Hitachi Powdered Metals借机器人实现产量400%增长 破解紧缩劳动力市场困局

粉末冶金（PM），即烧结，是将定制元素或合金粉末混合料在预制模具中压实，高效制造不同复杂度机械零件的工艺。压实后，毛坯在受控气氛炉中加热，结合颗粒、硬化零件。

又称“绿色压实”，该工艺成品材料利用率超97%。定制粉末合金可生产满足高要求应用强度公差的复杂精密零件。

Hitachi Powdered Metals (USA) Inc.印第安纳州Greensburg工厂是全球九大Hitachi设施之一，专供美国一级汽车供应商气门机构与传动部件，摩托车与园林设备制造商份额增长中。

初衷

2005年，Greensburg工厂因劳动力市场收紧及生产极易碎产品的机遇，开始渐进式投资工业机器人。

Greensburg工厂总裁Gregory Owens回忆：“首台机器人是为客户生产细小易碎齿牙零件，人工无法处理，当时所有压机均人工上下料。降本也是因素，但首台装机后，大型汽车OEM在镇设厂，劳动力成本问题转为劳动力可得性问题，招聘留人极难。”

为控制成本、降低试错风险，HPM从印第安纳州Noblesville的CIM Systems购入一台1993年款二手ABB S3机器人。制造开发工程师James Adams因前职接触机器人熟知CIM——美国资历最深的ABB机器人价值提供商（系统集成商）。

Adams说：“CIM提供二手机器人让我们低风险试水，还给了编程集成急需支持。”

废品率骤降，劳动力优化配置

粉末冶金零件出压机未烧结前极易碎。新装机器人配电磁夹具，新产品废品率从人工的11%降至0.5%。

Adams解释：“人工取件易造成隐性变形，烧结五小时后才发现。编程得当、装备得当的机器人对零件更温柔。”

新系统让HPM将多名人工操作员调离枯燥岗位，减轻重复劳动压力，劳动力配置更高效。

产量增400%

次年HPM再增五台二手S3机器人，复制初期经验自动化其他压机。18个月节省的废品与人工成本支撑首台新机器人采购。

快进至2019年：现拥200+机器人，员工数同十年前，产量却达四倍，轻松超越全球Hitachi PM工厂的单位产出。

Owens感慨：“首台机器人为易碎件装机后，显见可大规模推进自动化。机器人远超预期，持续面临劳荒，坦白说机器人救了我们免于倒闭。”

后续装机节奏稳健：十年达百台，经济好转后仅四年增至二百台。#147（2015）后全为新机。装机库涵盖ABB中小六轴、一台Delta、数台新增SCARA。配合350员工，自动化投入充分利用，三班倒、周五至六天运行。

Adams称：“总部在日本，见证机器人表现与快速ROI后，全力支持我们的机器人议程。”

部分新旧机器人为ABB Foundry Prime（IP67），密封连接防细锐金属粉末侵蚀；众多标准IP65机型亦耐粉尘环境。

持续扩展

HPM机器人普及靠复制既有应用、拓展自动化至其他职能。

首台机器人服务最易碎产品压机后，Adams团队按序自动化其他压机取件，并逐件过秤验证完整性，合格者上输送线进炉。

劳动效率再提升，机器人柔性触觉使非易碎件废品率从7%降至同款0.5%。

输送线末端将零件置于烧结托盘，满盘入炉硬化。炉装载成第二大自动化职能。

继而机器人卸托盘、码垛、垫层分隔。Adams说：“熟悉后我们复制应用，编程变易，末次生产线安装日只需调整现有程序、复制粘贴，几小时投产。”

ABB离线仿真编程软件RobotStudio成加速采用利器。基于ABB VirtualController（生产端机器人软件精确副本），RobotStudio用相同程序配置文件做逼真仿真。Adams借此设计最优单元布局、验证性能再集成。

Adams赞：“有史以来最佳软件！新应用系统创建、已装应用复制，均省时省钱。”

引入视觉

复制相对简单的前提是应用已落地打磨。新应用常更具挑战。18个月六台压机上下料机器人成功后，HPM有信心采用当时处于萌芽期的视觉技术（2006年），自动化复杂校正/再压工序。

出炉零件常变形，需再压矫直。多品种零件有键槽/齿牙，需精准对齐放入模具。机器人前，硬自动化系统换型耗时，常积压250批次、每批约百件。

视觉机器人零停机：从多品种中识别零件、拾取、径向定向、精准装入再压模。

因视觉系统需接口最新机器人技术，这是Greensburg首台新ABB机器人。随即又购两台同款新机。

Adams回忆：“装机前再压班组天天加班。首台视觉机器人投产六月，积压清零，员工周末休息！”

进一步应用视觉

HPM后续在最后大工序——外协热处理返厂零件拆垛上再用视觉。零件虽整齐分层码垛发出，返厂却杂乱难拆。集成视觉的ABB机器人能寻获零件、稳抓安全拆垛。

CIM Systems总裁Dave Fox称：“这是ABB机器人独特能力。零件在托盘上极度无序、非整齐排列、甚至倒置。普通六轴机器人会陷入奇异点无法动作，但ABB机器人凭先进奇异点规避，能寻获、抓取、稳稳放上输送线，不漏一拍。”

SCARA机器人用于质检

为提升气门导管检测效率，HPM再觅机器人——ABB SCARA（选择性顺柔装配机械臂），常用于小件装配搬运。

HPM协议要求气门导管100%检测，品种繁多：30种尺寸、每件16检测点。既有硬自动化检测系统跟不上产量，Adams寻求更优方案。

评估多方案均机构复杂、工程繁琐，Fox建议设计基于SCARA机器人系统（ABB 2016年纳入产品组合）。速度够快、重复定位精度高、占地小、无遮挡安装形式适配狭小空间。

设计相对简单系统：三台SCARA从料斗输送线拾取单个气门导管，呈送视觉相机与固定“比较器”以多角度访问16检测点。合格件上合格输送线，不合格入废品箱。

系统灵活应对各品种，每两秒检一件，较旧法快30%。因移动距离短、零件极轻，六轴机器人不如轻巧限域SCARA高效。

Fox评：“SCARA是ABB产品组合强力补充。无此方案，Hitachi或须另寻检测技术。虽非首选，却找到机器人新应用。”

CIM Systems始终相伴

从首台机器人至今，无论台前幕后，CIM Systems始终在场。随叫随到，提供新旧机器人、编程调试，最重要的是教会HPM员工自主完成诸多工作。

HPM集成新应用（含视觉）时，CIM负责安装编程，时刻分享专长含RobotStudio用法。HPM采购间歇期，CIM更新程序、寻觅老旧机型备件、就跨年份机器人协作提供建议。

Adams说：“每攻克新工序，让CIM做初始集成编程。复制推广时我们已能自主大量工作。Fox与ABB紧密联系，总知新技术动向、哪款机器人最适配。CIM支持与ABB服务是理想组合。”

长期合作下，ABB美国Auburn Hills工厂2017年下线首台机器人由CIM在HPM调试。这台独一无二的IRB 2400工厂定制红白蓝涂装，显眼立于HPM设施，执行检测码垛任务。

Fox说：“荣幸为HPM采购首台美产机器人。尤其意义深远，因印第安纳工厂是HPM全球设施中自动化最灵活的。”

支援其他HPM设施

日本总部见证Greensburg团队机器人带来的巨大生产力跃升，2017年委派Adams与Owens牵头“全球机器人”计划，助力全球Hitachi粉末冶金工厂扩展机器人应用。

两年项目过半，关联公司虽劳动力成本较低，亦开始获显著生产力提升。

Adams在HPM部署ABB远程监控，团队可在厂外通过笔记本/平板/手机查看机器人运行、排查大部分故障。新机器人望借力ABB Ability Connected Services——ABB跨行业统一数字化方案——随时随地获取机器人状态性能实时数据。

未来规划

HPM持续以机器人自动化优化运营。

Owens展望：“可预见未来年均增10%，必须全力保持竞争力。探索可为电动汽车生产的传动部件，瞄准重型装备等非汽车领域，粉末冶金或能以更低成本替代他材料零件。”

Owens坚信：“机器人装机节奏将保持稳健甚至加快。”

Hitachi Powdered Metals (USA) Inc.详情访问www.hitachi-pm.us或致电812-663-5058。CIM Systems Inc.详情访问www.cimrobotics.com或致电317-773-5600。ABB机器人详情访问www.abb.com/robotics或致电248-391-9000。