バリューストリームマッピング(VSM)でダイカストの生産性を6%向上：学術論文から学ぶ、製造現場のムダ削減術 本技術概要は、Pradip Gunaki氏およびS.N. Teli氏によって執筆され、Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR)に2015年に掲載された学術論文「Productivity Improvement by Value Stream Mapping in Die Casting Industry」に基づいています。ダイカスト専門家の皆様のために、株式会社CASTMANのエキスパートが要約・分析いたしました。 キーワード エグゼクティブサマリー 課題：なぜこの研究がダイカスト専門家にとって重要なのか グローバル市場での競争が激化する中、製造業はより高い柔軟性、競争力、高品質な製品を低コストで提供することが求められています。。特に、顧客の要求が多様化し、カスタマイズ品の受注が増加するダイカスト業界において、生産システムの効率化は喫緊の課題です。本研究で対象となった企業（論文内では「XYZ社」）では、価値を生まない「非付加価値活動」が原因でサイクルタイムが増加し、顧客の要求納期を満たすことが困難になるという問題に直面していました。これは、多くのダイカスト工場が共感するであろう、生産性と顧客満足度の間で板挟みになる典型的な状況と言えます。この研究は、こうした現場の切実な課題に対し、リーン生産方式の強力なツールを用いて解決策を提示するものです。 アプローチ：研究手法の解明 本研究では、生産性向上のための核心的なツールとしてバリューストリームマッピング（VSM）が採用されました。VSMは、トヨタ生産方式を源流とする可視化ツールであり、材料が顧客の手に渡るまでの全プロセス（付加価値活動と非付加価値活動の両方）をマップ化し、無駄を特定・削減することを目的とします。。 研究チームは、以下のステップでアプローチしました。（Figure 1参照） このシミュレーションとの統合アプローチ（Figure 2参照）により、勘や経験だけに頼らない、データに基づいた確実な改善プロセスを実現しています。 ブレークスルー：主要な発見とデータ 本研究から得られた最も重要な結果は、VSMとシミュレーションを用いた体系的なアプローチが、生産性向上に直接的な効果をもたらすことをデータで証明した点です。 貴社のHPDCオペレーションへの実践的な示唆 本研究の結果は、理論に留まらず、実際のダイカスト工場のオペレーション改善に直結する貴重な知見を提供します。 論文詳細 Productivity Improvement by Value Stream Mapping in Die Casting Industry 1. 概要: 2. 論文要旨: バリューストリームマッピング（VSM）は、付加価値を生まないステップを特定し、除去または合理化することによって、製造、生産、ビジネスプロセスにおける無駄を明らかにする評価を得ています。プロセスの現状を反映するためにフロー図が描かれます。非付加価値活動は、各ステップ内およびステップ間で、時間とリソースの無駄によって特定されます。このプロセスは、シミュレーションソフトウェアの助けを借りて分析され、それを必要最小限の活動にまで劇的に削減・単純化する機会を探ります。無駄を減らすことで、プロセス全体における付加価値時間の割合が増加し、プロセスのスループット速度が向上します。これにより、再設計されたプロセスはより効果的（正しいことが行われる）かつ効率的（より少ないリソースで済む）になります。本稿では、Arenaシミュレーションソフトウェアを用いて、ダイカスト業界における非付加価値活動を排除するための是正手法について説明します。再設計されたプロセスは、プロセスのステップと情報の流れが再設計、単純化され、コストが削減され、生産性が向上した未来の状態でフローチャート化されます。 3. 序論: バリューストリームマップは、顧客にとっての価値を創造するプロセス/活動のエンドツーエンドの集合体です。バリューストリームとは、製品を主要なフロー、すなわち(a)原材料から顧客の手に渡るまでの生産フロー、および(b)コンセプトから市場投入までの設計フロー、を通じて送り出すために現在必要とされるすべての活動（付加価値および非付加価値の両方）を指します。。グローバル市場における競争の激化は、メーカーに柔軟性、競争力、高品質な製品を提供し、生産コストの削減を確実にする生産システムとプロセスの開発を強いています。。VSMは、無駄を特定し排除することに焦点を当てた経営哲学を適用することにより、コスト削減に重点を置いています。。 4. 研究の概要:
本テクニカルブリーフは、Zhong, Yao-Nian氏が執筆し、International Journal of Advance in Applied Science Research (2024)に掲載された学術論文「Optimizing the Structural Design of Computing Units in Autonomous Driving Systems and Electric Vehicles to Enhance Overall Performance Stability」を基にしています。HPDCの専門家向けに、CASTMANのエキスパートが要約・分析しました。 エグゼクティブサマリー 課題：この研究がHPDC専門家にとって重要な理由 EVや自動運転システムの演算能力が飛躍的に向上するにつれて、発生する熱も増加しています。エンジニアは数十年にわたり、高圧ダイカスト（HPDC）技術を利用して、放熱フィンを一体化した軽量で複雑なアルミニウム合金製筐体を製造してきました。これは成功した戦略でした。しかし、演算密度の増加と、塵や湿気から部品を保護するための密閉型ファンレス設計の必要性が、従来のフィンのみの設計を熱的な限界点へと追い込んでいます。 過熱は、性能を低下させたりシステム障害を引き起こしたりすることで、車両の安全性と運用安定性を損なう可能性があります。業界は、先進的なダイカスト技術によって実現可能な、費用対効果の高い熱管理技術の進化を緊急に必要としています。本研究の序論で詳述されているように、この研究はまさにこの問題に取り組み、最適化された構造設計と材料設計を通じてコンピューティングユニット筐体の放熱効率を高める方法を探求しています。 アプローチ：研究方法論の解明 本研究は、熱管理に対する先進的かつ多層的なアプローチを概説しています。研究はまず、アルミニウム合金がその高い熱伝導率（90～130 W/m·K）、軽量性、そしてダイカストによる優れた加工性から、熱対策部品として理想的であることを再確認することから始まります。 調査の核心は、以下の2つの主要分野に焦点を当てています。 ブレークスルー：主要な研究結果とデータ この研究は、次世代の熱対策用HPDC設計に直接的な知見を提供する、いくつかの重要な発見をもたらしました。 💡 貴社のHPDCオペレーションへの実用的な示唆 この研究は、高性能な熱管理部品の設計と製造を改善するための、実行可能な洞察を提供します。 論文 詳細 自動運転システムおよび電気自動車におけるコンピューティングユニットの構造設計を最適化し、全体的な性能安定性を向上させる 1. 概要： 2. 要旨： 自動運転システムと電気自動車の急速な発展の中で、コンピューティングユニットの熱管理は、システムの性能と安定性に影響を与える重要な要素となっています。本稿では、最適化された構造設計を通じてコンピューティングユニットの放熱効率を高め、それによって全体的な性能安定性を向上させる方法を探ります。第一に、アルミニウム合金ケーシングは、その優れた熱伝導性、軽量性、加工の柔軟性により、コンピューティングユニットにとって理想的な材料選択です。熱伝導のメカニズムを詳細に分析し、熱伝導率の公式に基づいて設計を検討します。放熱効率を向上させるために、放熱表面積を増やすフィン設計を採用し、空気対流を利用して放熱を促進します。また、成形プロセスの実現可能性と放熱効率のバランスをとることを目指し、フィンサイズと間隔の設計についても議論します。第二に、銅ブロックの材料特性とアルミニウム合金ケーシングの特性を統合することにより、放熱モジュールの構造最適化が行われます。私たちは、熱伝導効率を高めるために局所的な材料の使用を考慮した「分解」設計コンセプトを提案します。電子部品からの発熱量が多い領域では、銅ブロックの高い熱伝導率が熱を迅速にアルミニウム合金ケーシングに伝達し、冷却効果を達成します。さらに、前述の放熱方法がより高い冷却要求を満たすのに不十分な場合、液冷コールドプレート技術が効果的な冷却ソリューションとなる可能性があります。コンピューティングユニットの液冷システムを電気自動車のバッテリーパックの冷却システムと統合することにより、熱負荷のバランスを達成し、システムのエネルギー効率と安定性を向上させることができます。本研究は、フィン設計、冷却モジュールの最適化、および液冷コールドプレート技術の統合利用を通じて、将来の電子機器の熱管理のための効果的で経済的な管理戦略を提供し、幅広い応用の可能性があります。 3. はじめに： 自動運転システムの需要が高まるにつれ、車両に搭載されたさまざまなセンサー、レーダー、カメラ、その他の知覚デバイスは、自動運転の安全性と正確性をサポートするためにリアルタイムで処理する必要のある大量のデータを生成します。これには、強力な処理能力と安定した熱管理が必要です。計算密度の増加に伴い、発生する熱も大幅に増加し、放熱に新たな課題を提示しています。高温環境では、これらのデバイスは過熱しやすく、動作の安定性に影響を与え、さらには車両の安全性を損なう可能性があります。自動運転システムや電気自動車のコンピューティングユニットは、その優れた熱伝導性、軽量性、機械的強度のため、しばしばアルミニウム合金製の金属ケーシングを使用します。この研究では、放熱効率を高めるために、フィン設計、冷却モジュールの最適化、および液冷コールドプレート技術を探求します。 4. 研究の概要： 研究テーマの背景：
本要約の内容は、「Athens Journal of Sciences」によって発行された論文「Quality Testing in Aluminum Die-Casting – A Novel Approach Using Acoustic Data in Neural Networks」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録 (Abstract): アルミニウムダイカストの品質管理には様々なプロセスが用いられる。例えば、部品の密度測定、X線画像やCT（コンピュータ断層撮影）画像の解析などがある。これらの一般的なプロセスはいずれも実用的な結果をもたらす。しかし、その処理時間やハードウェアコストのため、インライン品質管理に適したプロセスがないという問題がある。そこで本稿では、音響サンプルを用いた高速かつ低コストな品質管理プロセスのコンセプトを提案する。240個のアルミニウム鋳造品の音響サンプルを記録し、X線画像を用いて品質を確認した。全ての部品は、欠陥のない「良品（good）」、空気混入（「ブローホール, blowholes」）のある「中程度（medium）」、湯境（cold flow marks）のある「不良品（poor）」のカテゴリに分類された。生成された音響サンプルの処理のために、畳み込みニューラルネットワーク（Convolutional Neuronal Network）が開発された。ニューラルネットワークのトレーニングは、完全な音響サンプルとセグメント化された音響サンプル（「ウィンドウイング, windowing」）の両方を用いて行われた。生成されたモデルは、120個の音響サンプルからなるテストデータセットで評価された。結果は非常に有望であり、両モデルはそれぞれ95%と87%の精度（accuracy）を示した。この結果は、ニューラルネットワークを利用することで、新しい音響品質管理プロセスが実現可能であることを示している。モデルはほとんどのアルミニウム鋳造品を正しいカテゴリに分類した。 3. 序論 (Introduction): 迅速かつコスト効率の高い品質管理は、製造業において中心的な役割を果たす。現代的な手法、特に人工知能やニューラルネットワークなどの革新的技術は、そのようなプロセスを設計するための全く新しい可能性を開く。アルミニウム鋳造品の品質保証に頻繁に用いられる手法には、CTやX線検査がある。これらは、部品の画像を撮影し、空気溜まり（「ブローホール」）や亀裂（cracks）などの欠陥を検出する。しかし、CTスキャンなどは、一般的なプロセス時間（1個あたり約30秒）と比較して記録時間（1個あたり20～30分！）が著しく長く、意味のあるインライン工程管理（inline process control）には現実的ではない。本研究では、ニューラルネットワークを用いた音響データ処理が、高速、低コスト、かつインライン対応可能な品質保証方法として実行可能かどうかを検討する。その根底にある仮説は、製造上の欠陥が鋳造品の密度を変化させ、それによって音響特性（音と周波数）が変化し、これをニューラルネットワークが識別できるというものである。 4. 研究の要約 (Summary of the study): 研究テーマの背景 (Background of the research topic): アルミニウムダイカストの品質管理は、密度測定、X線イメージング、CTなどの手法に依存している。これらの手法は効果的であるが、速度とコストの面で限界があり、生産中のインライン品質管理への適用を妨げている。 先行研究の状況 (Status of previous research): 音声、音楽、パターン認識などの応用分野において、ニューラルネットワークを用いたオーディオデータ処理は大きな進歩を遂げている。技術には、生オーディオデータの処理や、スペクトログラム（spectrograms）やメル周波数ケプストラム係数（Mel
本紹介論文は、「Procedia Structural Integrity」によって発行された論文「Study of two alternative cooling systems of a mold insert used in die casting process of light alloy components」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨: 金型インサートは、ダイカストプロセスで一般的に使用される金型の重要な構成要素です。その目的は、キャビティやアンダーカットのような鋳物の特定形状を実現することです。また、いくつかの重要な領域で冷却システムを改善するためにも使用されます。各インサートは、金型の熱状態を制御し、すべてのホットスポットを効率的に冷却するために、少なくとも1つの単純な冷却チャネルを有しています。溶融金属が形状に鋳込まれ、次に凝固した鋳物によって生じる機械的応力と共に、厳しい周期的熱条件は、インサートを熱機械疲労にさらします。熱機械疲労は、一定サイクル後にインサート表面に観察される亀裂の主な原因であり、コンポーネントを使用不能にし、交換を要求します。この状況は、直接的および間接的なコストに悪影響を及ぼします。本稿では、ダイカストプロセスを通じて製造されたアルミニウム合金シリンダーブロックのオイルドレンチャネルを実現するために使用される金型インサートについて、この現象を研究しました。本研究の目的は、高温および高い熱勾配に最もさらされるゾーンを決定し、積層造形で実現された同じインサートにコンフォーマルチャネルを使用することにより、より効率的な冷却システムを設計および分析することです。 3. 緒言: ダイカストプロセス、特に高圧ダイカスト（HPDC）は、自動車産業を中心にアルミニウム合金部品の製造に広く使用されています。これらのプロセスにおける主要な問題の1つは、ダイとそのコンポーネントの耐久性であり、これらは高温（670～710°Cの溶融アルミニウム）、高い射出速度（30～100 m/s）、および圧力（50～80 MPa）にさらされます。金型インサートは、特定の鋳造形状を作成し、重要領域の冷却を強化するために不可欠です。これらのインサートは通常、熱状態を管理し、ホットスポットを冷却するための冷却チャネルを備えています。 ダイカストダイおよびインサートは、厳しい周期的な熱的および機械的負荷を受けます。これらの条件は熱機械疲労を引き起こし、これが一定サイクル後のインサート表面の亀裂（しばしば「ヒートチェック」と呼ばれる）の主な原因となります。この損傷によりインサートは使用不能となり、交換が必要となり、直接的および間接的なコストが発生します。巨視的には、亀裂は、ダイ表面が急速に加熱され、その後潤滑剤スプレーによって急冷される際の熱衝撃によって開始されます。加熱中、ダイ表面には圧縮応力が発生し、冷却中には引張応力が発生します。コフィン・マンソン式（1）は、亀裂発生までの反転回数を塑性ひずみ振幅に関連付けます。熱ひずみ（式（2））および結果として生じる応力（式（3））は、降伏強度を超えると塑性変形（式（4））を引き起こす可能性があります。疲労寿命は、サイクルあたりの散逸エネルギー（式（5）および（6））にも強く影響されます。 本稿では、アルミニウム合金シリンダーブロック（HPDC）のオイルドレンチャネルに使用される金型インサートにおける熱機械疲労を調査します。この研究では、有限要素解析（FEM）を使用して、高温および熱勾配のゾーンを特定します。これらの結果に基づいて、積層造形によって実現されるコンフォーマルチャネルを使用した、より効率的な冷却システムが設計および分析されます。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: ダイカストダイ、特に金型インサートの耐久性は、高温および周期的な機械的負荷を含む過酷な動作条件のため、重要な懸念事項です。熱機械疲労は主要な故障メカニズムであり、インサートの亀裂および耐用年数の短縮につながり、生産コストと効率に悪影響を及ぼします。これらの問題を軽減するためには、インサートの効果的な冷却が不可欠です。 従来の研究状況: ダイカストダイの寿命予測および熱機械現象に関するいくつかの研究が行われています。Srivastavaら（2004）は、FEMソフトウェアを使用してダイカストダイの熱疲労亀裂を予測する方法論を提示し、温度および熱勾配が増加すると故障までのサイクル数が大幅に減少することを示しました。FEMソフトウェアは熱機械問題を非常にうまくシミュレートできることが示されています（Astaritaら（2013）、Sepeら（2014））。コフィン・マンソン式（1）は疲労を記述するためによく知られています。Sissaら（2014）は、疲労寿命予測のためのエネルギー基準を提案しました。低い熱膨張係数や高い熱伝導率などの材料特性は、熱機械疲労耐性にとって重要です（Luら（2019））。インサート冷却システムの設計は、温度制御において重要な役割を果たします。 研究の目的: 本研究の目的は、高温および高い熱勾配に最もさらされるゾーンを決定し、積層造形によって同じインサートにコンフォーマルチャネルを使用して、より効率的な冷却システムを設計および分析することです。 コア研究: 本研究は、アルミニウム合金シリンダーブロックのオイルドレンチャネルの製造に使用される金型インサートの有限要素解析（FEM）を含みます。従来の冷却システムを備えたインサートの温度場を決定するために過渡熱解析が実行されました。この温度場は、応力を評価するための後続の構造解析における荷重として使用されました。これらの結果に基づいて、積層造形（具体的には選択的レーザー溶融 – SLM）用に設計されたコンフォーマル冷却チャネルを備えた新しい冷却システムが提案されました。次に、このコンフォーマル冷却システムの性能が、温度分布、熱勾配、および応力場の観点からシミュレートされ、従来のシステムと比較されました。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究は比較シミュレーションアプローチに従いました。 データ収集および分析方法: 熱モデル（従来冷却）: 構造解析: コンフォーマル冷却チャネルモデル: 研究トピックと範囲: 本研究は以下に焦点を当てました：
![Fig. 6. Temperature in the core of the insert [°C].](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2291-570x342.webp)