这家工厂原计划是希望通过人力使用方式的改善，来证明引进机器人的正确性。但随着自动化的到来，许多意想不到的好处显现了出来。

位于Louisiana州Parks地区的Stabiltec公司服务于石油和天然气行业，因为加工业务的需求，公司常年都要对数控方面的机械师进行招聘，总是处于技术人员短缺的状态。因此，Stabiltec公司为了保持机床的持续运转，安装了一个机器人，同时尽可能有效地利用其有限的劳动力资源。

事实上，Stabiltec公司的合伙人Keith Boutte先生认为，购买第二台机器人几乎已成定局。而该公司实施自动化生产所获得的意外之喜，已经超出了当初的预期。

对于熟练的员工来说太简单了

Stabiltec公司是一家专门生产石油和天然气钻井井下工具的企业。过去3年中的一系列并购使拥有25年历史的Stabiltec公司成为了一家单一资源供应商。它们不仅要生产钻井组件，还要提供井筒测评的诊断硬件。

图1 机器人单元格为定向钻井传动系统加工部件。此机器人则为加工中心和数控车床上下料

定向钻井是一项非常专业的工作。Stabiltec公司为石油和天然气钻井系统提供零件。该系统垂直进入地下，沿预先设定的方向和轨迹钻达储藏层。Boutte先生会根据不同OEM厂商的多种需求设计定向钻井系统组件，并提供定向钻井产品。

生产这些零件的挑战是：某些零件的加工需要熟练的技术。弯曲多达3°的地下段井筒外壳要通过车削加工完成，需要在车床上进行特殊的装卡。即工件的一端车削直后，另一端则通过偏移中心线的装卡车削“歪”。在车削加工中，大多数被视为极端错误的偏斜和偏离被刻意用于加工这些零件。熟练的操作工必须要完成这项工作。

而Stabiltec公司的问题正是熟练操作工的短缺，而其他加工工序又占据了太多的时间。以传动部件为例，其本质为万向节，它们使地下钻头逐渐拐弯并保持旋转。传动部件与井筒外壳一样重要，但传动部件的装夹较为简单。对技能要求相对不高的工作，如使用桥式起重机移动部件到机床的工作，Stabiltec公司并没有足够的工人来完成。公司管理层意识到他们无法通过招聘填补对熟练工人的需求，他们决定通过实施自动化来释放现有的劳动力。

但什么是自动化的正确方式呢？Stabiltec公司认为：机器人并不是他们的首选。

图2 一个典型的传动器由三个机加工零件组成，这张照片是装配好的传动器。这些部件按数量订货，可能少至10件，所以机器人用于高混合小批量的生产。重复性大批量的工作没有必要搞机器人自动化

选择机器人的理由

虽然不同客户的传动部件差别很大，但它们都有车、铣和钻的加工工序。因此Stabiltec公司最初认为：复合加工应是能够实现更高效率的正确加工方式。此前，加工每个部件要在车床和加工中心上进行两步操作。如果有机床能够在一个周期内进行车削、铣削和钻削加工，那么加工该部件只需一台机床即可。操作人员所起的作用因此也会降低。

然而，经过认真分析发现：复合加工并不是最理想的解决方案。它的一个最明显缺点就是：成本问题。由于通孔的钻削和镗削加工，机床需要长行程来适应长刀具。一台大到足以完成这项工作的复合加工机床将花费与使用机器人、车床及加工中心进行加工所需的相同数目的资金。

另一个缺点则是生产能力的问题。复合加工机床既可以车削工件也可以铣削，但却不能同时进行这两项加工。事实上，让车床和加工中心分开加工则更有效率，因为机床可以在不同工件上同时执行这些操作。用机器人来完成重复性的加载工作，可消除在加工过程中容易产生的涉及多台机床的搬运和装卡错误。

劳动量则成为了支持采用机器人的一个理由。一台复合加工机床会减少劳力需求，但仍要有操作人员来负责装载。相比之下，机器人就可使工厂能够在长时间里加工传动部件而无需人员看管。

图3 这里是加工工作要求熟练员工参与的一个例子。非直型的外壳段必须偏离中心线进行车削。已完工的部件有些许弯曲

现在，这些部件在加工单元中进行加工，由负荷为165kg的FANUC Robotics R-2000iB机器人负责为一台Mighty USA Viper VT36CL-2000数控车床和一台Haas VF-5XT立式加工中心上下料。通过实践，Stabiltec公司证明了引进机器人是正确的：整个机器人加工单元能够不分昼夜的生产。而且，机器人加工单元投入运行，是自动化生产的非常真实的回报。

意外的好处

这些额外的好处包括以下所列：

1. 合同价格更优惠。

Stabiltec以高混合小批量模式使用机器人。订单数量往往小到只有10件。然而，当厂里确实有幸加工稳定的数量时，由于机器人生产稳定，厂里能可靠预测时间和成本。这种可预见性允许留更紧的余量。其结果是，短期加工和合同生产之间的定价差异，机器人单元格的比任何其他的生产资源的要大。在节省开支的基础上，一些以前从来没有与Stabiltec订过年生产合同的客户现在已经这样做了。

图4 在自动化单元格中，工件用非接触式测量系统检测，如这里所示。测量值用于自动更新数控车床的加工偏移量，并确定加工中心上工件的定位

2．容易内包。

通过扩大加工传动部件的产能，机器人单元格使该公司能把已外包给供应商的其他各种部件再带回厂内。此前，公司认为，外包了这么多的加工任务，将这些工作带回公司内部，似乎将需要六台新机器外加六个新员工来照看它们。机器人单元格改变了这一切。自动化单元格本质上代表了大量的潜在能力集中在一个紧凑的系统。这种集中和简化的产能可以吸收大量的工作，从而使大量的内包成为可能。

3．保护客户的知识产权。

Stabiltec不直接卖东西给油田，它只为OEM厂商生产部件。这意味着厂里能先于其他单位获得OEM厂商的设计。限制外包保住这些设计，有助于工厂获得客户的信任。因此，机器人提供的内包能力不仅仅是一个效率优势，而且也是个市场优势。

4．容易开展更多的业务。

传动部件的加工需求使它们成为自动化的逻辑目标，但Stabiltec还很快发现，它们在市场上的地位也使它们成为在机器人单元格生产的理想对象。Stabiltec在定向钻井方面很有名，所以很多业务是希望产生新设计的定向钻井传动系统的OEM厂商主动找上门的。生产这种核心产品可有效地帮助公司建立关系，而这种关系往往会带来更多的商业机会。换句话说：要使用自动化来尽可能做好能给你带来门路的工件。

图5 在厂里的ERP系统里，机器人具有像每一个员工一样的身份代码，因此该软件可以跟踪它的表现

5．更大的灵活性。

这似乎有悖常理，但该公司认为，机器人装载的机器比那些由员工看管的更灵活。这是因为机器人能够瞬间“学到”一个新工艺。人类做不到。一个员工必须进行培训，一套程序的改变要逐步过渡，但机器人可以在一天之内重新调配和重新编程，而不会回到原来的习惯。

只是，这样的变化即将发生，他说。现在，要车床加工的传动部件积压过多。加工中心经常不得不等候。因此，Stabiltec将在此单元格增加一台额外的车床分担车床工作。该机器人将被重新编程，在这三个机器而不是目前两者之间转移工作。这台新车床不会有现在那台大，因为所有长刀具钻削和镗削的将继续留在第一台机器。因此，该厂以一个相对便宜的机床价格，将实现自动化单元格的更大潜在生产力。

更大产能登场

焊接很可能是下一个入选机器人自动化的项目，Boutte先生说。与机加工类似，某些焊接作业涉及的任务是让员工远离高技能而做简单重复的工作。在加工区域中，机器人已经证明对这种简单任务实施自动化的价值。事实上，机器人与人类相似之处，就在于厂里Global Shop Solutions的ERP系统。厂里已在这个软件里给了这台机器人一个雇员代码，以便它可以跟踪机器人的性能，作为人工装卸的替代品。在此跟踪的基础上，该公司的机器人减少了与加工传动部件相关的劳动力成本76％，同时增加了传动部件的机加工能力49％。

还可以赢取更多的产能。第二台车床添置完成后，Boutte先生说，剩下最显著的限制就是地面空间了。一个如此简单的因素却说是重要的，似乎很奇怪，但在Stabiltec看来，这种限制确实是个限制。简单地说，在机器人可及的范围内只有这么多的空间来放置坯料。于是，这个空间就决定了单元格的产能。事实上，正是因为这个限制，单元格尚未运行过满24h，通常一天就运行16~20h。为了克服这个简单的障碍，该公司正在探索一个简单的解决方案：垂直机架系统，这将大大提高单元格的产出。