5G + 産業用インターネット + 3Dプリンティング - 第三航空宇宙科学技術アカデミーの工場159がインテリジェントな積層製造生産ラインを構築

出典：中国航天ニュース、記者：苗睿睿、鄧雲南。

最近、中国航空科学産業公司第三研究院159工場の自社開発、制御可能な付加製造知能生産ラインは、既存の単機付加製造の個別生産モードを突破し、スマート物流、産業インターネット、付加製造技術を初めて統合し、粉末供給、材料輸送、タスクスケジュールの完全なプロセス自動化を実現し、単機設備の利用率と総合的な生産能力を大幅に向上させました。

この生産ラインは、独自のスタンドアロンの積層造形生産モデルに基づいて、5Gネットワークとデジタルツイン技術を組み合わせ、「5G + 積層造形」インテリジェント生産ラインのその後の構築のための強固な基盤を築きました。

インテリジェント製造の新たなレベルへ

現在、航空宇宙製品の応用が深まるにつれ、159工場では複雑な構造部品の大規模生産を議題に上げています。 159工場の付加製造技術イノベーションセンターの生産工場に入ると、付加製造インテリジェント生産ラインの4つの装置が稼働している。技術ディレクターの張文涛氏は、製品の製造から要件を満たす完成品の最終生産まで、ロボットアームとこれら4つの装置だけで全工程を独立して完了できると紹介した。

工場ホールの壁には巨大なディスプレイスクリーンが設置されており、生産プロセスのリアルタイムデータを反映しています。4つの設備の稼働状況は一目でわかり、ロボットアームが自動的に材料の積み下ろしを行っています。

付加製造技術と航空宇宙製品の組み合わせには、構造と機能の統合設計、部品構造のトポロジー最適化、設計の自由度の向上、材料利用率の向上、重量の軽減、製造コストの削減など、自然な応用上の利点があると報告されています。従来の単一機械生産モデルでは、大規模な応用サービスのニーズを完全に満たすことができなくなりました。謝林技術部長は、この生産ラインは既存の単一機械積層造形の個別生産方式を打破し、積層造形プロセスの特徴を組み合わせ、統合レイアウト設計を採用して、印刷ホスト、粉末洗浄システム、粉末供給システム、物流システム、その他のサポート補助システムをレイアウトし、設備資源と作業場スペースを効果的に節約すると述べた。

△写真は、スタッフが積層造形生産ラインの検査を行っている様子です。謝林氏は、従来の単機生産設備では、印刷前の基板、シリンダー、粉末材料の準備と、印刷後の粉末洗浄とシリンダーの搬送を設備の印刷と同期させることができず、設備リソースを占有して生産の進捗に影響を与え、バランスが悪く、各ワークステーションの負荷が不均一になり、製品の生産効率が低下するなどの問題が発生すると述べました。

この問題点を解決するために、Factory 159は積層造形プロセスの特徴を組み合わせ、統合レイアウト設計を採用し、印刷ホスト、粉末洗浄システム、粉末供給システム、物流システムなどのサポート補助システムを合理的に配置し、5G +産業インターネットソリューションを提案し、連続生産積層造形生産ラインシステムをカスタマイズして開発しました。「現在の生産シナリオでは、より高いネットワーク帯域幅とより低いネットワーク遅延が求められており、5Gネットワークはまさにそのニーズを満たしています」と謝玲氏は語った。

「以前は、毎日生産ラインに行って生産の進捗状況を確認し、材料、粉末、600～700キロのシリンダー、印刷された部品を運ばなければなりませんでした。」張文涛氏は、今日のインテリジェントな付加製造システムにより、従業員は高負荷の手動オペレーターから「指揮官」や「監督者」に変わったと述べた。

5Gは工場をよりスマートかつインテリジェントにする

「当社の現在の積層造形生産ラインシステムは5G技術を採用しており、デジタルエンパワーメントを通じて実現されています。」謝林氏は、ファクトリー159は5G技術の「大帯域幅、低遅延、高信頼性」という特徴を活用し、「5G+産業インターネット+積層造形」を組み合わせることで、積層造形生産プロセスにおける各種データを迅速に収集、分析、適用し、積層造形を従来の単一機械生産からネットワーク化、インテリジェント化へと変革し、積層造形の生産効率を向上させると述べました。

生産の観点から見ると、工場がより「スマート」かつより「インテリジェント」になる必要がある場合、5Gは確かに良い助けになります。例えば、各デバイスは5G技術を通じて相互接続され、バックグラウンドでさまざまな種類のデータを迅速に収集できるため、従来のスタンドアロン生産からネットワーク化およびインテリジェント生産への積層造形の変革が実現され、積層造形の生産効率が向上します。現在、5G技術を活用している工場は数多くありますが、Factory 159の特徴は何でしょうか？謝玲氏は「プライベートネットワーク」が鍵だと語った。 159工場は中国聯通と協力して専用のエッジクラウドサーバーを構築し、すべてのデータをサーバーに転送します。パークを離れることなく、すべての生産設備を相互接続して制御し、情報セキュリティを保護することができます。

△ネットワーク化された3Dプリント生産ライン（出典：Grenzebach）
5Gは生産データを工場の内部システムに接続し、生産出力値とデータ概要に関するリアルタイムのフィードバックを提供します。関係者はいつでも設備の出力値と動態を把握できるため、Factory 159は人員削減と効率化、品質向上、コスト削減、サイクル短縮を実現できます。

「今年末までに、材料、倉庫、スケジュールがつながり、熱処理などの設備が工場内に『移動』できるようになる予定です。積層造形装置で印刷された製品は、AGVカートで次の工程に運ばれます。これは、小さなスマート工場を建設することと同じです。」謝玲氏は、テスト後に使用開始されたAGVカートは、ニューラルネットワークのようにすべてのワークステーションを接続し、工場内の自動化された島を1つずつ接続できると述べた。

ファクトリー159にとって、5G産業インターネットに基づく付加製造生産ラインは、5G通信、産業インターネット、付加製造技術を深く統合した初めてのラインです。今後、Factory 159は産業インターネットを基盤とした5G付加製造スマートファクトリーを構築し、付加製造技術の新たな応用モデルと典型的な応用シナリオを形成し、生産ラインを複製可能かつ普及可能なものにします。

5G + 産業用インターネット + 3Dプリンティング - 第三航空宇宙科学技術アカデミーの工場159がインテリジェントな積層製造生産ラインを構築

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