMotor CompartmentUnderbodyInner FramingOuter FramingSide Operations未 来 工 場 のバーチャル 機 能 ?製 造 結 果 のシームレスなシミュレーション数 理 手 法 による 計 算通 りの 工 場 立 上 げ設 計 結 果 の 一 体 化 したシミュレーション設 計 結 果 のばらばらなシミュレーション強 力 なメカ・エンジ・ツール (セル/ステーション・レベル)バーチャル 検 証 (プラントレベル)


最 終 組 立 てのデジタルアセンブリ 処 理フレキシブルな 部 品 モデル 化組 立 てに 要 る 力 の 予 知人 の 動 きバイオメカニカルなモデル 化バーチャルアセンブリとバーチャル 教 育xzyWFh∑M = M o Handwhere,M Hand=FhForceM = WdBody Weight− MForce Body WeightRzRyd=FhWtherefore,Fh −Wd= 0 → Fh = Wdd = FhWd


情 報 / 制 御 の 統 合 アーキテクチャと業 務 プロセス/ 標 準Interoperability Challenge


情 報 / 制 御 の 統 合 アーキテクチャと業 務 プロセス/ 標 準• 「プラグアンドプレイ」型 のハードウェア/ソフトウェア• データ 交 換 のためのシステム 相 互 運 用 性• 諸 標 準 の 協 調


「スマートアセンブリ」の 全 体 論 的 性格インテリジェントで遍 在 的 で 一 貫 性 のある融 通 性 高 い 設 備 機 器バーチャル 機 能実 時 間 情 報


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