01：短篇案例
科蒂是一家全球化妝品公司，旗下?lián)碛兄放迫鏕UCCI, BURBERRY,CK。在位于馬里蘭州的科蒂工廠(chǎng)里，目前四輛移動(dòng)推車(chē)上安置了八臺優(yōu)傲機器人，這些機器人負責在粉末壓機旁自動(dòng)挑選和包裝產(chǎn)品。該移動(dòng)式解決方案能夠為其每年節省50萬(wàn)美元，同時(shí)改善了質(zhì)量檢驗和員工工作環(huán)境。
02：挑戰
科蒂化妝品公司的項目經(jīng)理Paul Baublitz講述了公司在自動(dòng)化方面遇到的挑戰：“我們目前擁有12臺粉餅壓機，實(shí)現自動(dòng)化的挑戰始終是如何以成本效益優(yōu)良的方式實(shí)現如此大規模的操作。” 科蒂探索自動(dòng)化解決方案的原因有很多，包括滿(mǎn)足公司提高效率的要求，以及解決操作人員無(wú)法發(fā)揮高效能的重復性任務(wù)。先前，科蒂在探索自動(dòng)化的過(guò)程中，發(fā)現當時(shí)的技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足其復雜應用的需求。
Baublitz找到了集成公司 Sydorko Automation 的老板Chris Sydorko，他說(shuō)：“難點(diǎn)在于如何構建一個(gè)機器人系統，這個(gè)系統既要具有足夠強的移動(dòng)性能來(lái)滿(mǎn)足他們的自動(dòng)化需求，又要具有足夠高的成本效益來(lái)滿(mǎn)足他們的預算需求。”如果使用傳統的工業(yè)機器人，出于安全性考慮其無(wú)法輕易移動(dòng)，這意味著(zhù)科蒂必須在12臺壓機的每臺旁邊永久安置一臺機器人，這樣做會(huì )超出預算。
案例視頻 — UR3e協(xié)作式機器人, UR5e協(xié)作式機器人, 美國科蒂化妝品公司
03：解決方案
Sydorko將目光投向了協(xié)作自動(dòng)化。他說(shuō)：“優(yōu)傲機器人 是一個(gè)很棒的平臺。他們的機器人重量輕，使用方便，電壓低，可以在現有的環(huán)境下獨立工作，因此，我們決定試一試優(yōu)傲機器人。”
該自動(dòng)化流程包括拿起裝粉餅的粉盤(pán)，并將它們放在盒子里的托盤(pán)上，然后送往不同的終端進(jìn)行最終處理。在壓機中，粉末會(huì )被推入粉盤(pán)，之后粉盤(pán)會(huì )在Cognex的3D斷面儀探頭下移動(dòng)，3D斷面儀將對其進(jìn)行表面檢測并測量粉末在盤(pán)中的體積。如果粉盤(pán)通過(guò)檢測，一臺UR3協(xié)作式機器人 會(huì )根據不同的產(chǎn)品類(lèi)別，將它們分成兩組或四組，放在一個(gè)托盤(pán)上。等到托盤(pán)裝滿(mǎn)，一臺 UR5協(xié)作式機器人就會(huì )拿起托盤(pán)，將其移動(dòng)到紙箱處，并將其放入紙箱。隨后，UR5協(xié)作式機器人會(huì )移動(dòng)到存放空托盤(pán)的地方，拿起一個(gè)托盤(pán)并將其放回托盤(pán)準備區域，等著(zhù)把下一個(gè)托盤(pán)裝滿(mǎn)。
移動(dòng)協(xié)作式機器人支持許多產(chǎn)品組合的快速轉換
目前，這種以協(xié)作機器人為基礎的推車(chē)能夠操作多達10種不同的產(chǎn)品“配方”，適用于不同的粉盤(pán)形狀，如圓形、正方形或長(cháng)方形，同樣適用于不同的厚度和重量，每次可從壓機中取出一到兩種產(chǎn)品。這種推車(chē)機器人的設計適用于多達20種產(chǎn)品“配方”。
快速部署和轉換是自動(dòng)化應用中需要克服的關(guān)鍵難題。得益于優(yōu)傲機器人，科蒂能夠在四輛推車(chē)上分別安裝UR3和UR5協(xié)作式機器人，這些推車(chē)可以從一臺壓機推到另一臺壓機旁。Baublitz說(shuō)：“這比在12個(gè)不同的站點(diǎn)上安裝機器人的性?xún)r(jià)比要高得多。從經(jīng)濟角度來(lái)看，通過(guò)這種方式，不可能的項目變成了現實(shí)。賦予這些機器人移動(dòng)性能，是推動(dòng)項目發(fā)展的關(guān)鍵。”移動(dòng)協(xié)作式機器人的設置時(shí)間（從拔掉電源，移動(dòng)到一個(gè)新的壓機旁，到再次設置）通常只需15到30分鐘。
縮短投資回報周期、改善工作環(huán)境和提高質(zhì)量
得益于這個(gè)協(xié)作式自動(dòng)化項目，科蒂預計每年將節省50萬(wàn)美元。除了該項目的投資回報率相當可觀(guān)，科蒂還發(fā)現了其他好處。
機器人的工作地點(diǎn)灰塵多、噪音大，大型壓機會(huì )產(chǎn)生巨大的震動(dòng)。既然機器人可以在這樣的環(huán)境下工作，科蒂就能讓員工遠離這種環(huán)境，并重新部署員工，讓他們完成重復性低且更有趣的任務(wù)。Baublitz解釋道：“一旦該項目徹底落實(shí)，我們就會(huì )實(shí)行三班倒，使用四輛推車(chē)，每周工作5天，在該區域工作的員工數量將減少13人。這對公司來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大轉變，大大提高了效率，團隊對此也非常欣喜。”
Baublitz還提出了一種全新的質(zhì)量方案，即把Cognex檢測系統添加到自動(dòng)化工作單元中。在此之前，這屬于操作人員需要執行的許多任務(wù)之一。Baublitz解釋道：“現在，一臺電腦就能完成所有這些工作。一旦發(fā)現需要改進(jìn)的地方，我們可以立即做出響應。”
UR5協(xié)作式機器人將一個(gè)裝滿(mǎn)粉盤(pán)的托盤(pán)放入紙箱后，會(huì )移動(dòng)到存放空托盤(pán)的地方，拿起一個(gè)空托盤(pán)并將其放到托盤(pán)準備區域，等著(zhù)下一個(gè)托盤(pán)放置到UR3協(xié)作式機器人面前。
為了滿(mǎn)足既定的生產(chǎn)速度，科蒂需要將機器人的速度和力量提升至協(xié)作限值以上?？频僭鲈O了輕質(zhì)樹(shù)脂玻璃防護欄和光幕作為額外的安全防護措施，且不會(huì )妨礙推車(chē)的移動(dòng)。一旦有員工打開(kāi)門(mén)或穿過(guò)機器人的活躍區域，機器人會(huì )立即降至安全的協(xié)作速度，并在門(mén)關(guān)閉或員工離開(kāi)光幕后恢復至高速。
把協(xié)作式機器人安置在四個(gè)移動(dòng)推車(chē)上，而且這些推車(chē)可以在12臺壓機之間移動(dòng)，這樣一來(lái)就讓科蒂化妝品公司的自動(dòng)化項目成為可能。如果公司選擇使用傳統的工業(yè)機器人，他們將需要在12臺壓機的每臺旁邊安置一個(gè)固定的機器人，這樣就會(huì )超出預算。兩輛推車(chē)支撐著(zhù)生產(chǎn)大量產(chǎn)品的壓機，所以很少移動(dòng)。另外兩輛推車(chē)每天都要移動(dòng)，通常每三個(gè)班次移動(dòng)一次。
每個(gè)粉盤(pán)由3D Cognex攝像機進(jìn)行檢測，檢測結果為“通過(guò)（pass）”或“未通過(guò)（fail）”，如果粉盤(pán)未通過(guò)檢測，UR3協(xié)作式機器人會(huì )將該粉盤(pán)放入廢品箱。
如果粉盤(pán)通過(guò)檢測，UR3協(xié)作式機器人會(huì )根據不同的產(chǎn)品類(lèi)別，將它們分成兩組或四組，并將它們放在一個(gè)托盤(pán)上。等到托盤(pán)裝滿(mǎn)，UR5協(xié)作式機器人就會(huì )拿起托盤(pán)，將其移動(dòng)到五個(gè)紙箱的其中一處，并將其放入紙箱。
在壓機中，粉末被推入粉盤(pán)，之后粉盤(pán)會(huì )在Cognex的3D斷面儀探頭下移動(dòng)，3D斷面儀將對其進(jìn)行表面檢測和測量粉末在盤(pán)中的體積。如果粉盤(pán)通過(guò)檢測，則UR3協(xié)作式機器人會(huì )將其取出。
盡管生產(chǎn)速度快，但十分安全
協(xié)作式機器人是為了與工作人員安全地協(xié)同作業(yè)而設計的。然而，為了滿(mǎn)足既定的生產(chǎn)速度，科蒂需要將機器人的速度和力量提升至協(xié)作限值以上。為了保護操作人員，Sydorko增設了輕質(zhì)樹(shù)脂玻璃防護欄和光幕。這些防護措施不會(huì )阻礙推車(chē)的移動(dòng)，但一旦工作人員打開(kāi)門(mén)或穿過(guò)機器人的活躍區域，機器人會(huì )立即降至安全的協(xié)作速度。只要工作人員關(guān)上門(mén)或離開(kāi)光幕，機器人就會(huì )恢復高速。
Sydorko說(shuō)：“我們可以將機器人設置為我們需要的速度，同時(shí)你也可以讓機器人與工作人員協(xié)同作業(yè)，這樣更能發(fā)揮作用。這才是兩全其美。”Sydorko經(jīng)常被問(wèn)到他為什么選擇優(yōu)傲機器人而不是高速的傳統工業(yè)機器人。其中一個(gè)關(guān)鍵原因是，傳統的機器人無(wú)法使用低功率電源。他說(shuō)：“目前，我們推車(chē)使用的電源電壓是110伏，而我們需要240伏或480伏才能運行一個(gè)傳統的工業(yè)機器人。在如此高的電壓下，移動(dòng)推車(chē)會(huì )面臨極大的挑戰，操作人員也會(huì )面臨更高的風(fēng)險。”傳統高速機器人的重量以及控制平臺的大小也是其中一個(gè)因素。
協(xié)作式集成工藝是取得成功的關(guān)鍵
現如今，基于協(xié)作式機器人的系統已經(jīng)建立，科蒂團隊可以在內部管理該系統。Baublitz說(shuō)：“如果出現任何需要解決的故障，與我們合作的集成商隨時(shí)能為我們提供幫助。但在這一點(diǎn)上，我們已經(jīng)運行推車(chē)數月時(shí)間，已經(jīng)能夠應對自如，可以解決99%的內部問(wèn)題。”
目前，移動(dòng)式推車(chē)已經(jīng)搭建完成，科蒂團隊可以在內部管理協(xié)作式機器人系統?？频倩瘖y品的項目經(jīng)理Paul Baublitz說(shuō)：“如需進(jìn)行任何故障排查，集成商也能隨時(shí)為我們提供幫助。但在這一點(diǎn)上，我們已經(jīng)運行推車(chē)數月時(shí)間，已經(jīng)能夠應對自如，可以解決99%的內部問(wèn)題。”
科蒂化妝品公司選擇優(yōu)傲機器人的原因之一是協(xié)作式機器人可以接入110伏的電源插座。“而我們需要240伏或280伏才能運行一個(gè)傳統的工業(yè)機器人。”集成商Chris Sydorko說(shuō)道。“在如此高的電壓下，移動(dòng)推車(chē)會(huì )面臨極大的挑戰，操作人員也會(huì )面臨更高的風(fēng)險。”
科蒂化妝品公司的員工與優(yōu)傲協(xié)作式機器人在同一工作區里工作。
該自動(dòng)化應用集成了Allen Bradley PLC，其使用以太網(wǎng)IP與UR3和UR5控制器以及Cognex 3D視覺(jué)系統進(jìn)行通信。“通過(guò)Allen Bradley PLC，我們可以傳輸非常大的數據流，并能夠匯集我們想要的任何和所有的信息。”集成商Chris Sydorko說(shuō)道?？频倏梢灾醒際MI來(lái)管理“配方”選擇（即不同類(lèi)型的“粉盤(pán)”），中央HMI可以為兩個(gè)機器人控制器和攝像機提供數據，其中攝像機也可以通過(guò)以太網(wǎng)返回檢測數據。
起初，科蒂化妝品公司的一些員工擔心機器人會(huì )接管他們的部分工作，但現在，由于協(xié)作式機器人幫他們做了很多繁瑣的工作，比如對每件產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗，他們非常感激這些新的機器人同事。Baublitz解釋道：“現在，一臺電腦就能完成所有這些工作。”科蒂化妝品的項目經(jīng)理Paul Baublitz說(shuō)道。“一旦發(fā)現需要改進(jìn)的地方，你可以立即做出反應。”
Paul Baublitz科蒂化妝品公司的項目經(jīng)理反饋表示：安裝在推車(chē)上的協(xié)作式機器人方案比在12個(gè)不同的站點(diǎn)上安裝一個(gè)固定的機器人的性?xún)r(jià)比要高得多。從經(jīng)濟角度來(lái)看，通過(guò)這種方式，不可能的項目變成了現實(shí)。
- 確保全球成本競爭力
- 能夠在滿(mǎn)足生產(chǎn)速度要求的同時(shí)為員工提供安全的工作區域
- 為高價(jià)值的員工騰出時(shí)間來(lái)專(zhuān)注于更具技術(shù)性的任務(wù)
- 不利于工作人員發(fā)揮高效能的工作如今實(shí)現了自動(dòng)化
- 能夠實(shí)現多品種/小批量生產(chǎn)自動(dòng)化
- 每年節省50萬(wàn)美元
- 如今，13名員工可以騰出時(shí)間去完成增值率更高的工作
- 改善質(zhì)量檢驗
- 協(xié)作與安全
- 易于排除故障、維護費用低
- 易于與外部設備相連接，如傳感器、3D攝像機和PLC
- 從傳送帶上將裝有粉餅的金屬盤(pán)取下，放在托盤(pán)上，并將托盤(pán)放入紙箱
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