ワイヤーハーネス組立のコストダウン

Nov 17, 2023

マーケティングの世界では、経費を削減するために必要なのはハサミだけです。 しかし、現実のビジネスの世界では、どこでコストを削減するかを決定するストレスの多いプロセスにおいて、会社の幹部がハサミを近くに置く必要は最もありません。

より効果的で安全なツールは、高度なエンタープライズ リソース プランニング (ERP) システムです。これにより、エンジニアはプロジェクトの部品表 (BOM)、人件費、CAD ファイル、設備効率に最初から最後までアクセスして追跡できます。

「これらすべてのコスト要因を適切に追跡するには、ERP システムが絶対に不可欠です」と、1998 年創業のワイヤーおよびケーブル ハーネスのメーカーである ALTEX Inc. の社長、リック ブロム氏は言います。スケジュール、使用されている部品と保管されている部品、購入された材料の数量とそのリードタイム。」

ALTEX は、Microsoft Navision ERP システムを利用して、複数の業界で使用されているさまざまなハーネスのすべての組み立てコストを追跡しています。 これらには、医療機器やブロムが専門輸送と呼ぶものが含まれます。

「顧客の 1 つは、車両の改造を行う会社です」と Bromm 氏は説明します。 「作業員が頭上空間を増やすために床を取り外した後、元のワイヤー ハーネスを取り外す必要があります。

「私たちはこれらのハーネスを再構築して、車椅子用エレベーターのリフト、エアバッグや拘束具などの標準的な安全機能、そしてエアコンや DVD プレーヤーなどのオプションに電力を供給できるようにしています」とブロム氏は続けます。 「このハーネスの再構築は非常に大規模で費用がかかります。しかし、顧客はこれを事前に理解しており、毎回高品質のハーネスを入手できることも知っています。」

ワイヤー ハーネスのコスト削減は多くの場合複雑なプロセスであり、メーカーはいくつかの分野で費用を評価し、費用を制限する方法を探す必要があります。 すべてのハーネスに関連する主なコスト領域は、設計と文書化、ワイヤとコンポーネント、人件費、設備、組み立てとテストです。

ハーネスの組み立てでは、メーカーと顧客は通常、プロジェクトの開始から終了まで緊密に連携します。

「ほとんどの場合、顧客は構築を希望するハーネスの設計を私たちに提供します」と Bromm 氏は述べています。 「この設計は社内のエンジニアリング チームから生まれました。」

設計を取得した後、ALTEX のエンジニアは、IPC-WHMA-A-620D 規格、ケーブル/ワイヤー ハーネス アセンブリの要件と承認に照らして慎重に検査します。 このプロセスは、ハーネスの複雑さに応じて、適度に短いものからかなり長いものまでさまざまです。

「顧客が要求した場合は、図面の製造可能性設計 (DFM) レビューを実行します」と Bromm 氏は説明します。 「DFM プロセスは当社のコスト分析の基礎として機能し、最終目標は最高品質のハーネスを最低コストで構築することです。」

ブロム氏は、このプロセスは自動化を高める方法を評価することに重点を置いていると述べています。 これにより、品質が向上し、設計変更が行われるため、オペレータは品質リスクを引き起こすことなく、より効率的にアセンブリを構築できるようになります。

EMSCO のオーナー兼ゼネラルマネージャーである Parker Garrett 氏も、ハーネスの組み立てコストを効果的に監視するための ERP システムの重要性を認めています。 Garrett は、彼の会社の E2 Shop ERP システム (Shoptech 製) を、電気コンピュータ支援設計 (ECAD) プログラムである Arcadia ソフトウェアで補完しています。

「約 70% の時間で、何らかのハーネス設計が与えられて作業が行われますが、残りの時間では設計を一から行う必要があります」と Garrett 氏は説明します。 「どちらの場合でも、Arcadia は幅広く役立ちます。このソフトウェアを使用すると、受け取った設計に関する重要な文書を作成できます。また、私たちが作成する設計については、エラーのない設計が保証され、ハーネスの組み立てプロセスを簡素化する完全な文書が保証されます。」

Garrett 氏は、ワイヤ ストリップの長さや個々のワイヤ マーキングを決定するだけでなく、高品質の図面を迅速に作成できる Arcadia の能力にも同様に感銘を受けています。 また、このソフトウェアはワイヤ加工機を自動的にプログラムし、各ワイヤと端子をハーネス内のどこに配置する必要があるかを示します。 もう 1 つの利点は、ソフトウェアが顧客向けに各ハーネスのトラブルシューティング図 (回路図) を作成できることです。

通常、顧客はハーネスに使用されるすべてのワイヤとコンポーネントの詳細な仕様を提供します。 これらには、ワイヤまたはケーブルのサイズ、導体の材質と数、絶縁材と厚さ、ワイヤまたはケーブルの被覆、端子、コネクタ、リレー、ヒューズ、ロック、グロメットの数と種類が含まれます。 ただし、場合によっては、顧客がメーカーの経験や専門知識を理由に、この分野での主導権をメーカーに求めることもあります。

EMSCO では、エンジニアが毎日 E2 Shop を使用して、ハーネスに指定されたコンポーネントの在庫状況をリアルタイムで判断します。 正確なコンポーネントが入手できない場合、プロジェクトの主任エンジニアはこの状況を顧客に通知し、同様に機能すると思われる、現在 EMSCO の在庫にある代替コンポーネントを推奨します。 このアプローチにより、メーカーと顧客の両方がコストを節約できます。

「顧客の中には、自分が何を望んでいるのかを正確に知っていて、それをしっかりと守り続ける人もいます」とギャレット氏は言います。 「その後、このアプローチでは、コンポーネントがすぐに手元にないため、ハーネスのコストが高くなり、リードタイムが長くなる可能性があることを顧客に認識させます。関連する問題として、ハーネスがより複雑になると、組み立てに時間がかかる可能性もあります。」

Garrett は、EMSCO がハーネスの電気設計を主導することを定期的に顧客に推奨しています。 これにより、メーカーはワイヤとコネクタのタイプ、熱収縮チューブの材質、結束方法などの分野でコストを削減できる柔軟性が高まります。

「ECAD ソフトウェアのもう 1 つの重要な利点は、プロジェクト内の各ハーネスに必要なすべてのコンポーネントを正確にリストできることです」と Garrett 氏は付け加えます。 「このリストにより、廃棄される材料が大幅に制限され、コンポーネント関連の出費を削減することができます。」

Schleuniger Inc. のシニア製品マネージャーであるロブ・ボイド氏は、ハーネスメーカーに対し、最も低コストのコンポーネントを購入する誘惑を避けるよう推奨しています。 初期費用は節約できますが、生産上の問題が発生する可能性があり、セットアップ時間の増加、生産性の低下、欠陥の発生につながる可能性があります。

「たとえば、低コストの同軸ケーブル (通常または高電圧) は同心でないことがよくあります」とボイド氏は指摘します。 「これにより、一貫して処理することが非常に困難になり、セットアップがより困難になります（つまり、時間がかかります）。また、欠陥が発生する可能性もあります。最終的に、低コストの材料は顧客にとって非常に高価になる可能性があります。」

ALTEX は、コンポーネントのコストを最小限に抑え、コミュニケーションを改善し、サプライヤーとの優先事項となるよう、重点を置いたワイヤとコネクタのサプライ チェーンを活用しています。 ブロム氏は、コンポーネントを最良の価格で入手するためのこの戦略的アプローチが長年にわたり同社に役立ってきたと述べています。

「当社の顧客は通常、端子やスイッチなどのワイヤとコンポーネントを指定します」と Bromm 氏は言います。 「ワイヤはほとんどの場合、ゲージ サイズ範囲、絶縁材料、温度および電圧定格の仕様を含む UL スタイルになっています。」

人件費は本質的に他の 5 つの要素の一部であるため、評価して削減するのが最も難しい組立コストです。 インディアナ州ウェストフィールドとメキシコのノガレスに工場を持つ ALTEX の場合、労働時間の計算は場所に関係なく同じです。 地域によってはさらに安くなる場合もあります。

「インディアナ州では人件費が多少高くても、関税と運送費が南部の労働力の節約を相殺する可能性があり、場合によってはメキシコでの全体的な組み立てコストが高くなる場合があります」とブロム氏は言う。 「当社は常に、品質を最優先に、最高の品質と全体の総コストを最適化する方法で各ハーネスを製造しています。」

Bromm 氏によると、エンジニアリング リソースは ALTEX にとって間接費であり、各プロジェクトに直接関係するものではありません。 プロジェクトの見積もりには、1 人以上の社内エンジニアが独自の見積もりテンプレートを使用して顧客とプロジェクトを進めるため、これらのリソースがかなりの量で必要になります。

すべての計算を手動で行う必要があるため、詳細をすべて完了するには時間がかかります。 これは、エンジニアが組み立てプロセスの各ステップの時間を見積もる必要があるためです。 これらのさまざまな見積もりがテンプレートを通じて合計され、最終的なコストが生成されます。

「通常、人件費はハーネスの組み立てコストの約 30% です」と Garrett 氏は推定します。 「労働力を最適化する鍵は、組み立てプロセス全体を通して柔軟で効率的なワークフローを開発することです。」

EMSCO には約 30 人の従業員がおり、全員がハーネスの組み立て、テスト、出荷のさまざまな側面について総合的なトレーニングを受けています。 ほとんどの作業者はハーネスを最初から最後まで組み立てることができます。 これには、自動化機器の操作から、最初からテスト/品質保証、梱包、出荷用の最終箱へのラベル貼りまでのすべてのワイヤ処理の完了が含まれます。

「効率を最適化するために、より複雑なハーネスは通常、最も経験豊富な作業者によって行われます」とギャレット氏は言います。 「彼らは、必要な部品をすべて入手してハーネスを迅速に構築する方法を最もよく知っています。」

バージニア州アッシュランドにある EMSCO 施設では、すべてのワイヤとケーブルが、Komax Corp. と Schleuniger 製の完全に自動化された切断、剥離、終端処理を行う機械で処理されます。 この機械は数年前に購入したもので、30 AWG から 750 MCM までのワイヤとケーブルを処理します。

「機器のコストに関する本当の課題は、現在のワークロードに基づいて実用的なときに購入することではなく、将来期待されるワークロードに基づいて、望ましいときに購入することです」と Garrett 氏は説明します。 「当社が（2001 年に）会社としてスタートしたとき、半自動のカットストリップマシンと圧着プレスを使用していました。問題は、このセットアップには長い切り替え時間がかかり、コストがかかることでした。完全に自動化されたマシンでは、従来のマシンから切り替えるまでの切り替え時間が大幅に短縮されました。たとえば、14 AWG から 12 AWG に変更すると、20 分から 7 分強に短縮されました。これは効率の大幅な向上です。」

ALTEX はまた、シュロニガーのベンチトップ モデルや数台の CrimpCenter 機械など、幅広い自動および半自動のワイヤ処理装置を運用しています。 ワイヤの加工には手動工具は使用されませんが、作業者がワイヤをコネクタにはんだ付けすることもあります。

「当社にとって、設備の ROI は非常に簡単です」と Bromm 氏は述べています。 「当社には長期にわたる顧客が多数いるため、複数年にわたる回収を目指しています。」

シュロイニガーは、ワイヤおよびケーブルの加工生産性を向上させるために、定期的に装置を改良しています。 Boyd 氏は、オペレーターが他の機器に簡単にネットワーク接続できるようにする内部オペレーティング ソフトウェアを指摘します。 ワイヤーとケーブルの高品質な処理を迅速に分類、セットアップ、完了します。 切断、剥離、圧着に関連する重要なデータを取得します。

「当社の Di.IT 部門は、4Wire Cutting and Assembly Optimization (CAO) と呼ばれる製造実行システムを作成しています」と Boyd 氏は説明します。 「バリューチェーンをデジタル化することで、CAO の革新的なソフトウェアは、複雑な製造および物流プロセスを最適化および制御し、品質保証とトレーサビリティをサポートします。このシステムは、各機械で実際に何が起こっているかを正確に把握して、全体的な設備効率 (OEE) を最大化します。」 」

Schleuniger 製品であるにもかかわらず、CAO のインターフェイスにより、Komax Corp.、Schaefer Megomat、Artos Engineering 製のすべてのワイヤ加工装置で使用できます。 ボイド氏によると、自動車用ハーネスのいくつかのメーカーは CAO を使用することでコストを大幅に削減しました。

そうした企業の 1 つは、物理的なかんばんシステムの代わりに電子かんばんシステムを使用して、ワイヤ加工機にプロジェクトを割り当てることができるようになりました。 以前の方法では、オペレータが独自の基準を使用してシフト全体の製造オーダーを決定する必要がありましたが、ワークステーション間で一貫性がなく、非効率であることがよくありました。 現在、送信された注文の数は、最適化アルゴリズムに基づいて自動的に順序付けされ、次の 2 時間の生産に制限されます。 利点としては、切り替え時間の短縮と OEE の増加が挙げられます。

ハーネスメーカーは、組み立てとテストが全体コストの最大の割合を占めることに同意しています。 ブロム氏は、ALTEX では両方のプロセスが完了する複雑なアセンブリ用に独自の治具を特注で構築しているため、ALTEX での組み立てとテストにはかなりのコストがかかる可能性があると述べています。

「設備は高価ですが、これにより作業員のトレーニングをより迅速に行うことができ、オペレーターの効率も向上します」とブロム氏は言います。 「ハーネスが電気的に接続されると作動するロックダウン機能のおかげで、ハーネスの高品質な組み立ても保証されます。ハーネスはテスト中に緑色のライトを受け取る必要があり、そうでない場合は治具から取り外すことはできません。」

ALTEX はこれらのカスタム器具を 5 年以上使用しており、施設全体で約 20 個の器具を運用しています。 それぞれの製作には 2 ～ 3 週間かかりますが、何年も使用でき、長さが異なる、または追加の 1 つまたは 2 つの端子やコネクタが必要な同様のタイプのハーネスに合わせて変更できます。

EMSCO は、ハーネスの組み立てプロセスを最適化するために、従来とは異なるビルド テーブルを利用しています。 同社は現在、そのようなテーブルを 50 台以上使用しており、そのスペースは 600 直線フィート近くに及びます。

「当社では、ハーネスの構築とテストの費用対効果を最適化するために、社内で設計されたシステムを使用しています」と Garrett 氏は説明します。 「詳細な図面が CAD から生成され、印刷されてビルド テーブルに配置されます。その後、図面上の従来の支柱が配置される位置に磁石が配置されます。セットアップは数分で完了し、磁石は必要に応じて簡単に移動できます。1 つ以上加工されたワイヤーやその他のハーネス部品を積んだ移動式カートがテーブルに運ばれ、組立業者はハーネスを組み立てるのに必要なものがすべて揃います。」

EMSCO テストでは、ビルド プロセス全体を通じて問題をできるだけ早く発見して修正し、後のやり直しを制限します。 Garrett 氏は、テストに関連する大きなコスト要因は、特定の種類のハーネスの初期セットアップ時間 (つまり、コンピュータ化されたテスターのプログラミングとテスト フィクスチャの構築) であると述べています。 まったく同じタイプの追加のハーネスをテストするためのセットアップ時間はありません。

「テストは検査なので、本質的にハーネスの構築を超える追加作業です」とギャレット氏は認めます。 「しかし、より効率的かつコスト効率よく行うことは可能です。」

EMSCO は、Cirris Inc. の試験装置を 10 年間独占的に使用しています。 Cirris (シュロニガーの一部門) の販売担当副社長である Darin Yeager 氏は、ハーネス メーカーがコストを削減できるいくつかの方法を推奨しています。

1つ目は、テストプログラムの作成と検証にかかる時間を短縮することです。 Yeager 氏によると、ハーネス設計ソフトウェアは BOM とアセンブリのコスト見積もりを提供するだけでなく、アセンブリの「始点と終点」リストを出力して、テスターとそのソフトウェアに簡単に直接インポートできるようにすることもできます。 テスターに​​よっては、自動回路学習機能とプログラミングが簡単なソフトウェアを備えているため、優れたテスト プログラムを作成するために専用のテスト プログラマが不要なほど作業が簡単になります。

「可能な場合は、テスト ケーブルとインターフェイスを標準化して、複数のプロジェクトに共通になるようにしてください」と Yeager 氏は推奨します。 「時間を節約するもう 1 つの方法は、テスト ケーブルまたはインターフェイスの片側を標準化し、在庫にある共通のコネクタ (50 ピン D-SUB など) を使用することです。これはコスト効率と耐久性の両方に優れています。」

Yeager 氏はまた、メーカーにとってはスケーラブルなテスターやテスト システムを見つけるのが良いことだとも述べています。 このアプローチにより、企業は将来の成長に合わせて、またはより複雑な配線および相互接続プロジェクトに取り組む際に、その機能とプログラムを拡張することができます。

Jim は ASSEMBLY の上級編集者で、30 年以上の編集経験があります。 ASSEMBLY に入社する前、Camillo は PM Engineer、Association for Facilities Engineering Journal、および Milling Journal の編集者を務めていました。 ジムはデポール大学で英語の学位を取得しています。