로봇 자동화를 수용한 Hitachi Powdered Metals, 타이트한 노동 시장에서 물량 400% 증가

분말 야금(PM) 또는 소결은 다양한 복잡성의 기계 부품을 효율적으로 만들기 위해 사전 제작된 다이에서 원소 또는 합금 분말의 맞춤형 블렌드를 압축하는 과정입니다. 압축된 모양은 제어된 분위기의 용광로에서 가열되어 입자를 결합하고 부품을 경화시킵니다.

친환경 압축이라고도 하는 이 공정은 일반적으로 최종 부품에서 초기 원료의 97% 이상을 사용하는 거의 순 부품을 생산합니다. 맞춤형 분말 합금 혼합물은 매우 까다로운 응용 분야에 필요한 강도 및 허용 오차 사양을 충족하는 복잡하고 복잡한 부품을 생산할 수 있는 기능을 제공합니다.

미국 인디애나주 그린스버그에 있는 Hitachi Powdered Metal (USA) Inc. 공장은 전세계에 있는 9개의 Hitachi 시설 중 하나입니다. 이 회사는 미국의 자동차 부품 공급업체를 위한 밸브 트레인 및 변속기 부품 생산을 전문으로 하며 오토바이 및 조경 장비 제조업체 사이에서 입지가 커지고 있습니다.

초기 동기

Hitachi Powdered Metals(HPM)는 2005년에 Greensburg 공장에서 산업용 로봇에 대한 점진적인 투자를 시작했습니다. 이는 노동 시장이 타이트해지고 매우 취약한 제품을 생산할 수 있는 기회가 도래함에 따라 시작되었습니다.

그레고리 오웬스(Gregory Owens) 사장은 “손으로 처리할 수 없는 작고 연약한 치아를 가진 고객을 위해 부품을 만들어야 했기 때문에 로봇으로 시작했고 그 당시 우리의 모든 압착 프레스를 손으로 관리했습니다.”라고 말했습니다. HPM 그린스버그 공장. "인건비를 줄이는 것도 한 요인이었지만, 첫 설치 직후 주요 자동차 OEM이 마을에 제조 시설을 열었고 직원을 고용하고 유지하는 것이 극도로 어려워지면서 인건비 문제가 노동 가용성 문제로 전환되었습니다."

비용을 낮추고 초기 시험 기간 동안 노출을 최소화하기 위해 HPM은 몇 년 전에 HPM에 입사한 James Adams 근처에 있는 CIM Systems Inc.에서 중고 빈티지 1993 ABB S3 로봇을 구입했습니다. 제조 개발 엔지니어는 이전 고용주에서 로봇 작업을 하면서 미국에서 가장 오래 근무한 ABB Robotics Value Provider(즉, 시스템 통합업체)인 CIM에 대해 잘 알고 있었습니다.

Adams는 "CIM에는 로봇 자동화를 쉽게 도입할 수 있는 중고 로봇이 있어서 의도한 대로 작동하지 않을 경우를 대비하여 초기 노출을 제한할 수 있습니다."라고 말했습니다. "또한 프로그래밍 및 시스템을 기존 작업에 통합하는 데 필요한 지원을 제공했습니다."

폐기물 감소, 더 나은 노동 할당

가루로 된 금속 부품이 프레스에서 나오면 오븐에서 굳기 전에 조금만 건드려도 쉽게 부서질 수 있습니다. 부품을 처리하는 전자식 그리퍼가 특징인 새로 설치된 로봇을 사용하면 신제품의 불량률이 11%에서 수동으로 0.5%로 감소했습니다.

“부품을 프레스에서 수동으로 빼낼 때 취급에 상당한 손상이 있었습니다. 부품이 눈에 띄지 않게 변형될 수 있지만 5시간 후 오븐에서 꺼낼 때까지 알 수 없습니다. 적절하게 프로그래밍되고 장비를 갖춘 로봇은 부품을 훨씬 더 부드럽게 다룰 수 있습니다.”라고 Adams가 말했습니다.

새로운 시스템을 통해 HPM은 여러 수동 기계 핸들러를 공장의 덜 평범한 위치로 이동하여 반복적인 작업의 스트레스를 줄이고 보다 효율적인 방식으로 노동력을 재할당할 수 있었습니다.

생산량 400% 증가

다음 해에 HPM은 다른 소형 프레스를 자동화하기 위해 초기 시스템에서 배운 것을 적용하여 5개의 중고 S3 로봇을 추가했습니다. 18개월 후 HPM은 첫 번째 새 로봇에 투자할 수 있을 만큼 스크랩과 노동력을 절약했습니다.

2019년으로 빨리 감기. 이제 200개가 넘는 로봇이 설치된 Greensburg 시설은 10년 전과 동일한 수의 직원을 보유하고 있지만 생산량은 4배에 달하여 전 세계 Hitachi PM 공장보다 적은 인력으로 더 많은 부품을 쉽게 제공할 수 있습니다. .

Owens는 다음과 같이 말했습니다. "로봇은 우리의 초기 기대치를 훨씬 초과했으며 우리가 계속 직면하고 있는 노동력 부족으로 인해 솔직히 말해서 로봇이 우리를 잠재적으로 존재하지 않을 가능성에서 구했다고 믿습니다."

첫 번째 로봇의 성공으로 후속 설치 속도는 안정적이었습니다. 설치된 로봇 100대에 도달하는 데 10년이 걸렸고 비즈니스와 경제가 지속적으로 개선되면서 최근 설치된 200대에 도달하는 데 4년이 더 걸렸습니다. 로봇.

기회가 생겼을 때 HPM은 상태가 좋은 중고 ABB 로봇을 계속 구매했지만 점점 더 많은 새 로봇이 차량에 추가되었습니다. 실제로 2015년 #147 이후 추가된 모든 로봇은 새 로봇이었습니다.

HPM의 설치 기반에는 다양한 ABB 중소형 6축 로봇, Delta 로봇 1개, 최근에 추가된 여러 SCARA 모델이 포함됩니다. 350명의 직원과 함께 자동화 투자가 잘 활용되어 일주일에 5~6일 3교대로 운영됩니다.

Adams는 “우리 회사의 본사는 일본에 있습니다. "로봇의 성능과 빠른 투자 수익을 보고 나서 로봇 의제를 매우 지지했습니다."

신규 및 중고 로봇 중 일부는 ABB Robotics의 ABB Foundry Prime입니다. ABB Robotics, Auburn Hills, Mich. 이 모델은 IP67 등급 모델로 잘 밀봉된 연결부가 있어 로봇의 내부 작동을 미세하고 날카로운 금속으로부터 보호합니다. 식물의 대기를 떠다니는 가루. HPM 바닥에 있는 많은 표준 IP65 등급 로봇 모델은 견고하고 먼지가 많은 환경을 견딜 수 있었습니다.

지속적인 확장

HPM에서 로봇의 확산은 기존 애플리케이션을 복제하고 시설의 다른 기능으로 자동화를 확장함으로써 지원되었습니다.

가장 깨지기 쉬운 제품의 소형 프레스를 관리하는 첫 번째 로봇을 설치한 후 Adams와 그의 팀은 다른 프레스에서 압축을 제거하는 작업을 순차적으로 자동화했습니다. 이 프로세스의 일부는 무결성을 확인하기 위해 각 부품을 저울에 올려놓는 것이었습니다. 확인이 완료되면 부품을 용광로로 이어지는 컨베이어에 올려 놓았습니다.

노동 효율성이 추가되었고 로봇의 능숙한 터치로 덜 깨지기 쉬운 부품의 폐기율이 초기 부품의 7%에서 동일한 0.5%로 떨어졌습니다.

컨베이어 끝에서 부품은 소결 트레이에 놓이고 채워지면 경화 공정을 위해 용광로에 배치됩니다. 이 용광로 로딩 프로세스는 자동화된 두 번째 주요 기능이 되었습니다.

측정된 속도로 계속해서 로봇을 설치하여 트레이에서 부품을 꺼내 팔레트에 놓는 동시에 각 팔레트 레이어 사이에 칸막이를 삽입했습니다.

Adams는 "로봇에 더 익숙해지면서 배운 내용을 활용하여 시설 주변에 응용 프로그램을 복제했습니다."라고 말했습니다. "프로그래밍이 훨씬 쉬워졌고 라인 설치의 마지막 날에 기존 프로그램을 수정하고 복사하여 붙여넣고 몇 시간 만에 가동 및 실행할 수 있었습니다."

ABB의 오프라인 시뮬레이션 및 프로그래밍 소프트웨어인 RobotStudio는 HPM의 로봇 기술 채택 증가를 촉진하는 중요한 도구가 되었습니다. 생산에서 로봇을 실행하는 실제 소프트웨어의 정확한 사본인 ABB VirtualController를 기반으로 구축된 RobotStudio는 작업 현장에서 사용되는 것과 동일한 로봇 프로그램 및 구성 파일을 사용하여 사실적인 시뮬레이션을 수행합니다. Adams는 RobotStudio를 사용하여 최적의 셀 레이아웃을 설계하고 특정 작업에서 로봇을 통합하기 전에 성능을 검증할 수 있었습니다.

Adams는 “지금까지 개발된 소프트웨어 중 최고의 소프트웨어입니다. "새로운 애플리케이션을 위한 시스템을 생성하고 공장의 다른 영역에 이미 설치한 시스템을 복제하는 데 드는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다."

비전 소개

복제의 상대적 단순성은 특정 애플리케이션이 생산 현장에 설치되고 개선된 후에만 존재합니다. 새로운 애플리케이션은 종종 더 까다롭습니다. 18개월 후 6대의 프레스 텐딩 로봇을 성공적으로 통합한 후 HPM은 당시(2006) 초기에 비전 지원 기술을 채택하여 복잡한 코이닝 또는 억제 작업을 로봇으로 자동화할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다.

부품이 용광로에서 나온 후에는 종종 휘어질 수 있으므로 프레스에 넣어 곧게 펴거나 평평하게 만들어야 합니다. 많은 부품에는 모든 측면이 정확하게 정렬된 상태로 금형에 배치해야 하는 키홈 또는 톱니가 있습니다. 로봇이 도착하기 전에는 다양한 제품 변형으로 인해 빈번하고 시간이 많이 소요되는 교체가 필요한 하드 자동화 시스템에 의해 주조되는 부품이 처리되었습니다. 전환이 너무 길어서 각각 약 100개의 부품이 있는 250개의 제품 로트를 백업하는 것이 일반적이었습니다.

비전 지원 로봇을 사용하면 가동 중지 시간이 없습니다. 로봇은 다양한 부품 그룹에서 부품을 식별하고 집어 들고 반경 방향으로 방향을 잡고 리프레스에 정확하게 배치할 수 있습니다.

비전 시스템은 최신 로봇 기술과 인터페이스해야 했기 때문에 Greensburg 시설에 설치된 최초의 새로운 ABB 로봇이었습니다. 가동 직후 동일한 애플리케이션에 대해 두 대의 새로운 로봇을 추가로 구매했습니다.

Adams는 "주화 스테이션 로봇을 설치하기 전에는 진압 직원이 매일 일하고 있었습니다. "첫 번째 비전 로봇이 설치된 지 6개월이 지났지만 더 이상 백업이 없었고 직원들은 주말에 쉬었습니다!"

향후 비전

HPM은 자동화할 마지막 주요 공정, 특수 열처리를 위해 보내진 부품의 디팔레타이징에서 다시 비전을 사용했습니다. 부품은 팔레트의 계층화된 레이어에 깔끔하게 배치되어 발송되지만 상대적으로 어수선한 상태로 되돌아오고 스택을 풀기가 어렵습니다. 통합 비전이 있는 ABB 로봇은 부품을 찾아 안전하게 잡아서 안전하게 디팔레타이징할 수 있습니다.

다양한 비전 시스템 통합을 도운 CIM Systems의 사장인 Dave Fox는 “이는 ABB 로봇의 고유한 기능 중 하나입니다. “부품들이 획일적인 열이 아닌 스키드에서 방향이 잘못 잡혀 있고 일부가 거꾸로 되어 있습니다. 일반적인 6축 로봇은 모든 종류의 특이성 문제를 가지고 있어 더 이상 움직일 수 없는 위치에 놓이게 됩니다. 그러나 고급 특이점 방지 기능을 사용하는 ABB 로봇은 부품을 찾아 잡아서 한 순간도 놓치지 않고 컨베이어에 안전하게 놓을 수 있습니다.”

품질 검사를 위한 SCARA 로봇

당연히 최근에 밸브 가이드를 검사하기 위한 보다 효율적인 시스템에 대한 검색이 로봇으로 돌아갔습니다. 이 경우에는 일반적으로 소형 부품 조립 및 자재 취급에 사용되는 ABB SCARA(선택적 준수 조립 로봇 암) 모델 그룹이 등장했습니다.

HPM 프로토콜은 모든 밸브 가이드의 100% 검사를 요구합니다. 이는 테스트해야 하는 다양한 부품(각 부품에 대해 30개의 다양한 크기 변형 및 16개의 감지 지점)을 고려할 때 상당한 작업입니다. 일반적인 하드 자동화 테스트 시스템이 볼륨을 충분히 따라잡을 수 없기 때문에 Adams는 더 나은 시스템을 찾기 시작했습니다.

움직이는 부품이 너무 많고 복잡한 엔지니어링이 필요한 다양한 옵션을 살펴본 후 Fox는 ABB가 2016년 포트폴리오에 추가한 SCARA 로봇을 중심으로 시스템을 설계할 것을 제안했습니다. 좁은 공간에 딱 맞는 작은 설치 공간과 방해받지 않는 장착 형태.

비교적 단순한 시스템은 호퍼 컨베이어에서 개별 밸브 가이드를 선택하고 이를 비전 카메라와 고정 "비교기"에 제공하는 3개의 SCARA 로봇으로 설계되었으며 16개의 감지 지점에 액세스하는 데 필요한 다양한 각도에서 고정되어 있습니다. 통과한 부품은 하나의 컨베이어에 놓고, 통과하지 못한 부품은 수거통에 넣습니다.

각각의 다른 부품 변형을 유사한 방식으로 능숙하게 처리할 수 있는 유연성으로 시스템은 이전 방법보다 30% 더 빠른 2초마다 부품을 검사할 수 있습니다. 움직임이 짧은 거리로 제한되고 부품이 매우 가볍기 때문에 6축 로봇은 매끄럽고 제한된 범위의 SCARA만큼 효과적으로 작동하지 않습니다.

“SCARA는 ABB 포트폴리오에 큰 도움이 됩니다. 그 솔루션이 없었다면 Hitachi는 부품 검사를 위해 다른 기술을 추구해야 했을 것입니다.”라고 Fox가 말했습니다. "로봇을 위한 또 다른 응용 프로그램을 찾을 수 있어서 좋았습니다. 비록 그것이 가장 먼저 떠오른 옵션은 아니었지만."

항상 존재하는 CIM 시스템

HPM에 설치된 첫 번째 로봇부터 현재까지 전경이든 배경이든 현장에 있었던 한 가지 상수는 CIM Systems입니다. 필요할 때 항상 사용할 수 있는 CIM은 새 로봇과 중고 로봇으로 HPM을 설정하고 프로그래밍 및 문제 해결을 도왔으며 아마도 가장 중요한 것은 HPM 직원에게 많은 일을 스스로 하도록 가르쳤습니다.

HPM이 비전 또는 기타와 함께 로봇을 새로운 응용 프로그램에 통합할 때 CIM은 항상 RobotStudio 사용을 포함하여 전문 지식을 공유하는 데 주의하면서 설정 및 프로그래밍을 수행했습니다. HPM의 로봇 도입 일정이 가끔 잠잠해지는 동안 CIM은 프로그램을 업데이트하고, 구형 모델을 위한 찾기 힘든 예비 부품을 찾거나, 다양한 빈티지에 걸쳐 로봇 작업에 대한 조언을 제공할 수 있었습니다.

“서로 다른 각 프로세스를 처리할 때 CIM이 초기 통합 및 프로그래밍을 수행하도록 했습니다. 공장 전체에서 프로세스를 복제하기 시작하자 스스로 많은 것을 할 수 있을 만큼 충분히 배웠습니다.”라고 Adams는 말했습니다. “ABB와의 긴밀한 관계 덕분에 Dave Fox는 언제 새로운 기술이 도입될지, 어떤 로봇이 우리의 다양한 응용 분야에 가장 적합한지 항상 알고 있습니다. CIM Systems의 지원과 ABB의 서비스는 이상적인 조합이었습니다.”

이러한 오랜 관계를 통해 2017년 ABB의 Auburn Hills 미국 제조 시설에서 첫 번째 로봇이 생산될 때 HPM의 CIM에 의해 시운전된 것은 놀라운 일이 아닙니다. 독특한 IRB 2400 로봇은 공장에서 빨간색, 흰색, 파란색으로 맞춤 도색되었으며 HPM 시설에서 눈에 잘 띄게 배치되어 검사 및 팔레타이징 작업을 수행합니다.

"우리는 HPM을 위한 최초의 미국산 로봇을 조달할 수 있게 되어 매우 기쁩니다."라고 Fox는 말했습니다. "인디아나 공장은 HPM의 많은 글로벌 시설 중에서 가장 유연한 자동 장치를 보유하고 있기 때문에 특히 중요합니다."

기타 HPM 시설 지원

일본의 HPM 기업 경영진은 Greensburg 팀이 로봇을 통해 달성한 주요 생산성 향상에 주목했으며 2017년 Adams와 Owens에게 전 세계의 다른 Hitachi 분말 금속 공장이 로봇 사용을 확대할 수 있도록 지원하는 "Global Robotics" 이니셔티브를 이끌도록 지정했습니다. .

2년 프로그램이 중간 지점을 지나고 다른 국가에서 인건비가 더 저렴함에도 불구하고 계열사들은 상당한 생산성 향상을 실현하기 시작했습니다.

Adams는 HPM에 ABB의 원격 모니터링 기능을 설정하여 그 또는 그의 팀 구성원이 로봇이 어떻게 작동하는지 확인하고 공장 외부의 랩톱, 태블릿 또는 스마트폰으로 대부분의 문제를 해결할 수 있도록 했습니다. HPM은 새로운 로봇을 통해 ABB의 통합된 산업 간 디지털 서비스인 ABB Ability Connected Services를 활용하기를 희망하고 있습니다. 이 서비스는 모든 위치에서 로봇 상태 및 성능에 대한 실시간 데이터를 제공합니다.

향후 계획

HPM의 지속적인 임무에는 로봇 자동화를 통한 운영 개선이 포함됩니다.

Owens는 "가까운 미래에 매년 10%씩 성장할 것으로 예상하며 경쟁력을 유지하기 위해 최선을 다해야 합니다."라고 말했습니다. "우리는 전기 자동차용으로 어떤 변속기 부품을 만들 수 있는지 살펴보고 있으며, 분말 금속이 다른 재료로 만들어진 부품을 더 저렴한 비용으로 대체할 수 있는 중장비와 같은 비자동차 부문에 침투하는 것을 목표로 했습니다. .”

Owens는 “로봇 설치 속도가 꾸준히 유지되거나 증가할 것으로 예상합니다.”라고 말했습니다.

Hitachi Powdered Metals (USA) Inc.에 대한 정보는 www.hitachi-pm.us를 방문하거나 812-663-5058로 전화하십시오. CIM Systems Inc.에 대한 정보는 www.cimrobotics.com을 방문하거나 317-773-5600으로 전화하십시오. ABB Robotics의 정보는 www.abb.com/robotics를 방문하거나 248-391-9000으로 전화하십시오.