福島の工場で始まった国産充電器の少量生産:CIOのセル方式ラインを工程ごとに見る
イチケン / ICHIKEN
CIOが進める国産USB充電器プロジェクトは、福島県のアサヒ電子での生産段階に入った。アサヒ電子はこのプロジェクトの製造を受託するEMSである。動画の撮影時点では量産に向けた条件出しの最中で、当日はアサヒ電子が「プリプロダクション」と呼ばれる少量生産を実施していた。CIOの担当者によれば、この一連の流れに問題がなければ本格量産に進む。
試作段階の量産は中国でも行われていた。今回の動画では、イチケンがCIOの担当者に話を聞きながら生産ラインを順に見て回る。テーマは、日本と中国の生産で何が違うのか、どれくらいの台数を作れるのかである。
ベルトコンベアではなく「セル方式」
最も大きな違いは生産方式だ。担当者によると、中国の工場はベルトコンベアで製品を次々に流すコンベア形式だった。アサヒ電子ではこれを「セル方式」に変えている。作業者を一列に長く並べるのではなく、区画ごとに役割を決め、それぞれの区画で担当の工程を進める。区画には「キッティング」などの役割名が掲げられており、各セルの作業が終わると次のセルへ製品を渡していく。セルは工程の数だけ用意されている。
担当者はセル方式の利点を汎用性の高さだと説明した。ベルトコンベア式ではラインをきちんと確立する必要があり、別の会社の製品を作る日には、その分の人員を一度にそろえなければならない。決まった人数を割り当てないと回らない仕組みである。セル方式なら、少人数で少数生産にも対応できる。人数が多い日は各セクションに満遍なく配置すれば生産できる。
一方で、効率ではベルトコンベア式が上回ると担当者は認める。配置できる人数が多く、一気通貫で生産できるからだ。セル方式は区画ごとに作業者が決まっているため、区画を2倍用意することはできても、基本的には区画内の作業量が上限になる。担当者は目安として、ベルトコンベア式なら難易度にもよるが1日1000〜2000台、あるいはそれ以上作れると述べた。今回用意された場所では、アサヒ電子側から1日最大500〜700台程度が限界と聞いているという。これを受けてイチケンは「月産1万とかそのぐらいになるんですかね」と見積もったが、この点について明確な回答はなかった。
キッティングとトレーサビリティ
最初の工程はキッティングで、部品の受け入れを担う。アサヒ電子で組み立てる部品は大きく3つに分かれる。充電器本体となる基板、製品のケース、TFTディスプレイである。キッティングでは部品を開梱し、その日の生産分が正しくそろっているかを確認してから次の工程へ渡す。今回の試作量産では生産台数は数十台だという。
イチケンが目を留めたのは、中国のラインでは見かけなかったバーコードリーダーだった。担当者によれば、これはトレーサビリティのためのシステムである。基板の底面や製品の筐体にはQRコードが付いており、それを読み取ってシステムに登録することで、どのQRコードに対応する部品を使ったかを記録している。
組み立て前にTFTを検査する
次のセルには、TFT液晶が正しく表示されるかを確認するジグが置かれていた。これもアサヒ電子が製作したものだ。部品のなかでTFTは特に別送されてくるため、ここで受け入れ品質を確認してから次の工程に進む。担当者はこの検査を「IQL」と呼び、受け入れ段階で問題がないことを確かめるジグを作るというアサヒ電子からの提案で始まったと説明した。
イチケンは、組み立てた後にTFTの故障が分かれば、それまでの工程がすべて無駄になると指摘した。担当者もこれに同意し、工数やコストに加えて、分解すると廃棄しなければならない部品が多く出る点を挙げた。部品が分かれた状態で確認してから次へ進むほうが、最終的に無駄を減らせるという考え方である。
ATEとケースへの組み込み
続くATE装置では、TFTを取り付けた状態の基板に通電し、問題がないかを自動で確認する。合格すれば次の工程に進む。イチケンは、この部分は中国で見たものとほぼ同じだと述べている。
その後ろのセルで、基板をケースに組み込む。ここでもスキャナーでQRコードを読み取る。ケースに収めると基板のQRコードは読めなくなるため、この工程で新たにQRコードを印刷して製品に貼り、基板と対になるコードとして読み込ませてから次の工程に流す。
ポッティング材は重さで管理する
ポッティング材の充填は中国でも行われていたが、アサヒ電子のセルには秤が置かれていた。担当者によると、充填にムラがあると放熱に影響が出る。そのためCIOはこの製品の理想値を5〜7g程度と定めている。7gを超えるとポッティング材が漏れ出してしまうので、多すぎず少なすぎないよう重量計で測り、品質を担保している。イチケンは、少なすぎれば熱が伝わらず、多すぎればシリコンがはみ出して外観が汚れるということかと確認した。
秤を置くのは、作業者によるばらつきを抑えるためである。担当者は、目視で経験に頼って作業すると細部にブレが出ると説明した。そこで注入後にもう一度重さを測り、公差内に収まっていることを確かめてから次の工程に移る。さらに、アサヒ電子から改善案も出ている。ポッティング材の吐出量自体は一定なので、所定のグラム数に達するまでの秒数を計算し、タイマー式で自動化するという案だ。担当者はこの改善を現在進めているところだと話し、イチケンはそれを「作りながらいろいろ改善している」状態だと受け止めている。
超音波溶着とファームウェア書き込み用ジグ
超音波溶着の工程は、イチケンによれば中国のものとかなり似ている。ここで溶着すると製品として組み上がり、次はエイジング工程に入る。
その近くには、ファームウェアを書き換えるためのジグもあった。担当者の説明はこうだ。途中で仕様が変わった場合、製品をいったん中国に送り返して書き込み直すのは手間がかかる。また、日本で組み立てた製品の品質を担保しているのはあくまで日本国内である。そのため、変更や書き換えが前提になるものには日本で対応できるよう、このジグを用意した。イチケンが「仕様変更なら最初の中国側で書き込むファームウェアを変えるのでは」と尋ねると、担当者は、このジグは「何かあった時」のためのものと考えてほしいと答えた。
エイジング:4時間の高負荷試験と不良率の基準
ライン上にはエイジング工程のスペースがあったが、撮影時は何も置かれていなかった。担当者によると、時間の都合もあり、プリプロダクションの段階でここに設置するには配線工事などが必要だった。そのため装置はいったん1階に置き、そこで通電確認をしてから製品を上の階に戻している。本格量産時にこの場所で行うとボトルネックにならないか、あるいはボトルネックになるからこの場所に置くのかは最終協議中だという。担当者は最終的にはこのあたりに設置される見込みだと述べ、イチケンは天井から電線が来ていることからそう推測した。
1階のエイジングマシンは、イチケンによれば中国で見たものとほとんど同じである。接続ケーブルにはCIO自社のケーブルが使われていた。1台ずつつなぎ、合計でおよそ4時間かけて通電確認などを行う。担当者は、全数を長時間テストしなければ、負荷をかけたときに壊れる可能性があると説明した。CIOとしては特に、フル負荷をかけて長時間テストする仕組みにしているという。テストした台数に対して不良が何件出たかを確認し、目安として1000分の3程度を合格ラインとしている。これを上回った場合は原因をすべて究明し、生産工程を洗い出して問題がないかを確認する手順を踏む。
工場内を歩くなかで、イチケンはホコリやチリを取るテープが備えられていること、作業者が専用の服や帽子を着用していることにも触れている。
絶縁耐圧試験からユーザー目線の試験へ
エイジングの後は絶縁耐圧試験に進む。担当者はこれを一般的な試験だと位置づけ、ショートや落雷など様々な状況で過電圧にならないかを確認する工程だと説明した。その後もう一度ATEを通して製品としての確認を行い、そこから実際のユーザーの使い方に沿ったテストが始まる。
この後半のセルは、イチケンの目にもまだ仕様が固まっていないように見えた。担当者も、どの機材を置いてテストするかはアサヒ電子と詰めている最中だと認めている。
予定されている試験の一つがコイル鳴きの確認である。充電器特有の甲高い音が出ないかを、負荷をかけて確かめる。ただ、開けた空間では音が聞き取りにくく、周囲に音が漏れることもある。そのため、静かな環境をどう確保して確認するかを検討中だという。
次の実機試験では、充電器をスマートフォンなどにつなぎ、正しく認識されて充電できるかを確かめる。担当者は、ATEなどで通電を確認することと、実際のデバイスに正しく給電・充電できることは別の問題として扱っていると説明した。顧客は実機で充電するからである。対象機器は主にiPhone、Android、PCを想定している。イチケンは、最近はパソコンもUSBの65Wで充電するものがあると補足した。
続いてBluetoothの試験がある。電波を遮断する暗箱に充電器を入れ、ペアリングを確認する。担当者によると、アプリで画面が切り替わるか、設定が反映されるかといった、ユーザーが実際に使う場面に沿ったテストを想定している。
最終段階に近い工程が異音確認である。イチケンの説明では、完成した充電器を叩いてカラカラと音がしないかを確かめる。担当者は、組み立てが甘いと部品が外れることがあり、物理的な問題に対する最終的な担保をここで行うと述べた。
出荷工程も一人単位でまとめる
最後は包装と出荷である。担当者によると、中国では内容物をブリスターに入れるなどの作業を、一人ひとりが分担して行っていた。アサヒ電子では、セットになった内容物を軸に一人がすべてを詰め、確認者がチェックしてから梱包する。そのため、この工程も圧縮された形で進められる見込みだという。
本格量産まであと数週間、残る課題
イチケンは今回の見学を振り返り、セル生産への切り替えやトレーサビリティの導入など、中国での試作から変わった点が多いと述べた。
担当者は、製品がユーザーに届く前の最後の工程に来ており、あと数週間で本格量産が始まると話した。一方で、見学で示されたとおり、詰め切れていない部分もまだ残っていると認めている。コイル鳴き試験の環境、試験機材の選定、エイジング装置の最終的な設置場所などである。今後は毎週のようにアサヒ電子へ出向き、詰めながら進めていくという。
国産充電器プロジェクトがとうとう日本国内にやってきました。今、福島県にあるアサヒ電子さん、CIOの国産充電器プロジェクトのEMSさんなのですけれども、量産のための条件出しを今やっているところです。
まさに今、プリプロダクションといって、少量生産をアサヒ電子さんで本日実施いただいて、そこで一連の流れに問題なければ、いよいよ本格量産というフェーズに来ております。
中国でも試作の量産はやっていたと思うんですけども、日本と中国でどういったところが違っていて、あとは生産台数とか、そのあたりも話していければと思います。よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
というわけで早速、生産ラインを見ていきたいと思うんですけど、簡単に説明してもらえますか。どういう生産ラインになっているんですか。
これはセル方式といって、中国の時はコンベア形式で、ベルトコンベアで製品がどんどん生産される形だったんですけども、そうではなくて、一つ一つの区画でそれぞれの役割を設けて、それに基づいて作業していただくという流れになります。長く人が配置されているんじゃなくて、こういうスペースの中で、それぞれがいろんな工程、セクションを持って生産される方式になっています。
今ここにセルの一つがあるという感じで、ここに作業者の方が立って、いろいろやっていくみたいな、そんな感じなんですかね。
主にここで役割、こういう感じでキッティングというふうに書かれていたりとか、いろんな役割を書かせていただいているんですけども、キッティングであれば製品を開梱していただいて、本日生産分がきちんと揃っているかとか、その辺りを確認していただいて、次の工程に渡していく。その流れでどんどん流れ作業で生産していくという方式でやっている。
その工程分、このセルがあるという感じで、生産を進めていくというところですかね。
メリットとしては、ベルトコンベア式だと生産ラインをきちんと確立させないといけないので、今日やる作業として、別の例えば会社様のものを作ろうと思うと、一気にそこの分を全員用意しないといけないですし、決まった数の人をアサインしないとなかなか難しいんですけど、このセル生産方式のメリットは、例えば少人数でやったとしても少数生産にも対応できるし、大人数であれば、それぞれのセクションに満遍なく配置すればそれで生産できるので、汎用性高く生産できるというメリットがあります。
ちなみに生産の数とかでいうと、ラインに流していくのとこのセル方式だと、どっちの方が多いとか、効率がいいとかってありますか。
やっぱりラインで流していく方が効率が良くて、配置できる人数がその分多いので、一気通貫で生産することができるんですけど、このセル方式でいうと、この一つ一つの区画で作業される方が決まっているので、これを同じく2倍用意するみたいなことで言うと、もちろんできるんですけども、基本的にはこの区画内での生産になります。
イメージ感で言うと、ベルトコンベア式の生産ラインというものを用いると、作る難易度にもよるんですけど、1日1000とか2000台とか、それ以上生産することもできるんですけど、今回ご用意いただいている場所で言うと、MAXで500とか700台ぐらいが1日限界かなということで、おっしゃっていただいている状況です。
月産1万とか、そのぐらいになるんですかね。ここからは生産のセルのブースがあるんですけども、それぞれ少しずつかいつまみながら見ていきたいと思います。まずこれ、キッティングですかね。これは何をするんでしょうか。
まず今回で言うと、アサヒ電子さんの方で組み立てていただく部品として、大きく3つに分かれます。一つはこの基板ですね。充電器の本体の部分ですね。あとは製品のケースと、TFTのディスプレイですね。この3つを今回組み立てることになるので、試作量産では数十台の生産になるんですけれども、それぞれがきちんと1日の中で生産される分、正しく存在するかどうか。そこが存在するのであれば、次の工程に移れるというフェーズになるので、本当に一番最初の受け入れの工程が、このキッティングと呼ばれる作業となります。
一つ気になったんですけど、バーコードリーダーみたいなのあるじゃないですか。あれは何なんでしょうか。中国のラインだとこれは見かけなかった。
そうですね。これはトレーサビリティのシステムを用いていて、製品それぞれにQRコードが打たれています。基板でいうと、この底部分にこんな感じでQRコード。製品筐体にも我々つけているんですけども、このQRコードとかを読み取って、このQRコードに対応したものを使いますよということをするために、システムに登録するという作業をしています。
次のところ行きましょうか。これはどういったものなんですかね。
これもアサヒ電子さんに作っていただいたんですけども、TFT液晶が正しく映るかどうかを確認するための治具と呼ばれるものですね。今回でいうと、部品の中でも特に分離されて送られているのがTFTなので、そのTFTの受け入れに関してはここで担保した上で、その次の工程に入るということを、まずはさせていただいています。
このTFTの受け入れに際しても、アサヒ電子さんからご提案いただいて、このIQLというんですけども、受け入れの段階で問題ないことを確認するための治具を作りましょうということで、ご提案いただいてこれ始まっているので。
確かに組み立てた後にTFTが壊れてましたってなると、それまでの工程が全部無駄になっちゃいますよね。分解して。
もちろん工数もコストもそうなんですけど、廃棄しないといけない部品が結構出てきてしまうので、そういったところも配慮すると、分解した状態で次の工程に進める方が、結果的に最終的にいろんなものがもったいなくならずに進めていけるっていうメリットも、こういう工程をきちんとすることによって生じます。
どんどん駆け足で次の工程を見ていきたいと思います。これはATEの装置ですかね。
これは中国でもあったんですけども、TFTをつけた状態で、まずは基板レベルで通電するかどうかをチェックする。それぞれこれ、自動的に問題ないよということが確認できるので、ここが問題なければ次の工程に進めるという手順です。
この辺はもう中国で見たそのままかなと思いますね。後ろの方にこちらも、セルのケース組み込みということで、これもやっぱりスキャナーでQRコードを読み込んでやっていくと。
そうです。ここから製品に組み立て始めるので、基板のQRコードは読めなくなるんですね。
そうですね。
なので基板のQRコードを読めない代わりに、ここでプリントとしてQRコードを印刷して、ここにペタッと貼り付けて、今度この製品基板に対になるQRコードを読み込みながら、そのまま次の工程に進めていくという流れになります。
個人的にポッティング材、中国でも入れていたと思うんですけど、はかりがあって、これは多分重さを測りながらやっているってことなんですかね。
結局、充填されるところにムラがあると、どうしても放熱に影響が出てきてしまうので、我々の中でこの製品に対して、だいたい理想値が5gから7gぐらいの範囲で決めていて、7g以上いくとポッティング剤自体が漏れ出てしまうので、そうならないように、逆に少なくなりすぎないように重量計で測って、そこで質を担保しているという状態になります。
少なすぎると熱が伝わらなくなって、多すぎるとシリコンがはみ出てしまって外観が汚れてしまって、みたいな感じですかね。ここら辺はやっぱり作業者によるばらつきを抑えるための工夫ということです。
どうしても目検で見たときに、経験値の中でやっていくと細部にブレが生じてしまうので、ポッティング材を注入してからもう一度測り直して、公差の中で収まっているかどうかを確認して、次の工程に移っていただく。これもアサヒ電子さんに提案いただいている状態なんですけども、ポッティング材が出る量自体は均一なので、時間で測りながら、だいたいそのグラムに達するのは何秒だというのを計算しながら、それでタイマー式で自動化していこうということを今ご提案いただいていて、進めていっている状況です。
作りながらいろいろ改善しているという感じですかね。これは超音波の溶着ですね。これ、中国にあったものと結構似てるかなと。
ここで超音波圧着して、製品として組み立てられた状態になるので、そのまま次工程として、次はエイジングの機械に入れていくという流れになります。
ここにファームウェアアップデートみたいな物があって、これはここでファームウェアを書き換えることもできるみたいな。
やっぱり実際に途中で仕様が変わったりすると、持ってきている以上、もう一度中国に送り返してファームウェアを書き込むみたいなのが、なかなか手間になってきますし、ここまで日本で組み立てているものに対して品質担保しているのって、あくまで日本国内になるので、変更であったりとか、何か書き換え前提になるものに関しては、日本国内で対応できるように、こういうファームウェアアップデートのための治具を用意して、対応できるようにさせていただいているという感じです。
途中で仕様が変わった場合は多分、一番最初の中国でも書き込むファームウェアを変えていくみたいなイメージですかね。
何かあった時みたいなイメージで考えていただくのが強いかなと思います。
この次のところで多分、エイジングの工程があるんですけど、今ここには何もないんですよね。どうしてですか。
これは時間的な都合もあったんですけども、今回のプリプロダクションの段階においてここに設置しようとすると、やっぱり配線の工事とかも全体的に必要だったので、一旦1階に置いていただいて、この段階では1階で通電確認等をした状態で、もう一度上に持ち上がっていただく。本番量産の時に、本当にそこでそのままやること自体が生産効率上ボトルネックにならないのか、あるいはボトルネックになるからここに置くのかは最終協議中なので、最終的にはこの辺に置かれる状態になります。
電線が天井から来ているので、多分ここに置くんだろうみたいな感じですかね。一旦下に見に行きましょう。
場所を移動して、これがエイジングマシンですかね。これ、中国で見た時とほとんど一緒ですかね。ケーブルがCIOのケーブルなんですね。
うちのケーブルをそのまま配線として接続させていただいていて、これ一つ一つにつないで、通電確認等をだいたい4時間、トータルでかけて行うという設備になります。やっぱりこの台数分きちんとテストしていかないと、しかも長時間にわたってテストしないと、負荷をかけた時にもしかしたら壊れてしまう可能性もあるので、我々としてはここに関して特に高負荷、フルで負荷をかけた時に長時間テストするような仕組みになっていて、テストした台数に対して何件ぐらい不良があったのかを確認して、例えば我々の場合でだいたい1000分の3ぐらいを合格ラインとさせていただきながら。
不良率を低くしていくってことですかね。
それに基づいて、それより高かったら、もう全部原因究明をして、もう一度生産の工程を洗い出して、問題がないかどうか確認させていただくということを、ステップとして踏ませていただいている感じです。
工場の中を歩いていて気がついたんですけど、こういうホコリとかチリとかを取るテープがちゃんとあるんですね。こういう服とか帽子もちゃんと着ていますからね。
エイジングの工程から戻ってきまして、次は絶縁耐圧試験。これも本当に耐圧が耐えられるかどうかというものですよね。
結構一般的なものなので、ショートするとか雷が落ちるとか、いろんな場所において過電圧にならないかどうかを確認させていただくという工程になります。
これが終わったら多分もう1回ATEを通して、次の工程に行くという感じなんですかね。
製品としての確認をもう一度させていただいて、そこからは実際のユーザーの使用に則ったテストを、ここから始めるという形になります。
見ていきます。ここら辺はまだそこまで仕様がバッチリ決まってるって感じじゃなさそうな見た目を。
まさにアサヒ電子さんと詰めながらセットアップしていこうと思っているので、実際どういう機材を置いた上でテストしていくかということを、今詰めている段階です。大きくはこのコイル鳴きと呼ばれるような、充電器特有の甲高い音を確認するために負荷をかけて、オープンな空間なので音が聞き取りづらかったりとか、漏れがどうしても生じてしまうかなと思うので、どう静音を担保した状態で確認できるかということを、今まさに詰めている状況です。
コイル鳴きの試験があって、実機試験っていうのは、スマホにつないでちゃんと認識されるか、充電されるかっていうものですかね。
あくまで通電するという行為、ATEとかで通電するという行為と、実際のデバイスに対して正しく通電する、充電できるかっていうのは別で考えているので、実機で実際お客様は充電されるので、そこは問題ないかなということを確認させていただいております。
これはiPhoneとAndroidとか、そのあたりなんですかね。
主にiPhone、Android、あとPCぐらいかなと思います。
確かにパソコンも最近USBで65Wで充電とかありますからね。その次がBluetoothですかね。これは電波の暗箱ですかね。多分この中に充電器を入れて閉じて、ペアリングされるかと。
あくまでアプリで画面が切り替わるかとか、設定自体が反映されるかとか、その辺の実際ユーザーが使用する側面に則ったテストをしようとしている形です。
もうここが本当、最後の最後らへんになってきて、異音確認ですか。多分完成した充電器をバンバン叩いて、カラカラ音がするかしないかっていうのを最終的に確認する。
どうしても組み立てが甘かったりすると部品が外れたりするので、ここで最終確認をさせていただいている。物理的な問題に対しての、最終的には担保をここでしている感じですね。
最後、包装して出荷っていう感じになる感じですかね。出荷のところで違うところとかってあるんでしょうか。
実際出荷も同じく生産ラインに則って内容物を一つ一つ、中国の場合は例えばブリスターに入れるとか、諸々の作業を一人一人で作業してるんですけども、セットになったものを軸に一人が全部入れて、確認者がいて確認して詰めるという作業になるので、そこも圧縮された形で作業することになるかなと思います。
セル生産がよく分かったかなと思いますので、これから生産をいろいろ条件詰めていって、やっていくのかなと思います。というわけでCIOの国産充電器の量産前の、最後の詰めの部分をいろいろ見てきました。セル生産の工程に変わっていたりだとか、いろいろトレーサビリティが取れるようになっていたりだとか、結構いろいろ変わった点もあるかと思います。今後、本量産に向けての意気込みなんかお願いできますか。
まさしくこのタイミングで、これから皆様の元に届く最後の工程に来ております。これからあと数週間後にいよいよ本格量産が始まりますので、最後までやり抜いていきたいと思っております。まだまだ先ほど見ていただいた通りなんですけども、詰め切れてない部分もありますので、これから毎週のようにアサヒ電子さんの方に我々の方で出向きながら、いろいろ詰めながら進めていきたいと思います。
ということで、いろいろ頑張っていくということで、Makuakeもまだまだやっているということで、試みを応援していただけるということであれば、ぜひ応援購入の方ですね、ぜひよろしくお願いします。
よろしくお願いいたします。
というわけで最後まで動画のご視聴ありがとうございました。
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