GKN Aerospace

GKN Aerospaceの事業部門であるGKN Aerospace Enginesは、生産プロセスと生産設備投資を計画および最適化するための効果的なツールを探しており、具体的には戦略的な計画をサポートし、正確なリードタイムの予測や変動を考慮して、実際の複雑さに対処できるツールが必要でした。GKN Aerospaceは、顧客の期待する納期に応え、対処不能になる前に解決可能な既存の問題をすべて特定するための新しい手段を必要としていました。さらに、一部のバリュー・ストリームは、異なる製品間で生産リソースを共有し、マテリアル・フローが交差する原因となっていました。生産の複雑さと日々の基本的な意思決定は、リードタイムに影響を与えます。そこから、継続的な改善をサポートするためのシミュレーションベース手法導入の機運が生まれ、GKN Aerospaceは、離散事象シミュレーションが同社のさまざまな取り組みを完全にサポートするのではないかと考えました。

GKN Aerospaceは、現在のプロセスをより効率的にする明らかな必要性を認識し、将来の生産量の増加も考慮して、Tecnomatix®ポートフォリオのPlant Simulationを使用したパイロット・プログラムを実施することを決定しました。Plant Simulationは、生産プラントの仮想モデルを、そのすべての特性と相互依存性とともに定義し、モデルを使用して実際の生産をシミュレーションできます。Tecnomatixは、ソフトウェア、ハードウェア、サービスのビジネス・プラットフォームであるSiemens Xceleratorに含まれています。

GKN Aerospaceエンジン・ビジネス・ライン、技術導入情報システム部門、MOM-MESアーキテクトのAlexander Hall氏は次のように述べています。「優れた戦略的計画ツールで生産能力を解析して計画することが必要だったため、Plant Simulationを使い始めました。生産量の増加が予測されることに加え、当社の生産プロセスは複雑であり、使用していた静的な能力解析ツールの精度では不十分だったのです。」

パイロット・プロジェクトが始動

Plant Simulationのパイロット・プロジェクトは、ノルウェーのコングスベルにあるGKN Aerospaceの工場で実施されました。この工場がパイロット・プロジェクトの実施場所に選ばれた理由は、TEC/TRF製品群の生産量が大幅に増加すると予想され、生産解析を実行し、新しい予想量に合わせて製品システムを調整する必要性が生じたためです。コングスベル工場のエンジニアは、Plant Simulationのプロジェクト開始前から、離散事象シミュレーション・ツールの基本的な使用経験がありました。この仮想生産プロジェクトの主な目標の1つに、バリュー・ストリーム (GKN Aerospaceでは製品グループとその生産プロセスを指す用語)を分析し、潜在的な問題領域 (ボトルネックや、どのマシンが適切に稼働していないかなど) を特定して改善することがありました。

Plant Simulationの生産シミュレーションでは、変動の影響を考慮することができます。変動は工場のパフォーマンスに大きな影響を与える、重要な要素です。コングスベルでは、計画的な変動と計画外の変動があります。計画外の変動の例としては、機械の故障、サプライヤーからの資材の不足、不適合などがあります。不確実性の多い環境において、シミュレーションは堅牢な生産のデジタルツインであり、これらの変動の問題を考慮に入れたシミュレーションの結果、機械投資とプロセス改善に関し、よりよい意思決定を導きます。シミュレーションは、GKN Aerospaceのデジタライゼーションへの取り組みにおける主要な要素でもあります。

GKN AerospaceはPlant Simulationを使用して、シミュレーション・モデルを作成しました。モデルの精度を検証するために、過去に実際に起きた生産シナリオでシミュレーションを実行し、そのモデルを使用して生産量が増加する将来のシナリオと、選択肢をテストしました。さらに、ダイナミックな3D環境で生産プロセスをビジュアル化するPlant Simulationの機能は強力で、GKN Aerospaceの従業員は、レイアウト、生産プロセス、マテリアル・フローをよく理解できました。

Plant Simulationのパイロット・プロジェクトには、具体的な主な目標が3つありました。Plant SimulationのGKN Aerospaceへの適用性の評価、他の生産現場でPlant Simulationを容易に使用できるようにするシミュレーション・テンプレートの作成、および工場の製品グループ (バリュー・ストリーム) の1つで予想される生産量増加の解析です。この3つの目標をすべてPlant Simulationで無事に達成できました。

そのほかに、Plant Simulationのパイロット・プロジェクトの結果、GKN Aerospaceは、生産関連データが社内でどのように処理されているかの理解が深まり、システム統合とデータフローにおける重要な改善点をいくつか特定できるといった、やや計画外のメリットも生まれました。

最後に、Plant Simulationで得られたすべての知見は、現実に近い生産のデジタルツイン・モデルを作成することで取得されたものであり、実際の生産に支障はありませんでした。

GKN Aerospaceコングスベル事業所でテクノロジー/プロジェクト・エンジニアを務めるRagnhild Hansen氏は、次のように述べています。「当社の工場では、計画的な変動と計画外の変動が多数あります。例えば、不適合への対応は、生産パフォーマンスに大きな影響を与える、計画外の作業です。Plant Simulationは、変動がプラントのパフォーマンスに与える影響の解析に役立ちます。これがなければほとんど不可能です。」

GKN Aerospaceのエンジン・ビジネス・ライン、技術導入情報システム部門、MOM-MESアーキテクトであるMartin Asp氏によると、同社の生産システムは非常に複雑で、数量と製品構成の両方に変動があるとのことです。Asp氏は次のように語っています。「これはシステム内部のシステムであり、多くの相互依存関係があるため、適切なツールなしで解析することは困難です。そうしたなかで、Plant Simulationはこの複雑さに対処し、有益な知見を明らかにしてくれるツールであることがわかりました。」

彼らはまた、Plant Simulation独自の機能を利用して、サンキー・ダイアグラムでマテリアル・フローの経路と数量を表現し、生産とマテリアル・フローの複雑さと多くの相互依存性を経営陣に示すことができました。サンキー・ダイアグラムでは、このルートを材料や技術者がルートを流れる、または移動する量を、線の幅で表します (同様の概念は、電車や地下鉄の地図でもよく使われます)。マテリアル・フロー経路解析の重要性を示す例として、1つの熱処理ワークセルで複数のバリュー・ストリームに対応するケースがあります。

GKN Aerospaceの生産チームは、Plant Simulationにより、主要なタービン・リアフレーム製品の生産に設備機器の故障とメンテナンスが与える影響は、当初の予測に反して、わずか4%であることがわかりました。一方、手作業による生産がリードタイムの72%に影響を与えており、GKN Aerospaceにとって最適化の影響が最も大きい箇所が明らかになりました。

GKN Aerospaceエンジン・ビジネス・ライン、技術導入情報システム部門のMOM-MESマネージャーであるMikael Carlsson氏は、次のように述べています。「われわれは、従来の静的な生産解析を動的なものに変える必要があることに気付き、Plant Simulationを使い始めました。われわれは不適合のプロセスをシミュレーション・モデルに加えることにしました。再加工オーダーのリードタイム予測は、当社にとっての課題です。Plant Simulationのさまざまなシナリオによって、いろいろなタイプの再加工がリードタイムにどう影響するかを確認できます。Plant Simulationを使用することで、メインの生産フローに再加工が発生した場合のボトルネックを特定することができました。新しいワークステーションを追加して、この問題を解決しました。」GKN AerospaceはPlant Simulationを使用して、生産ライン全体をシミュレーションし、潜在的なパフォーマンス改善の具体的な結論を導き出すことができました。このような動的シミュレーションでは、機械と生産セル間の生産とマテリアル・フローの依存関係が考慮されます。

「Plant Simulationで得られた生産能力と稼働率の結果は、以前の方法よりも30%正確であることがわかりました。」とHansen氏は言います。

早期のプラスの利益

GKN Aerospaceは、Plant Simulationのパイロット・プロジェクトにより、生産リードタイムを短縮するという戦略的目標に対応できるソフトウェア・ツールを入手しました。Plant Simulationが生産シナリオのテストと検証を支援し、時間とコストを節約することで、最終的に競争上の優位性につながると期待しています。

同社はまた、Plant Simulationを使用して生産能力を計算し、マテリアル・フローを視覚化しました。Plant Simulationを任意の生産期間 (1週間など) で実行できるため、シミュレーションによってボトルネックを容易に特定することもできました。生産シフトの計画や、オペレーション上の疑問解消にもPlant Simulationを活用しました。GKN Aerospaceエンジン・ビジネス・ラインのエンジニアリングおよびテクノロジー担当シニア・バイス・プレジデントであるKarl-David Pettersson氏は、次のように話しました。「ノルウェーのコングスベル工場でPlant Simulationの包括的なパイロット・プロジェクトを実施した後、われわれはPlant Simulationを使って航空宇宙エンジン生産プロセスのシミュレーション・モデルを作成できると確信しました。Plant Simulationは生産プロセスの最適化、生産資産の有効活用、マテリアル・フローの検証、仕掛品の削減、生産能力向上に向けた新規生産設備の購入時期の判断に役立っています。」

このプロジェクトはシーメンスのコンサルタントの支援を受けて実施され、GKN AerospaceはPlant Simulationによって増産を実現しました。ある時、米国の生産拠点でシミュレーションの必要性が生じました。GKN Aerospaceは製品フローの変更を計画しており、それが顧客への納入にどう影響するかを把握したいと考えていました。GKN Aerospaceのエンジニアは、そのためのシミュレーション・モデルをシーメンスのコンサルタントの助けを借りずに、自分たちで構築しましたが、これはGKN Aerospaceがシミュレーション・スキルを強化したことをよく表していました。

GKN Aerospaceエンジン・ビジネス・ラインの技術導入情報システム担当ディレクターであるJonas Steen氏は、次のように結論付けました。「GKN Aerospaceエンジン・ビジネス・ラインは、非常に高い品質要件を持つ複雑な製品を少量生産しており、それに使用する非常に高価な機械は、さまざまな製品に使用されることがあります。これらすべてが組み合わさると、非常に複雑な生産シナリオが生まれ、Plant Simulationのような高度なシミュレーション・ツールだけがこの複雑さに対処できます。」

Plant Simulationの革新的な手法に積極的に賛同してもらうために、プロジェクト・チームは工場の生産担当者が活動に参加するようにしました。プロジェクトの活動に加わった、工場のシャフト・バリュー・ストリーム・マネージャーであるDaniel Bryn氏は、Plant Simulationは生産リードタイム短縮に不可欠な手段であり、強力な取り組みであると考えています。Bryn氏のバリュー・ストリームで発生した重要なシミュレーション・ニーズに、塗装エリアの解析がありました。塗装工程は多岐にわたるため、その流れと動きを理解するのは一筋縄ではいきません。しかも、それを本当に理解し、最適化できるのは、このエリアで働いている人々だけだと思われていました。Bryn氏は人員を増やさずに、このエリアでシャフトの加工速度を上げる方法を解析するように依頼し、そのようなシミュレーションが行われた結果、有望な知見が明らかになったのです。このバリュー・ストリームの別のシミュレーション・プロジェクトでは、シャフト用の自動セル全体 (マテリアル・ハンドリング・ロボット、自動複合加工機など) の導入を評価しました。Plant Simulationは、新しい機械が生産シーケンスにどのように影響するかを解析し、既存の類似した機械の性能と比較して、これが生産ラインの既存の機械にどのような影響を与えるかを示しました。このことから、あるバリュー・ストリームで使用したシミュレーション・モデルを、別のバリュー・ストリームに再利用できることも証明されました。

Plant Simulationは顧客対応の場面でも価値を発揮し、同社は顧客に革新的な生産プロセスを提示することができました。

「Plant Simulationは、稼働中または計画中の生産ラインのコンセプトを、非常にダイナミックに視覚化し、お客様に当社のイノベーションを印象付けることができます。」とBryn氏は語りました。

GKN Aerospaceはこのパイロット・プロジェクトの結果、リーン生産方式のサポートなど、さまざまな分野でPlant Simulationを活用できるようになりました。Plant Simulationは、GKN Aerospaceが自社のバリュー・ストリームと、同社が十分に活用していない膨大なデータをよりよく理解するのに役立っています。また、このパイロット・プロジェクトにより、GKN Aerospaceは生産設備の透明性を高め、プロセスへの理解を深めることができました。Plant Simulationは、まったく新しいプロセスとバリュー・ストリーム (グリーンフィールド分野) だけでなく、既存の生産プロセスの (継続的な) 改善もサポートします。同社ではさらに、Plant Simulationを使った製造現場の生産スペース解析、オペレーション・プロセス計画、入札プロセスのサポートなど、いくつかの新しいシミュレーションも構想されています。

GKN Aerospaceは、新型コロナの世界的流行がもたらした新たな課題に対処するために、Plant Simulationをどのように活用できるかについても考えています。例えば、シミュレーションで作成された生産のデジタルツインは、多くの仮想レビューに使用でき、従業員の対面でのやり取りを減らすことができます。また、生産ラインのビジュアル化とシミュレーションにより、まるでラインに足を運んだかのように生産フローを把握可能です。

Pettersson氏は「Plant Simulationは、予想される生産量の変化をサポートする、優れたシミュレーション・ツールであることがわかりました。その価値は確かに証明されました。」と述べています。