「The Digital Factory 2023」で、わずか40時間でポップアップ工場を立ち上げた方法

急速に進化し、デジタル化が加速する今日の環境において、あらゆる規模の製造業者は、より俊敏で強靭な企業となるべく、デジタルトランスフォーメーションの取り組みを加速させている。

ここ数年の業界の激動により、この必要性は明白なものとなりました。この新たな環境下で競争力を維持するためには、企業は迅速に適応できる能力が求められます。そのためには、構築できるソリューションの種類に制限のない、オープンな技術エコシステムを基盤として、自社の技術スタックを構築する必要があります。しかし、多種多様なソフトウェアやハードウェアが存在する中で、製造業者は生産上の課題に対する統合的なソリューションを、いったいどのように構築すればよいのでしょうか？ また、単にパイロット段階の堂々巡りを繰り返すのではなく、これらの技術を迅速に導入し、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？そこで登場するのが、Tulip「Frontline Operations 」です。

Formlabs Autodesk 提携しAutodesk Tulip 迅速かつ容易にあらゆるプロセスにTulip Autodesk 。「Pop-Up Factory」では、『The Digital Factory』カンファレンスの参加者が現場オペレーターの立場に立ち、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実際に体験することができました。Tulip を使ってワークフローを操作しながら、参加者は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、完成した製品は当日持ち帰ることができました。本記事では、Tulip を活用して多種多様な技術をシームレスにTulip 、ポップアップファクトリーでの参加者のための生産プロセスをいかに効率化したTulip ご紹介します。

計画に充てられる時間が限られていたため、Tulip、Formlabs、Autodesk 各チームはAutodesk 協力し、製造する製品を選定しました。設計要件としては、作業者が簡単に組み立てられること、高度な製造技術をアピールできること、そして必要に応じて生産を迅速に拡大できることが求められました。昨年の「Pop-Up Factory」ではワイヤレス充電器を選定していたため、今回もワイヤレス個人用電子機器というテーマを継続することにしました。

最終的に、スナップフィット式の3Dプリント部品で作られたBluetoothマウスに決定しました。この決定の背景には、組み立て工程の簡便さ、必要な電子部品の入手しやすさ、そして視覚的に魅力的でありながら高い機能性を兼ね備えた製品を作り出せるという点が挙げられます。さらに、参加者の皆様には、日常的に使用している製品の内部構造を間近で観察できることを喜んでいただけるだろうと考えました。

しかし、参加者が持ち帰るアイテムの種類を決めるのは、あくまで第一歩に過ぎませんでした。次に、イベント中に参加者がマウスを組み立てるための工程を設計する必要がありました。私たちは腰を据えて、次のような数々の製造上の課題を解決しなければなりませんでした：

• 3Dプリント製の筐体を、コストを抑えつつ組み立てやすいように、具体的にどのように設計すればよいでしょうか？

• イベントに必要な部品の量を確保するために、どのようにして大規模に十分な部品を印刷すればよいでしょうか？

• 参加者は組み立て工程をどのように案内されるのでしょうか？

• 製造現場での実務経験がまったくない参加者が、ミスをせ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、どうやってやり遂げればいいんだ？

Autodesk チームは、Autodesk 360を活用し、同社のエンドツーエンドCADパッケージを用いて、当社のマウスのコンセプト段階から設計検証、製造に至るまでの全工程にわたって開発Autodesk 。

特に私たちのユースケースにおいて重要だったのは、積層造形（DfAM）向けの設計やジェネレーティブデザインを支援する、充実したツール群でした。これには、造形部品の剛性と軽量化を図るための格子構造の作成機能、単一の造形スペース内に複数の部品を自動的に配置する機能、さらには様々な試験条件下での設計性能を分析するためのシミュレーションツールなどが含まれていました。

さらに、Autodeskツール群を活用し、各マウスの表面に浮き彫り模様を施すことで、個別のカスタマイズ要素を加えました。その模様は、シンプルなボロノイノイズから、立体的な格子模様、さらにはゼブラ柄まで多岐にわたりました。

Fusion 360でマウスの部品の設計を完了させたことで、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プリントが持つ極めて高い柔軟性をアピールするため、参加者にマウスを製作するための素材を3種類から選んでもらうことにしました。各素材の特性に応じて、部品の製作方法を決定しました：

• ナイロン-12、未仕上げSLS：従来の積層造形法と同様に、選択的レーザー焼結（SLS）では、従来の切削加工では実現不可能な複雑な内部形状を持つ部品の製造が可能です。Formlabs 採用するSLS技術Formlabs 従来のFDMやSLAプリンターで必要とされるサポート材や長い硬化時間を必要とせずにFormlabs 完成品を製造することがFormlabs 今回、印刷に採用した素材はナイロン-12で、その高い引張強度、延性、および環境安定性から選ばれました。

• ナイロン12、タンブル加工済みSLS：プリンターから取り出したばかりのSLS部品の耐久性に優れた表面仕上げはプロトタイプには適していますが、実際に顧客の手に渡る製品については、その外観や質感を向上させるために、メーカーはしばしば追加の工程を導入します。 参加者は、より消費者に親しみやすい外観を実現するため、振動タンブリング処理を施した後、染色されたSLSプリント品を選択することができました。未加工のナイロン-12部品と全く同じ状態で開始したにもかかわらず、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%低減することが可能です。

• BioMed Clear、医療用グレードのSLA：ステレオリソグラフィー（SLA）印刷は、積層造形において最も一般的な手法の一つであり、高い造形精度が求められる場合に一般的に採用されます。この技術を紹介するため、当社は来場者に、BioMed Clearで造形された部品も提供しました。BioMed Clearは、医療機器用途で一般的に使用される、FDA承認済みの透明樹脂です。 使用される樹脂は特別に配合されており、完成した部品は通常、歯科用アライナーから人工関節に至るまで、あらゆる用途で安全に使用できるよう滅菌処理が施されます。

ポップアップファクトリーの生産ラインを数百人の来場者が体験することになるため、イベントでの予想需要に応えるべく、生産規模を大幅に拡大する必要がありました。これを実現するため、Formlabs協力を依頼し、同社は自社のプリントファームを活用して必要な部品を製造してくれました。通常、数百個もの部品をプリントするのは非常に手間のかかる作業ですが、Formlabs自動化ツールのおかげで、必要な部品をすべて時間通りにプリントすることができました。Form Autoのような新しいツールにより24時間365日の印刷が可能になったことで、最小限の人手介入で、必要とされる膨大な量の部品を迅速に印刷することができました。Tulip Formlabs ワークフローに統合すれば、さらに一歩進んだ活用Tulip APIに接続することで、ファイルの送信、消耗品の管理、そしてプリンター群全体での印刷プロセスの開始から完了までの追跡を行うことができるのです。

もちろん、参加者が実際にマウスを組み立てるための物理的な作業スペースも必要でした。要件はシンプルでした。各ステーションには、デバイスを組み立てるためのスペース、部品を収納する収納箱、そして製造工程で使用されるモニター、マシンビジョンカメラ、IIoT を取り付けるための設置場所が必要でした。

完成した生産ラインの設計は、4台の同一の組立作業台で構成されており、各作業台には作業指示を表示するスクリーン、ピッキングを誘導するTulip 、コンピュータビジョン用の市販カメラ2台、ステーションの状態を示すアンドンライト、オペレーターがアプリを操作するためのフットペダル、および接続機能を提供するTulip Edge IOデバイスが搭載されています。

ワークステーションの組み立てが完了し、当社のワイヤレスマウス生産ラインは、本格稼働する準備がほぼ整った。

あとは、さまざまなハードウェアやソフトウェアの要素を、制作プロセスを参加者に案内する直感的なユーザーインターフェースで結びつけるだけでした。これを実現するために、私たちはTulipFrontline Operations プラットフォーム（およびEdge IO）を活用しました。これにより、アンドンライト、ラベルプリンター、マシンビジョンカメラに至るまで、あらゆる要素をアプリにシームレスに統合し、生産ラインに命を吹き込むことが可能になりました。

Tulip 本質的にノーコードTulip 、一般の開発者が限られたITリソースに頼ることなく、このような強力なソリューションをゼロから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、はるかに短い期間で価値を実現できるようになります。その好例が、当社の「Pop-Up Factory」を運営するために構築したアプリで、わずか40時間で開発されました！

Tulip 、コネクタフレームワークを採用しているため、既存のインフラへの統合プロセスをTulip 簡素化します。このフレームワークにより、あらゆるオープンAPIとのシームレスな連携が可能になります。つまり、レガシーマシンとの接続であれ、最新の生成AIツールの導入であれ、Tulip であれば、貴重なエンジニアリングリソースを費やしてカスタムソリューションを一から構築Tulip 、これらを実現できます。

会議当日の朝、参加者がコンベンションセンターに次々と集まり始め、これで生産プロセスを稼働させるために必要な人手が揃いました。 しかし、生産ラインの特定の担当箇所で長年の経験を持つ一般的な工場作業員とは異なり、私たちの作業員たちは事実上、手探りの状態で作業に臨むことになっていました。マウスが欠陥なく組み立てられていることを確実にするため、Tulip アプリを作成し、デジタル作業指示書を用いて参加者を工程にTulip 、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確認するためのインライン検査も実施しました。

ワークステーションの上部に設置されたカメラとTulipネイティブマシンビジョン機能を活用し、各作業台で動作するアプリは、参加者が近づいてコンベンションバッジをスキャンするまで待機し、その後画面に指示を表示し始めました。その後の組み立て工程の全段階において、ユーザーはインタラクティブな作業指示に従って作業を進め、その作業品質はマシンビジョンによって検証されました：

• この工程では、まず作業員がマウスアセンブリのベースプレートを取り出し、次にマウスの電子部品がすべて搭載されたPCBを取り出し、最後に光学レンズを取り出すという順序で行われました。多数の部品箱の中から各部品を確実に探し出せるよう、部品ごとに正しい箱の上にあるLEDストリップを点灯させる「ピック・トゥ・ライト」システムを導入しました。また、マシンビジョンカメラで工程を監視し、実際に正しい部品が取り出されていることを確認しました。

• ワークステーションにこれら3つの部品が揃ったところで、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することができました。Tulip に組み込まれた豊富なビジュアル作業手順のおかげで、参加者はレンズとマウスベースの組み立て、続いてPCBのスナップフィット、そしてバッテリー接点の圧入というプロセスを順を追って進めることができました。次のステップに進む準備が整うたびに、参加者はEdge IOデバイスを介してTulip 接続されたフットペダルボタンを使用して、手順を進められました。

• マウスのベースが準備できた後、アプリは参加者に、マウスの上半分に使用する3種類の素材から選択するよう提示しました。選択肢には、未加工のSLS、タンブル加工および染色済みのSLS、そして様々な表面パターンを持つBioMed Clearレジンが含まれていました。このアプリのステップでは、現在の在庫レベルに基づいて選択可能な部品のビンがどこにあるかを示すため、再びマシンビジョンおよびピック・トゥ・ライト・システムと連携しました。 また、アプリはオペレーターが最終的にどの素材を選択したかも記録しました。

• アプリがオペレーターによるマウスの選択を検知すると、マシンビジョン対応の検査カメラの下に部品を置くことで、どのパターンを選択したかを確認するよう促しました。分析結果が参加者に表示され、モデルが識別したパターンとその信頼度レベルが示されました。この情報は、そのマウスの生産記録に再度保存されました。

• パターンの検証が完了すると、アプリは自動的に作業手順書の次のステップに進み、選択したマウスの上部と、すでに組み立て済みのベースをスナップフィットで結合する手順を、視覚的なガイドと共に操作者に示しました。ここでも、作業員はステップを完了すると、アプリに接続されたフットペダルを使用して次の工程へ進みました。

• マウスの組み立てがようやく完了し、あとは品質管理の手順を残すのみとなった。ここでもピック・トゥ・ライト・システムを活用し、アプリは参加者に、在庫ボックスから電池を取り出してマウスに装着して電源を入れ、さらにコンピュータに接続するためのBluetooth USBレシーバーを取り出すよう指示した。 オペレーターが品質管理工程を完了するには、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。

• 最終的な品質管理工程が完了すると、アプリは参加者に自身のマウスの製造記録を視覚的に表示しました。最初の段階で、各参加者にバッジの画像を使って本人確認を行ってもらっていたため、光学文字認識（OCR）技術を用いて名前を抽出することができました。また、製造プロセスを完了するまでの時間も計測し、これらのデータも製造記録に追加しました。 これらのデータをすべて表示するとともに、他の参加者とのリアルタイム比較も併せて提示し、参加者同士が互いにどの程度の位置にいるかを確認できるようにしました。

参加者は、デバイスの組み立てと品質チェックをすべて終えた後、期待通りに動作することを確信して、新しく作ったワイヤレスマウスを持ち帰ることができました。最終的に、Tulip 収集したデータTulip 約300人が「ポップアップ・ファクトリー」を体験し、平均所要時間は4分55秒でした。

しかし、参加者にマウスの組み立てを指導することは、制作プロセスのほんの一部に過ぎませんでした。Tulipを活用し、プロセスの可視化を図り、ポップアップ・ファクトリーが効率的に運営されるよう管理するための、相互連携する一連のアプリを構築しました。

Tulip を活用して現場業務を推進する主なメリットの一つは、生産プロセスの状況をリアルタイムで可視化できる点です。Tulip 、独自のコードを記述することなく、カスタムデータモデルや直感的な分析機能を作成するための強力なツTulip 。

私たちは、ポップアップファクトリーの運営を支援するために開発した2つ目のアプリで、これらの機能を活かしました。それは、組立ラインの横に設置された大型モニター群に表示される生産ダッシュボードです。このアプリは、リアルタイムのグラフや分析データを通じて、マネージャーやオペレーターがポップアップファクトリーの稼働効率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、各作業ステーションでのマウス生産数の概要など、プロセスデータが表示されていました。残りの半分には、作業ステーションごとの内訳や、経時的な在庫推移の履歴を含む、工場の在庫レベルの概要が表示されていました。

また、この目立つ場所に設置されたダッシュボードを活用し、参加者を空き作業台へ誘導しました。これを実現するために、Tulip もう一つの強力な機能である「Automations」を使用し、各ワークステーションのステータスを追跡しました。 「Automations」機能を使えば、製造業務のバックグラウンドでロジックを実行し、ワークフローの効率化、精度向上、生産性向上を図ることができます。バックグラウンドで動作する条件分岐ロジックを用いて各ステーションの使用状況を判定することで、そ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へ誘導することができました。これにより、一日を通して生産プロセスが円滑に進行することを確実にすることができました。

TulipソフトウェアTulipクラウドベースであるため、さまざまなデバイスやオペレーティングシステム上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、この利点を活かし、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内のどこにいてもスマートフォン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、スタッフは生産ラインの各ステーションにおける各種部品の在庫状況をリアルタイムで把握できるようになりました。 特定の部品の在庫が最低在庫数の閾値を下回ると、Tulip アラートを発し、モバイルアプリを使用しているマネージャーにメッセージを送信して、新しい部品の箱で在庫を補充するよう指示しました。

当社の「Pop-Up Factory」で実証した通り、わずか1週間の作業期間で開発された3つの連携アプリだけで、現場の業務を端から端までシームレスに運用することが可能です。Tulip オープンアーキテクチャのおかげで、アンドンやピック・トゥ・ライトシステムから、機械学習や高度な分析機能に至るまで、あらゆるシステムとの統合が容易です。このオープンなエコシステムアプローチにより、特定のベンダーに縛られることなく、多種多様なハードウェアやソフトウェアソリューションを基盤として製造技術スタックを自由に構築できるため、ビジネスの適応力を維持することが可能になります。

実規模の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に思えるかもしれませんが、今日の急速に変化する経済環境において、企業は競争力を維持するために、刻々と変化する市場の状況に迅速に対応できる必要があります。オープンな技術エコシステムを取り入れることで、組織固有のニーズを満たす技術スタックを構築でき、効率性、品質、収益性を新たなレベルへと引き上げることが可能になります。

Tulip を活用すればTulip 市民開発者が組み合わせて使えるアプリを作成し、さまざまなベンダーの幅広い技術を活用できるようになり、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導入できることを実証しました。今年の「Pop-Up Factory」での成功を支えたような技術エコシステムを基盤として製造技術スタックを構築することで、貴社も以下のことを実現できるようになります：

問題解決のために、プロセス担当者に強力なツールを提供しましょう

Tulipノーコードプラットフォームを利用すれば、一般の開発者でも、プログラミングや複雑な自動化ソフトウェアの使用に関する豊富な経験がなくても、生産現場の複雑な課題を解決することができます。Tulip App 、ドラッグ＆ドロップ操作でアプリを構築できる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ースを簡単に作成したり、トリガーベースのロジックを構築したり、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したりすることが可能です。これにより、一般の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るようになります。

コンポーザブルAppsでオペレーターの業務を効率化

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タイミングで必要な情報をTulip 、業務で日常的に使用している技術とシームレスに連携します。マシンビジョンカメラIIoT と連携した、直感的で視覚的かつインタラクティブな作業手順書により、オペレーターが最初から正確に作業を行えるようにします。 また、Tulip比類なき柔軟性と開発の容易さにより、オペレーターからのフィードバックを迅速に反映させ、現場作業員の体験を継続的に改善することが可能です。

業務のあらゆる側面をリアルタイムで可視化する

組み立て工程が完全に手作業であったにもかかわらず、当社は製造された各マウスに関する幅広いデータを収集し、平均サイクルタイムなどの指標を算出することができました。社内の従業員、機械、センサーからデータを容易に収集できる、操作しやすいインターフェースを活用すれば、貴社も業務の稼働状況をリアルタイムで可視化することができます。Tulip強力なノーコード分析機能を使えば、ダッシュボードの構築、重要なKPIの追跡、そして問題発生時の迅速な対応が容易になります。閾値を設定し、メール、SMS、アンドンランプなどを通じてアラートを発信するロジックを構築することも可能です。