Digital Factory 2023にてわずか40時間でポップアップファクトリーをビルドした実例

急速に進化し、デジタル化が進む今日の状況において、あらゆる規模の製造業が、より俊敏で弾力性のある企業を目指してデジタルトランスフォーメーションへの取り組みを加速させています。

ここ数年の業界の混乱は、この必要性を明確にしました。この新しい環境で競争力を維持するためには、企業は迅速に適応する必要があります。そのためには、構築できるソリューションの種類に制限を設けることなく、オープンなエコシステムを中心に技術スタックを構築する必要があります。しかし、これほど多くの異種のソフトウェアやハードウェアが存在する中で、製造業が生産上の問題を解決するための一貫したソリューションをどのように構築すればよいのでしょうか。また、これらのテクノロジーを迅速に導入し、単にパイロットの煉獄で空回りするのではなく、業務に真の変化をもたらすにはどうすればよいのでしょうか。そこで、Tulip フロントライン・オペレーション・プラットフォームの出番です。

私たちは、Formlabs Autodesk 協力し、Tulip いかに迅速かつ容易にあらゆるプロセスに導入できるかを示しました。私たちのポップアップ・ファクトリーでは、The Digital Factoryカンファレンスの参加者が最前線のオペレーターの立場になり、製造業におけるデジタルトランスフォーメーションの基盤となるデジタルツールやプロセスを体験することができました。参加者はTulip アプリを使ってワークフローを進めながら、自分だけのワイヤレスマウスを作るプロセスを最初から最後まで体験しました。Tulip 活用して、さまざまなテクノロジーをシームレスに統合し、ポップアップファクトリーの参加者の製造プロセスを効率化した方法については、こちらをご覧ください。

計画を立てる時間が限られていたため、Tulip、Formlabs、Autodesk 各チームがすぐに集まり、製造するアイテムを選びました。設計の要件は、オペレーターが簡単に組み立てられること、高度な製造技術を紹介できること、必要なときにすぐに生産規模を拡大できることでした。昨年のポップアップ・ファクトリーでワイヤレス充電器を選んだことから、私たちは引き続きワイヤレス・パーソナル・エレクトロニクスをテーマにすることにしました。

最終的に、私たちは3Dプリントした部品をスナップフィットさせて作るブルートゥース・マウスに落ち着きました。この決定には、簡単な組み立てプロセス、必要な電子部品の入手可能性、視覚的に魅力的でありながら高機能なアイテムを作成する機会があったことが挙げられます。さらに、参加者が日常的に使用する物体の内部設計を詳しく見ることができ、喜んでもらえると思ったからです。

しかし、参加者がどのようなアイテムを持ち帰るかを選ぶことは、最初のステップにすぎません。次に、参加者がイベント中にマウスを組み立てるための製造工程を設計する必要がありました。私たちは腰を据えて、次のような制作上の課題を解決しなければなりませんでした：

• 3Dプリンターで製作した筐体を、経済的でありながら組み立ても簡単にできるようにするには、実際にどのように設計すればよいのでしょうか？

• イベント用に十分な数のパーツを印刷するにはどうすればいいでしょうか？

• 参加者は組み立ての過程でどのように指導されるのですか？

• 製造の実務経験がゼロの参加者が、エラーを起こさずにマウスを組み立てられるようにするにはどうすればよいでしょうか？

• あと数日しかないのに、どうやってそれを成し遂げられるのでしょうか？

Autodesk デスクのチームは、Autodesk Fusion 360を使用して、コンセプトの段階からデザインの検証、製造に至るまで、エンドツーエンドのCADパッケージでマウスの開発に取り組みました。

私たちのユースケースに特に適していたのは、積層造形（DfAM）設計やジェネレーティブデザインを支援する豊富なツール群でした。これには、プリントパーツの剛性と軽量性を高めるための格子構造を作成する機能や、1つの造形ボリュームに収まるように複数のパーツを自動的に配置する機能、さらにさまざまなテスト条件下で設計がどのように機能するかを分析するシミュレーションツールなどが含まれます。

さらに、Autodeskデスクの一連のツールを活用し、各マウスの表面にレリーフパターンを追加することで、マウスにカスタマイズ可能な要素を加えました。単純なボロノイノイズから、ボリューメトリックな格子、さらにはゼブラストライプまで。

Fusion 360でマウス部品の設計を完成させたので、参加者が後で組み立てる部品の量産に移ることができました。

3Dプリンターが提供する非常に高い柔軟性を強調するために、私たちは参加者に3つの素材からマウスを選んでもらうことにしました。各素材の仕様によって、パーツの製造方法を決定しました：

• ナイロン12、未仕上げSLS：選択的レーザー焼結(SLS)は、より伝統的な積層造形法と同様に、従来のサブトラクティブプロセスでは実現不可能な複雑な内部形状を持つパーツの作成を可能にします。また、Formlabs 採用するSLS技術は、従来のFDMプリンターやSLAプリンターで必要なサポートや長い硬化時間を必要とせずに、完成部品を作成することを可能にします。私たちが印刷を決定した特定の材料はナイロン12で、高い引張強度と延性、環境安定性のために選択されました。

• ナイロン12、タンブルSLS：プリンターから取り出したSLSパーツの硬く耐久性のある表面仕上げは、プロトタイプに適していますが、製造業者は、実際に顧客の手に渡る製品の外観と感触を改善するために、追加のステップを実施することがよくあります。参加者は、振動タンブリングを経て、より消費者に親しみやすい外観を提供するために染色されたSLSプリントを選択することができました。未完成のナイロン12部品とまったく同じスタートにもかかわらず、タンブリングのような低コストの後処理により、表面粗さを最大80％低減することができます。

• BioMed Clear、医療グレードSLA: ステレオリソグラフィー（SLA）印刷は、積層造形の最も一般的な方法の1つであり、印刷の忠実度が高いことが優先される場合に通常使用されます。この技術を紹介するため、バイオメッドクリア（BioMed Clear）で印刷した部品も参加者に提供しました。バイオメッドクリアは、バイオ医療機器用途で一般的に使用されるFDA透明樹脂です。使用される樹脂は特別に調合されたもので、最終部品は通常、歯科用アライナーから人工関節まで安全に使用できるように滅菌されます。

何百人もの参加者がポップアップファクトリーの生産ラインを通る予定だったので、イベントで予想される需要に対応するために、生産規模を大幅に拡大する必要がありました。これを達成するために、私たちはFormlabs依頼しました。Formlabs、私たちが必要とする部品を生産するために、社内のプリントファームを活用しました。何百もの部品を印刷するのは、通常非常に面倒なプロセスですが、Formlabs自動化ツールのおかげで、時間内に必要な部品をすべて印刷することができました。24時間365日の印刷を可能にするForm Autoのような新しいツールのおかげで、必要な大量の部品を最小限の人的介入で素早く印刷することができました。Formlabs エコシステムをTulip ワークフローに統合することで、APIに接続し、ファイルの送信、消耗品の監視、プリンター群全体での印刷の開始から終了までの追跡を行うことができます。

もちろん、参加者が実際にマウスを組み立てるワークスペースも必要でした。私たちの要求は簡単でした：各ステーションには、デバイスを組み立てるためのエリア、パーツの在庫を保管するための箱、モニター、マシンビジョンカメラ、製造プロセスで使用するその他のIIoT デバイスを取り付けるための取り付けポイントが必要でした。

私たちが完成させた生産ラインのデザインは、4台の同じ組み立てベンチで構成され、各ベンチには作業指示を表示するスクリーン、ピッキングをガイドするTulip ライトキット、コンピュータビジョン用の2台の市販カメラ、ステーションの状態を表示する行燈、オペレーターがアプリと対話するためのフットペダル、Tulip Edge IOデバイスで接続します。

ワークステーションの組み立てが完了し、ワイヤレスマウスの生産ラインはほぼフル回転する準備が整いました。

あとは、さまざまなハードウェアとソフトウェアの要素を直感的なユーザーインターフェイスでつなぎ、参加者を生産プロセスに導くだけでした。これを実現するために、Tulip Frontline OperationsPlatform（およびEdge IO）を活用しました。これにより、Andonライト、ラベルプリンター、マシンビジョンカメラなど、あらゆるものをシームレスにアプリに統合し、生産ラインに命を吹き込むことができました。

Tulip ノーコード・プラットフォームであり、限られたITリソースを活用してカスタムアプリをゼロからプログラミングすることなく、市民開発者がこのような強力なソリューションを構築できるようにします。これにより、開発サイクルが大幅に短縮され、この方法で実施されるプロジェクトは、価値実現までの時間が大幅に短縮されます。例を挙げましょう：ポップアップ・ファクトリーを運営するために私たちが構築したアプリは、わずか40時間で開発されました！

Tulip 、あらゆるオープンAPIと簡単に統合できるコネクタフレームワークにより、既存のインフラストラクチャへの統合プロセスをさらに簡素化します。つまり、レガシーマシンへの接続を検討している場合でも、最新のジェネレーティブAIツールの実装を検討している場合でも、ゼロからカスタムソリューションを構築するために貴重なエンジニアリングリソースを費やすことなく、Tulip それを実現できます。

会議当日の朝、参加者がコンベンション・センターに押し寄せ、生産工程に必要な労働力が確保されました。しかし、一般的な工場のオペレーターは、生産ラインの特定のパートを担当する長年の経験を持っているかもしれませんが、私たちの作業員は事実上ブラインドで作業することになります。マウスが欠陥なく組み立てられていることを確認するため、私たちはTulip アプリを作成し、参加者にデジタル作業指示で工程を案内するとともに、すべてのマウスが仕様通りに組み立てられていることをインラインで確認しました。

ワークステーションの上部に設置されたカメラとTulipマシンビジョン機能を使い、各ベンチで動作するアプリは、参加者が近づいて大会バッジをスキャンするまで待機し、画面に指示を表示し始めます。その後の製作工程では、ユーザーはインタラクティブな作業指示によって誘導されながら、マシンビジョンによって作業の品質を確認することができます：

• このプロセスでは、まずマウスアセンブリのベースプレートを取り出し、次にマウスのすべての電子回路を含むPCBを取り出し、最後に光学レンズを取り出します。オペレーターが複数の部品箱の中から各部品を探し出せるように、各部品の正しい部品箱の上にあるLEDストリップを照らすピック・トゥ・ライト・システムを統合しました。当社のマシンビジョンカメラは、正しい部品が実際にピッキングされたことを確認するためにプロセスを監視しました。

• この3つの部品がワークステーションに用意されると、参加者は次のステップに進み、マウスの実際の組み立てを開始しました。Tulip アプリに組み込まれた豊富で視覚的な作業指示のおかげで、レンズとマウスベースの組み合わせ、PCBのスナップフィッティング、電池接点のプレスフィッティングのプロセスがガイドされました。次のステップに進む準備ができるたびに、参加者はEdge IO デバイスを介してTulip アプリに接続されたフットペダルボタンを使って指示を進めることができました。

• マウスのベースができあがると、アプリは参加者に、マウスの上半分に使用する3つの素材の選択肢を提示しました。これには、未完成のSLS、タンブル加工と染色が施されたSLS、さまざまな表面パターンが施されたBioMed Clear樹脂が含まれます。アプリのこのステップでは、マシンビジョンとピックトゥライトシステムを再び統合し、現在の在庫レベルに基づいて、どのビンの部品から選択できるかを表示しました。アプリはまた、オペレーターが最終的にどの材料を選択したかを記録しました。

• このアプリは、オペレータがマウストップを選んだことを検出すると、マシンビジョン対応の検査カメラの下にパーツを置いて、どのパターンを選んだかを特定するよう促しました。分析結果は、モデルが識別したパターンとその信頼度を表示し、出席者に表示されました。この情報は、そのマウスの生産記録に再び保存されました。

• アプリは自動的に作業手順の次のステップに進み、参加者が選択したマウストップと、すでに組み立てられているベースをはめ込む工程をビジュアルで案内します。ここでも、作業者はアプリに接続されたフットペダルを使って、ステップを完了すると先に進みました。

• ようやくマウスが完成し、あとは品質管理のステップを残すのみとなりました。再びピック・トゥ・ライト・システムを活用し、アプリは参加者に、在庫箱から電池を取り出し、マウスに電源を入れるために取り付け、コンピュータに接続するためにブルートゥースUSBレシーバーを選ぶよう指示しました。オペレーターは、品質管理のステップを完了するために、レシーバーをテスト用USBドングルに接続し、作業指示アプリに表示されたターゲットエリアをクリックして、その機能を確認する必要がありました。

• 最終的な品質管理ステップが完了すると、アプリは参加者にマウスの製造記録を視覚的に表示します。最初のステップで、各出席者にバッジの画像で身元を確認してもらったので、光学式文字認識（OCR）を使って名前を抽出することができました。また、生産プロセスを完了するのにかかった時間も測定し、これらのデータポイントを生産記録に追加しました。これらのデータは、他の参加者とのリアルタイム比較とともに表示され、他の参加者との比較結果を確認することができました。

デバイスを完全に組み立て、品質管理を行った参加者は、期待通りの機能であることを確信して、新しいワイヤレスマウスを自由に持ち帰ることができました。Tulip 収集したデータによると、300人近くがポップアップファクトリーを訪れ、平均所要時間は4分55秒でした。

しかし、参加者をマウスの組み立てまで案内することは、製造プロセスの一部にすぎませんでした。私たちは、Tulip使用して、プロセスを可視化し、ポップアップファクトリーが効率的に運営されていることを確認するために使用される、相互接続されたアプリのスイートを構築しました。

Tulip アプリを使用して最前線の業務を推進する主なメリットの1つは、生産プロセスの状況をリアルタイムで可視化できることです。Tulip 、カスタムデータモデルと直感的な分析を作成するための強力なツールを提供しています。

私たちは、ポップアップ・ファクトリーのオペレーションをサポートするために構築した2つ目のアプリで、これらの機能を活用しました。このアプリは、リアルタイムのチャートと分析機能により、管理者とオペレーターがポップアップファクトリーの効率的な運営状況を把握するのに役立ちました。ダッシュボードの半分には、参加者がマウスに選んだ最も人気のある素材の内訳や、各ワークステーションで生産されるマウスの量の違いなどのプロセスデータが表示されます。ダッシュボードのもう半分には、ワークステーションごとの内訳や、時系列での在庫の履歴など、工場の在庫レベルの概要が表示されます。

また、この目立つダッシュボードを利用して、参加者をワークベンチに誘導しました。これを実現するために、私たちはTulip プラットフォームのもう一つの強力な部分であるオートメーションを使って、各ワークステーションのステータスを追跡しました。オートメーションは、製造オペレーションのバックグラウンドでロジックを実行し、ワークフローをより効率的、正確、かつ生産的にします。バックグラウンドで実行される条件付きロジックを使用して、各ステーションが使用中かどうかを判断することで、この情報をダッシュボードに表示し、参加者を適切なステーションに誘導することができました。これにより、1日を通して制作プロセスが円滑に進むようになりました。

Tulipソフトウェアはクラウドベースなので、さまざまなデバイスやオペレーティング・システムで簡単に実行できます。これにはデスクトップからモバイル、さらにはエッジデバイスまで、あらゆるものが含まれます。

そこで私たちは、生産ラインを管理するスタッフがポップアップ・ファクトリーのどこにいても携帯電話からアクセスできる在庫管理アプリを開発しました。これにより、生産ラインの各ステーションにあるさまざまな部品の在庫レベルをリアルタイムで把握できるようになりました。特定の部品が最低数量のしきい値を下回ると、Tulip アプリがアラートを発し、モバイルアプリを使用している管理者に、新しい部品のビンで在庫を補充するよう指示するメッセージを送信しました。

ポップアップ・ファクトリーで実証できたように、たった3つのコネクテッド・アプリを1週間の作業時間で開発するだけで、現場のオペレーションをエンドツーエンドでシームレスに実行できます。Tulip オープン・アーキテクチャのおかげで、andonやpick-to-lightシステムから機械学習や高度な分析まで、あらゆるものと簡単に統合できます。このオープンエコシステムアプローチにより、単一のベンダーに縛られることなく、さまざまなハードウェアやソフトウェアソリューションを中心に製造技術スタックを自由に構築できるため、ビジネスの適応性を維持できます。

本格的な生産ラインをわずか40時間でデジタル化するのは非現実的と思われるかもしれませんが、今日のめまぐるしい経済環境では、企業は競争力を維持するために、変化する市場環境に迅速に適応する必要があります。オープンテクノロジーエコシステムを採用することで、組織独自のニーズを満たす技術スタックを開発し、新たなレベルの効率性、品質、収益性を実現することができます。

私たちは、市民開発者がコンポーザブルなアプリを作成し、さまざまなベンダーの幅広いテクノロジーを活用できるようにするTulip ようなプラットフォームがあれば、業務に前向きな変化をもたらす強力なソリューションを迅速に構築できることを示しました。今年のポップアップ・ファクトリーの成功を支えたようなテクノロジーのエコシステム上に製造技術スタックを構築することで、あなたの組織も次のことが可能になります：

問題解決のための強力なツールでプロセスエキスパートを強化

Tulipノーコードプラットフォームでは、市民開発者は、プログラミングの豊富な経験や複雑な自動化ソフトウェアを使用することなく、複雑な生産問題を解決することができます。Tulip App Editor 、ドラッグ＆ドロップのインターフェースでアプリを構築するための直感的なキャンバスを提供します。オペレーター向けのインターフェイスを簡単に作成し、トリガーベースのロジックを構築し、カスタムウィジェットを活用して生産ワークフローを推進できます。これにより、市民開発者はこれまで以上に迅速にソリューションを作成し、現場に導入することができます。

Appsオペレーターの仕事を楽に

Tulip 構築されたオペレーター向けアプリは、現場の作業員に適切な情報を適切なタイミングで提供し、彼らが業務で毎日使用しているテクノロジーと統合します。マシンビジョンカメラのようなIIoT デバイスと統合された、直感的で視覚性の高いインタラクティブな作業指示により、オペレーターが最初から確実に正しい作業を行えるようになります。また、Tulip比類ない柔軟性と開発の容易さにより、オペレーターのフィードバックを迅速に取り入れることができ、現場の作業員の体験を継続的に改善することができます。

業務のあらゆる側面をリアルタイムで可視化

組み立て工程がすべて手作業であったにもかかわらず、生産された各マウスに関する幅広いデータを取得し、平均サイクルタイムなどの指標を計算することができました。ビジネス全体の人、機械、センサーから簡単にデータを収集できるオペレーターフレンドリーなインターフェイスにより、業務がどのように実行されているかをリアルタイムで可視化できます。Tulip強力なノーコード分析では、ダッシュボードを簡単に作成し、重要なKPIを追跡し、リアルタイムで問題を解決するために迅速に対応できます。しきい値を設定し、ロジックを構築して、電子メール、SMS、Andonライトなどでアラートをトリガーできます。