切削加工AI活用事例を徹底解説！製造現場が抱える課題をテクノロジーで解決

切削加工の現場では、人手不足や技術継承、品質の安定化といった課題に直面しています。こうした状況を打開する手段として、近年注目を集めているのがAI技術の活用です。

本記事では、実際の製造現場でどのようにAIが活用されているのか、具体的な事例を交えながら詳しく解説していきます。AI導入によって得られる効果や、導入時のポイントについても紹介しますので、自社の生産性向上を検討されている方はぜひ参考にしてください。

切削加工の現場でAI導入が進む背景

製造業全体でデジタル化が加速する中、切削加工の分野でもAI技術の導入が急速に広がっています。その背景には、製造現場が抱える深刻な課題があります。

深刻化する人手不足への対応

製造業における人手不足は、年々深刻さを増しています。若年層の製造業離れが進み、熟練技術者の高齢化によって技術継承が喫緊の課題となっています。少ない人員で効率的な生産を実現するためには、AIによる自動化や省人化が不可欠となっているのです。

多品種少量生産への柔軟な対応

顧客ニーズの多様化により、製造現場では多品種少量生産への対応が求められています。製品ごとに異なる加工条件を設定し、頻繁な段取り替えを行わなければならず、これまで以上に柔軟な生産体制が欠かせなくなってくるでしょう。

AIを活用すれば製品に応じた最適な加工条件を自動で算出し、段取り時間の短縮や品質の安定化を実現することも可能です。

品質安定化とコスト削減の両立

グローバル競争が激化する中、高品質な製品を低コストで安定的に供給することが重要です。従来は熟練オペレーターの経験や勘に頼っていた品質管理も、AIの力を借りることで自動化・標準化が可能になります。

工具の摩耗状態を適切に管理し、加工条件を最適化することで、不良品の発生を抑え、材料費や工具費の削減につなげられます。

切削加工におけるAI活用の具体的事例

実際の製造現場では、どのような場面でAIが活用されているのでしょうか。工程ごとの具体的な事例を紹介します。

工具摩耗状態の自動判定

切削工具の摩耗状態を画像認識AIで自動判定するシステムが開発され、実用化に向けた動きが進んでいます。

岡山大学とモリマシナリー、両備システムズが共同開発した「AIツールソムリエ」では、工具の欠け・摩耗・寿命をAIが推定。欠陥検出で正答率85%以上、工具の寿命予測では正答率70%以上を達成しています。

これまで熟練者の目視に頼っていた工具の使用可否判断をAIが代替することで、判断のばらつきをなくし、品質の均一化を実現できるのです。

AIが工具の使用状況を学習してくれれば、最適な交換タイミングを予測できます。早すぎる交換による工具費の無駄や、交換遅れによる不良品の発生を防ぎ、トータルコストの削減に貢献してくれるでしょう。

画像認識による切粉検知

工作機械メーカーの滝澤鉄工所と富士通は、AIを活用した切粉異常検知システムを開発しました。ロボットのハンドカメラで撮影した画像をAIが解析し、機械内に堆積した切粉を自動検知します。

従来は作業者が定期的に目視確認して除去していた作業を自動化することで、夜間の無人運転時に切粉による機械停止を防ぎ、稼働率を大幅に向上させることができます。現在は90%以上の精度で切粉の堆積を判断できるレベルに達しています。

外観検査の自動化

切削加工製品の外観検査にAIの画像認識技術を活用する事例も見られます。精密部品メーカーの乾光精機製作所では、AI外観検査システム「gLupe」を導入しました。

切削跡と傷を見分けることが難しい製品でも、AIに不良となる傷を数枚学習させるだけで、切削跡には反応せず不良となる傷のみを検出できるようになります。

NCプログラムの自動生成

杉野工業が開発した切削加工の自動化システム「SSMC」では、AI搭載ソフトウェア「SSMCbrain」がCADデータを読み込むだけで、機械を動かすNCプログラムの作成、段取りの決定、製品の出荷までの全12工程を自動で実行します。

これまでプログラマーが手作業で行っていた工程をAIが担うことで、プログラミング時間を大幅に短縮し、人手不足の解消と生産性向上を同時に実現しています。

AI導入による具体的なメリット

切削加工の現場にAIを導入することで、以下のような効果が期待できます。

生産性の大幅な向上

AIによる自動化により以下を実現すれば、少ない人員でも効率的な生産が可能になります。

• 段取り替え時間の短縮
• 加工条件の最適化による加工時間短縮
• 検査工程の効率化
• 夜間・休日の無人運転

24時間稼働が可能になることで設備の稼働率を最大化し、生産能力を大幅に向上させられます。

品質の安定化と向上

AIは人間と違って疲労せず、常に一定の精度で判断を行います。オペレーターの経験や体調に左右されることなく、安定した品質の製品を継続的に生産できる点が大きな強みです。

加工条件の最適化により、寸法精度や表面粗さのばらつきを抑え、不良品の発生率を大幅に低減できます。

コスト削減の実現

以下のような様々な面でコスト削減効果が得られるのも、AIを活用する大きなメリットの1つです。

• 人件費
• 工具費
• 材料費
• エネルギーコスト
• 検査コスト

総合的なコスト削減は、製品の競争力を高めることに繋がります。

技術継承の実現

熟練技術者のノウハウをAIが学習することで、技術の見える化・標準化が進みます。若手オペレーターでも熟練者と同等の判断ができるようになり、技術継承の課題を解決できます。

AI導入時のポイントと注意点

切削加工の現場においてAIを効果的に活用するためには、いくつかのポイントを押さえておく必要があります。

明確な目的設定と課題の特定

まず、何のためにAIを導入するのか、解決したい課題を明確にすることが重要です。生産性向上、品質安定化、人手不足解消など、具体的な目標を設定し、それに対してAIがどのように貢献できるかを検討します。

スモールスタートでの導入

いきなり大規模なシステムを導入するのではなく、特定の工程や製品に絞って小規模に始めることをおすすめします。試験的に導入して効果を検証し、課題を洗い出した上で段階的に展開していくアプローチが成功の鍵です。

データ収集と管理の重要性

AIを効果的に活用するには、十分な量の質の高いデータが必要です。既存の機械にセンサを後付けする場合は、データ収集の仕組みから整備する必要があります。

また、収集したデータを適切に管理し、セキュリティを確保することも重要な課題です。

専門企業との連携

AI技術や切削加工の両方に精通した専門企業と連携することで、自社に最適なシステムを構築できます。工作機械メーカー、AIソリューション企業、システムインテグレーターなど、信頼できるパートナーを選定することが成功のポイントです。

切削加工におけるAI活用に関するよくある質問

ここからは、切削加工現場でのAI活用に関して頻繁に寄せられる質問にお答えします。

Q：中小企業でもAIを導入できますか？

A：はい、導入可能です。最近では比較的低コストで導入できるAIソリューションも増えています。既存の機械に後付けできるセンサやソフトウェアを活用すれば、大規模な設備投資なしでAIを導入することも可能です。まずは特定の工程に絞って小規模に始めることをおすすめします。

Q：AI導入にはどれくらいの期間がかかりますか？

A：システムの規模や内容によって異なりますが、簡易的なものであれば数週間から数ヶ月程度で導入可能です。本格的なシステム構築の場合は、要件定義から稼働まで半年から1年程度かかることもあります。データ収集と学習期間も含めると、さらに時間を要する場合があります。

Q：既存の古い機械でもAI活用は可能ですか？

A：はい、可能です。クランプ式の電流センサや振動センサを後付けすることで、既存の機械でもAIによる監視や分析ができます。レトロフィット型のAIソリューションは、設備更新が難しい中小企業にとって特に有効な選択肢です。

Q：AIがオペレーターの仕事を奪うのではないですか？

A：AIは人の仕事を奪うのではなく、人の能力を拡張し、より価値の高い業務に集中できるようにする道具です。単純作業や危険な作業をAIに任せることで、オペレーターは判断を要する業務や改善活動に専念できます。人とAIが協働する新しい働き方が広がっています。

Q：AI導入の効果測定はどのように行えばよいですか？

A：生産性向上率、不良率の低減、コスト削減額、設備稼働率の向上など、具体的な数値で効果を測定することが重要です。導入前の現状値を記録し、導入後の変化を定量的に評価することで、投資対効果を明確にできます。

切削加工の未来を切り拓くAI活用

切削加工におけるAI活用は、まだ始まったばかりです。今後は個別の作業の自動化にとどまらず、工場全体を最適化するような包括的なAI活用が進むと予想されます。

複数の工作機械やロボットをAIが統括制御し、工場全体で最適な生産計画を自動立案するシステムも実現しつつあります。製造業のDX推進において、AIは中心的な役割を担う技術であり、切削加工の現場でも新しいものづくりのスタイルが確立されていくでしょう。

特殊切削工具の分野においても、AIを活用した工具の状態監視や最適化が進んでおり、工具メーカーとの連携によるトータルソリューションの提供が増えています。これからの製造現場には、最新の技術動向を常にキャッチアップし、自社に適した形でAIを取り入れていくことが求められるでしょう。