板金加工とファイバーレーザの登場

1970年代から続く高度経済成長期において、日本の工業生産は大きく伸び、特に電子・電気機器、輸送機器、精密機器などの加工組立型製品の輸出が主力となりました。これらの製品に使用される板金加工部品の需要は大きく伸び、板金切断における生産性向上が重要視され始め、1980年前後には当社を含む日本企業はレーザを利用した切断技術を導入しました。

レーザによる切断技術は高精度な材料加工を大量生産できる生産性を兼ね備えており、それまでの「モノづくり」を一変させ、日本の経済成長を支える一翼となります。これ以降、板金加工機におけるレーザは、より高い生産性を得るための性能と信頼性の向上に注力されてきました。

レーザ切断機が登場した1980年代前半は、ガスレーザの代表格であるCO2レーザが搭載されていました。CO2レーザはアルミ・真鍮・銅などの高反射材料を除いて良好な切断結果が得られますが、エネルギー変換効率が悪いなどの問題がありました。その後、よりエネルギー変換効率が高いファイバーレーザが商業市場に登場し、当社も4kWファイバーレーザを搭載した「FOL-3015AJ」を「EuroBLECH 2010」に出展しました。

「EuroBLECH 2010」に出展したファイバーレーザマシン「FOL-3015AJ」（4kW）

本稿では板金加工における高生産性に貢献してきた自社製ファイバーレーザ発振器の技術の進化について紹介します。

発振器の高輝度化に必要なレーザモジュールの高出力化

レーザ切断に関わるパラメーターは多岐にわたり、主なものとして、レーザ波長・レーザ出力・切断速度・アシストガス・焦点位置・ビーム品質・パルス特性などが挙げられます。また、材料を高速で加工するには、材料に照射するパワー密度を高くする必要があります。これはレーザ出力を増やし、ビーム品質を良くする（輝度を高める）ことを意味します。ここで言うビーム品質とは、レーザビームをどの程度小さく集光できるかを示すパラメーターで、数字が小さいほど集光性能が高いことを示しています。

2011年にリリースしたファイバーレーザ発振器AJ-4000（4kW）

2011年に当社が初めて市場投入した4kWファイバーレーザ発振器は、レーザ出力0.6kW、ビーム品質約0.5mm･mradのレーザモジュールを7モジュール使用していました。各モジュールはレーザ光を光ファイバーで伝搬しますが、最終的に7本の光ファイバーを束ねて1本のファイバーに結合させています。この過程でレーザモジュールの光の伝搬角度が大きくなるため、ビーム品質は約0.5mm･mradから3.0mm･mradとなり、輝度が下がってしまいます。下図では例として3本の光ファイバーを束ねた図を紹介します。

ファイバーレーザではレーザ出力をパワーアップするため、光ファイバーを束ねる手法が一般的とされており、他社でも使用されています。しかし、この手法には輝度が下がるという欠点があります。そのためレーザ発振器の高輝度化には、レーザモジュール自体を高出力化させる必要がありました。

複数の光ファイバーを束ねてひとつのファイバーへ導光する技術

ものづくりの環境変化に対応し、工場の最適化を目指すソリューション

労働力不足や若者の製造業離れ、熟練技能者の高齢化といった課題が深刻化しています。板金工場では、ブランク加工・曲げ加工・溶接など各工程の自動化が進展しているものの、労働力不足の影響は依然として大きく、ものづくり全体における生産効率化のニーズはますます高まっています。そのため単工程の自動化にとどまらず、工場全体の整流化・最適化を目指し、工程間作業（工程間連携）の自動化・効率化が求められています。

こうした環境変化の中で、アマダは単工程の自動化だけでなく工程間の自動化・効率化を推進する製造DXソリューション「LIVLOTS」、および工程間連携ソリューションとして自律型搬送ロボット「AMTES」を開発しました。

板金工場では、受注情報に基づいて、製品を構成する各パーツを工程ごとに個別に製造しています。納期を遵守するためには、受注情報と工程情報を最適化して適切に管理することが不可欠です。

ブランク工程では、受注情報や工程情報をブランクCAMデータに連携させることで、ブランク加工後の後工程と連携して効率的かつ柔軟な加工を可能にさせる加工済みワークの自動搬送が可能となります。

以下、工場の最適化を実現する「LIVLOTS」と「AMTES」について詳しく説明します。

製造DXソリューション「LIVLOTS」

アマダでは2023年に、製造DXソリューションとして「LIVLOTS現場支援」をリリースしました。LIVLOTSは、受注情報や加工プログラムなど、工程製造現場のあらゆる情報をデジタルデータとして共有できます。それによって受注情報と工程間の自動化を促進し、業務プロセスを変革します。

●製作手配を取り込んで上位システムと連携
LIVLOTSは上位の生産管理システム（ERP）で製作手配をかけると、その情報を瞬時に取り込み、部品の注文番号単位で工程、加工予定日等を進捗チャートで確認することができます（図1）。

●プログラム室（VPSS 4ie）から計画的に加工を指示
受注情報に基づき生産手配をかけると、製作手配情報がプログラム室にわたり、納期・材料・次工程等を確認しながら、加工プログラムを作成します。マシンごとの作業負荷も可視化されます（図2）。

左：【図1】生産管理システム（ERP）の情報を取り込み、進捗チャートで確認／右：【図2】製作手配情報・マシンごとの負荷を確認しながら加工プログラムを作成

●タブレット端末で簡単に実績入力
タップ加工や組立などの後工程は、タブレット端末で加工実績を確認することができます。メモの書き込みもできるので、紙の使用をおさえられます。

●仕分け支援と所在管理 ― モノ探しの時間を削減
ブランク加工のシートデータは同パーツごとに色分けされてパーツの取り間違えを防ぎます（図3）。パーツ名や製造番号検索から所在位置をすぐに確認でき、探す手間がなくなります。

●検査記録と「DOCUMENT」管理
図面データに書き込みができ、検査の記録を残すことができます（図4）。現場で撮った写真なども事務所側と共有でき、工場のペーパー削減につながります。

左：【図3】シートデータをパーツごとに色分けして仕分け作業を支援／右：【図4】図面データに書き込みができ、検査の記録を残せる

●工場の生産状況がリアルタイムで見える
ダッシュボードでは各工程から加工実績を収集し、製造状況をリアルタイムに表示します。

●LIVLOTSの導入効果（お客さまの声）
LIVLOTSを導入されたお客さまの声をご紹介します。
①製造の進捗がハッキリ見えるようになった。
②どこまで進んだかわかるようになり、工場のどのあたりに（製品が）あるかもわかるようになってきた。
③ブランクのネスティングプログラム作成時間が削減された。
④2階事務所に行かなくてもタブレットを見れば部品情報がわかるようになった。
⑤紙の図面や指示書類がなくなり、探したり戻したりする時間がなくなったことが大きい。
⑥溶接治具などの画像データをみんなで共有できるようになった。
ほかにも、「タブレット活用が浸透して不良発生が減った」「みんなで課題を解決していく意識が生まれた」といった声をいただいています。

「LIVLOTS」開発に至った経緯

あらゆるものづくりが「自動化・省人化」の方向に向かっている中、板金製造業においても単工程ではなく、工程間作業（工程間連携）の課題解決と効率化のニーズが広がってきました。

アマダは国内のお客さま17社（APC21やWILLといった生産管理システムを利用しているお客さま）を訪問し、全工程にわたる問題と課題をヒアリング。その結果、以下のような共通の問題点を確認しました。

・工程情報の登録と更新は作業者が手動で行っており、スキルを要する。
・進捗状況は作業者が手動で着手と完了を端末に入力している。
・工程ごと・製品ごとの仕分け作業に時間がかかっている。類似品が多いため現品票との照合に苦労している。
・紙図面を見ながら作業を確認している。
・作業記録や注記・メモは手書き。取らないことも多い。
・紙の図面探しに時間がかかり、検査結果は図面に手書きしている。

これにより、「ヒトに依存する作業がまだ多く、工程間の効率化がはかられていない」「工程間作業の自動化が進んでおらず、ヒトに頼っている」ことがわかりました。

このような課題の解決を目指して開発されたのが「LIVLOTS」です。LIVLOTSは事務所とプログラム室、製造現場のあらゆる情報をデジタルデータとして共有します。有用な情報を工場の隅々まで届け、生産のネットワーク化・自動化を実現し、お客さまの製造DXを支援するソフトウエアです。

「LIVLOTS」の「現場支援コンテンツ」を構成する5つのアプリケーション

LIVLOTSは大きく「現場支援コンテンツ」と「事務所支援コンテンツ」の2つに分かれています。今回は主に「現場支援コンテンツ」についてご紹介します。

「現場支援コンテンツ」には「JOB」（ジョブ管理）、「PLACE」（所在管理）、「CHECK」（検査記録）、「DOCUMENT」（図面管理）、「VIEW」（工場モニター）の5つのアプリケーションがあります。以下、それぞれの役割と特徴を紹介していきます。

「JOB」（ジョブ管理）

● 製作手配情報を取り込んで上位システムと連携

これまでは上位の生産管理システム（ERP）から情報を取り込む際、エラーで取り込めなかったり情報が欠落してしまったりして、機能が正常に動作しないという課題がありました。

LIVLOTSは、上位のシステムで製作手配をかけると、その情報が瞬時に反映されます。製作する部品の工程や加工予定日をチャートで確認でき、また、部品ごとに製作手配情報を表示して受注先や注文番号・製造番号などを確認できます。取り込みエラーが発生した場合はLIVLOTSの画面で通知され、調整・再取り込みが可能です（図2）。

● プログラム室（VPSS 4ie）から計画的に加工を指示

製作手配をかけると、製作手配情報がプログラム室に瞬時に受け渡され、納期、材料、次工程の予定などを確認しながら加工プログラムを作成できます。また、日付ごとに各マシンの負荷を比較・確認しながら加工予定を振り分けられます（図3）。

プログラム作成したパーツは自動で製作手配一覧から消えます。リピートシート機能を使うと、過去に使用したシートデータを使って手配をかけられます。

• 図2：「製作手配一覧」画面（取り込みエラーを通知）
• 図3：各マシンの負荷を比較・確認しながら加工予定を振り分ける

プレスマシンの見える化、IoTに対応する

アマダマシンツールのサーボプレスは2002年に販売を開始してから、すでに16年が経過しようとしています。サーボプレスの販売開始と同時に、マシンの稼働や生産の履歴を収集するために「稼働管理ソフト」というプレスマシン専用のパソコン用ソフトウエアを開発し、2007年にリリースしました。

サーボプレスは数値設定によりモーターを自在にコントロールすることで多彩なスライド動作が可能になります。量産では生産性や金型寿命、加工精度の向上、また試作開発分野では工程集約や工法転換などといった多くの可能性を持っています。しかしながらその数値設定は、従来のクランクプレスにはないデジタルな部分が多く、そのノウハウに相当するデータをいかに管理・活用・共有するかという課題も発生しました。

サーボプレスには発売当初よりEthernet（イーサネット）コネクタを装備していたため、そのままネットワークへの接続が可能でした。マシンの持っている運転情報（稼働や生産）やモーション設定、荷重波形データをそのままネットワーク接続したパソコンで収集することが可能で、プレスマシンの見える化、IoTにも早い時期から対応していました。

• 「APINES」のマシンタイムチャート
• 金型部品ごとの期待寿命時間や回数設定から、使用率を計算し色分け表示される（MORMS）

先駆けとなった「稼働管理ソフト」

その先駆けとなった「稼働管理ソフト」は、名前のとおりプレスマシンの稼働や生産データを収集・管理する機能を有していました。また、モーション設定データや荷重波形データ、保守情報、停止理由など多くのデータも収集することができました。

しかし、導入後のお客さまの状況を見ると、稼働や生産結果だけを必要としていたり、荷重波形を収集し加工の分析や金型の開発にだけ使っていたり、重要なマシンデータのバックアップ用途に使っていたりと、ソフトウエア機能の一部のみを活用している状況も散見されました。

そうした背景から「個々の機能に特化した、より機能豊富なソフトウエアが必要なのではないか」という判断から、その後は用途ごとの専用ソフトウエアを順次開発、リリースするようになりました。

具体的には、2011年にモーション作成ソフト「SMAPS」、2013年に荷重波形解析ソフト「WANMS」、2015年にプレスマシンの見える化ソフト「APINES」、そして2018年に金型管理システム「MORMS」をリリースするに至っています（図1）。

このうち、モーション作成ソフト「SMAPS」はサーボプレス専用ですが、それ以外は汎用クランクプレスTP-FXシリーズにも対応しています。

• 「SMAPS」によるモーション線図
• 「WANMS」によるリアルタイムモニター