成功实现自动化解决方案的三个技巧

作者:Helmut Schmid 文章来源:MM《现代制造》 点击数:325 发布时间:2019-09-11
现在越来越多的企业正在利用协作机器人来优化自己的价值增值链。企业也常常提出这样的问题:应该在哪些生产过程中首先启动协作机器人项目。我们在这里给您三点建议。

每一个生产过程都是独一无二的,但所有的生产企业都面临着相同的挑战:经济、可靠的生产过程。某些手工完成的生产制造过程很快就会让操作者感到重复且无趣,而那些有目的的将这类生产过程自动化了的企业将在激烈的市场竞争中赢得优势。其中决定性的优势是,协作机器人可以以最高的精度无数次的重复执行完全相同的生产加工任务。通过这种自动化方式就可以有效的提高产品质量、减少废品、减少人力资源的占用,同时也减轻了人类的工作量,从而可以让他们投入到更能创造价值的生产活动中去。

构思机器人解决方案时需要考虑的三个核心基本问题:工艺要求、环境要求和工件要求。在考虑了这三个问题之后,您的企业就会逐步清楚价值增值链中自动化潜力的大小了。

1 生产工艺要求

使用协作机器人的第一个问题就是,首先要搞清楚哪些操作过程是值得实现自动化的。是一种单调的、重复的甚至是不符合人体工程学原理的操作过程吗?操作者的手工操作花费了宝贵的工作时间吗?他可能会降低生产过程的速度吗?在这些操作过程中蕴藏着极大的优化潜力,因为它提出了操作者无法满足的要求。您也常常招不到能够从事这些工作的技术工人。

由于内置了力-力矩传感器从而使E系列协作机器人非常灵敏,图示为利用机器人抛光

捷克著名的“啤酒城”Pilsen市附近的中型金属加工厂Baumruk & Baumruk公司就遇到过这样的问题。它们用两台Universal Robots(UR优敖公司)的协作机器人解决了缺少专业技术工人的难题。Baumruk & Baumruk公司的总经理Martin Baumruk解释说:“并非所有的工作都有意义实现自动化,但只要我们看到有减少日常工作的潜力时,我们都会尝试去实现自动化。”虽然UR10型机器人仅仅是在CNC数控机床中完成小型零件的上下料操作,但它却最大程度的降低了操作者日复一日的枯燥工作,使他可以去完成更高价值的工作了。

无论是装配、取放、CNC数字控制或者是产品包装,优敖公司的有效载荷高达10 kg的协作机器人能够完成您所能想到的一切任务。它能够顺利的模拟人体手臂的运动过程,而且可靠地重复执行高精度的运动过程,重复精度的误差不超过0.1 mm。除此以外,易用性是协作机器人的基本原则之一。

即使是没有经验的操作者也可以很快的学会直观的编程和操作。Martin Baumruk证实说:“我们自己设计和建造了整个生产场地,包括与机床设备控制系统的连接。一切准备就绪之后,我们在短短的几天时间里就成功的让机器人自主工作了。”

图1 Nichrominox公司利用UR5型协作机器人与生产工人一起在工作台上合作,将另一个零件装配到一起

2 生产环境要求

下一步工作建议您关注一下可能安装使用协作机器人的工作环境:占地面积有多大?协作机器人的工作半径有多大?是否要与操作者互动,如何互动?

大多数协作机器人设计的都非常紧凑,因此可以毫无问题的安装在空间非常狭小的场地中使用。例如Baumruk公司的设计师Tomáš Bláha就认为占地面积小是购买优敖协作机器人的主要原因之一:“对我们来讲,将机器人安装到现有的有限空间区域中是至关重要的。这也是我们无法使用标准机器人的重要原因之一,因为没有足够的空间在它周围建立起一个安全防护区。”

这种型号机器人可以调节的有效工作半径确保了能够完成量身定制的生产加工任务。像UR3紧凑型台式机器人常常被中小型企业用来完成一些小任务。而像UR10型协作机器人的工作半径长达1.3 m,非常适合于在工作范围较大的场合中使用。这就是为什么电气安装和配电解决方案供应商Gustav Hensel有限两合公司在电缆接线盒堆垛自动化项目中选择了UR10型选择机器人的原因了。“只有当机器人把它的有效工作半径运用到了最大极限才能将接线盒直接放置到托盘上。” Hensel公司生产主管Christoph Kaiser说道。另外,这种型号的机器人的协作能力也有着非常重要的作用和意义,因为操作者会经常的直接参与电缆接线盒在托盘上的堆垛、排列工作。在成功的完成风险评估之后,协作机器人就已经开始安全的与人类同事一起完成接线盒堆垛排放工作了。

图2 Hensel Electric公司利用UR10型协作机器人将重量近10kg的电缆接线盒排列到托盘上,充分的利用了协作机器人的承载能力

3 工件要求

最后,企业在配置使用协作机器人时也要考虑工件的性质。无论是安装有金丝、银丝的零件,是敏感性材料制作的零件或者是重量很大的金属结构件,在配备了合适的附件之后Cobot公司的协作机器人几乎能够完成所有零件的搬运和加工。但在购买协作机器人时请格外注意它们的接口,因为简单和快速的将末端执行器等安装到机器人手臂上也是非常重要的。

图3 Baumruk& Baumruk公司利用UR10型Cobot协作机器人为CNC数控铣床上料,将工人从单调的重复劳动中解放出来了

法国的Nichrominox公司非常了解机器人的各种外围附件产品,知道怎样使用它们。这家只有37人的法国家族式企业生产牙科消毒设备。在这些牙科消毒设备的生产过程中,四台UR5型机器人在三条生产线中为操作者提供支持,甚至直接与装配工合作,一起参与牙科消毒系统的装配。这家公司使用的协作机器人是两个手指的机械手,配备了力-力矩传感器,确保与人类同事非常敏感的互动协作。

如果协作机器人要处理一下非常细小的零部件时,建议最好再额外配备一个传感器、视频监视系统或者已经配有力-力矩传感器的协作机器人。通过这些辅助装备可以在视觉上或者在触觉上更好的把握敏感的零部件。

也许您会说:这么多附件?这使得机器人的应用变得太复杂了!其实这是很容易解决的问题,只要用户看一看自己的操作界面是不是有软件功能或者有插件功能就可以了。

它们可以保证机器人各个模块之间顺利的通讯和控制。而且利用合适的计算机技术可以在自动化技术改造的最后一步帮助您解决外设问题,制造商会在其门户网站上向您介绍所需的外围设备、附件。

在线产品展厅Universal Robots+就是一个最好的实例:为UR机器人用户提供经过了全面认证的机器人夹具、软件和配件,并确保与Cobot协作机器人完全兼容。