制造企業(yè)目前正在努力應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力短缺、運(yùn)營(yíng)成本上升和提高生產(chǎn)率的無(wú)情壓力。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，許多公司正在轉(zhuǎn)向機(jī)器人解決方案。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）發(fā)布的《2024年世界機(jī)器人報(bào)告》，世界各地的工廠繼續(xù)高速采用機(jī)器人：新的全球平均機(jī)器人密度在2023年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的每萬(wàn)名員工162臺(tái)，是七年前的兩倍多。
圖片來(lái)源：Salas O’Brien
通過(guò)承擔(dān)危險(xiǎn)任務(wù)、確保始終如一的產(chǎn)品質(zhì)量和全天候運(yùn)行，機(jī)器人正成為一種極具吸引力的解決方案。但機(jī)器人項(xiàng)目的實(shí)施很少是“現(xiàn)成的”，需要仔細(xì)規(guī)劃和定制。從初始評(píng)估和設(shè)計(jì)階段到安裝、集成和持續(xù)支持，交鑰匙機(jī)器人項(xiàng)目的每一步都需要密切關(guān)注技術(shù)要求、環(huán)境條件和長(zhǎng)期可擴(kuò)展性，以便成功地將機(jī)器人技術(shù)集成到其生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中。
機(jī)器人在工廠中的典型應(yīng)用
機(jī)器人解決方案已經(jīng)改變了一些領(lǐng)域的制造格局，例如汽車行業(yè)的裝配和測(cè)試，但在幫助工廠實(shí)現(xiàn)更高的效率和解決勞動(dòng)力挑戰(zhàn)等棘手問(wèn)題方面，仍有許多潛力可以挖掘。機(jī)器人在工廠中一些最常見(jiàn)的應(yīng)用包括：
1揀選（初級(jí)包裝）
高速拾放機(jī)器人可高效處理需要裝箱的產(chǎn)品。這些機(jī)器人可裝載吸塑包裝單元或其他包裝材料，管理枕式包裝機(jī)的進(jìn)料飛行，并在出料輸送機(jī)上形成矩陣。通過(guò)使用與視覺(jué)系統(tǒng)集成的專有分揀軟件，這些機(jī)器人可以識(shí)別部件的位置方向和類型，并將任務(wù)分配給相應(yīng)的機(jī)器人進(jìn)行精確處理。
2原廠包裝（二級(jí)包裝）
機(jī)器人在裝箱方面表現(xiàn)出色，能有效地將產(chǎn)品分組并裝箱，以便配送。中低速拾放系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化包裝箱內(nèi)的空間利用，在層與層之間放置層板，減少運(yùn)輸過(guò)程中的損壞，提高整體包裝效率，從而確保紙箱、瓶子、罐子、小袋和袋子的包裝質(zhì)量始終如一。
3碼垛（三級(jí)包裝）
碼垛機(jī)器人自動(dòng)將產(chǎn)品堆放在托盤上，為裝運(yùn)做好準(zhǔn)備。這些機(jī)器人可以管理各種產(chǎn)品和包裝配置。例如，它們可以處理一個(gè)或兩個(gè)托盤構(gòu)建站的單個(gè)進(jìn)料，使用固定機(jī)器人處理相應(yīng)托盤構(gòu)建站的多個(gè)進(jìn)料，或者使用線性軌道上的機(jī)器人處理多個(gè)托盤構(gòu)建站的單個(gè)進(jìn)料。這種自動(dòng)化提高了裝載過(guò)程的安全性和效率，顯著降低了與手動(dòng)碼垛相關(guān)的受傷風(fēng)險(xiǎn)。
4倉(cāng)庫(kù)分揀
在倉(cāng)儲(chǔ)中，機(jī)器人通過(guò)快速準(zhǔn)確地從倉(cāng)庫(kù)中檢索物品并準(zhǔn)備發(fā)貨，徹底改變了揀選流程。這些機(jī)器人在倉(cāng)庫(kù)中導(dǎo)航，定位產(chǎn)品并將其運(yùn)送到包裝站，大大減少了手動(dòng)或機(jī)器人揀選所需的時(shí)間和精力。
5協(xié)同包裝
在許多操作員需要將產(chǎn)品重新包裝成多件包裝或促銷品（如牙膏與牙刷共同包裝）的環(huán)境中，機(jī)器人可以將產(chǎn)品迅速組合成所需的配置，從而高效地處理重新包裝過(guò)程。機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性還允許對(duì)不同的產(chǎn)品組合進(jìn)行快速調(diào)整，使其成為處理多樣化和頻繁變化的包裝要求的理想選擇。
6貼標(biāo)簽、裝箱/裝盤
機(jī)器人還可用于貼標(biāo)、裝箱或裝盤流程。它們可以精確一致地貼標(biāo)簽，減少錯(cuò)誤并確保所有包裝都正確標(biāo)記。此外，機(jī)器人還能從扁平坯料上豎起箱子或托盤，為灌裝和包裝操作做好準(zhǔn)備。
7配套
在配套應(yīng)用中，機(jī)器人可以預(yù)先組織用于機(jī)器人裝箱或組裝的物品。此過(guò)程在電子等行業(yè)中特別有用，因?yàn)樵谶@些行業(yè)中，多個(gè)小零件需要組合到一個(gè)包裝中。
8機(jī)器輔助
機(jī)器人越來(lái)越多地用于機(jī)器看管，例如從機(jī)器上裝卸零件。此應(yīng)用在計(jì)算機(jī)數(shù)控加工、注塑成型和其他自動(dòng)化制造過(guò)程中很常見(jiàn)。通過(guò)自動(dòng)執(zhí)行這些任務(wù)，機(jī)器人使人類操作員能夠?qū)Ｗ⒂诟鼜?fù)雜和增值的活動(dòng)。
9組裝
在裝配操作中，機(jī)器人執(zhí)行高度重復(fù)的任務(wù)，例如焊接、擰緊和將組件裝配在一起。它們提供精度和可重復(fù)性，確保每個(gè)產(chǎn)品都按照精確的規(guī)格組裝。這種自動(dòng)化提高了產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，同時(shí)減少了裝配時(shí)間和人工成本。
這些典型應(yīng)用展示了機(jī)器人解決方案在各個(gè)制造領(lǐng)域的多功能性和影響，以及工廠工程師可以尋找機(jī)器人解決方案來(lái)解決自身流程中的挑戰(zhàn)。
交鑰匙機(jī)器人項(xiàng)目的執(zhí)行步驟
一家頂級(jí)奶酪制造商需要在不使用傳統(tǒng)紙箱或箱子的情況下快速冷卻40 磅重的奶酪塊。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Salas O'Brien 團(tuán)隊(duì)實(shí)施了四個(gè)定制的機(jī)器人單元來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化。該團(tuán)隊(duì)精心規(guī)劃和執(zhí)行了每個(gè)步驟，從將奶酪塊裝入可重復(fù)使用的托盤中以快速冷卻，然后碼垛和重新堆疊空托盤。
交鑰匙方法使工程專家能夠分階段執(zhí)行這個(gè)復(fù)雜的安裝計(jì)劃，而不會(huì)對(duì)客戶的日常運(yùn)營(yíng)造成任何干擾。因此，客戶的制造過(guò)程變得更加高效、可持續(xù)且更具成本效益。交鑰匙機(jī)器人項(xiàng)目的典型步驟是：
1投標(biāo)前-應(yīng)用評(píng)估
初始階段涉及全面的應(yīng)用評(píng)估，從工廠演練開(kāi)始，以確定潛在的自動(dòng)化領(lǐng)域。在這些檢查過(guò)程中，工程師會(huì)尋找阻礙生產(chǎn)效率的瓶頸，并尋找可以從機(jī)器人解決方案中受益的高度重復(fù)性活動(dòng)。這種全面的分析為創(chuàng)建針對(duì)工廠特定需求量身定制的自動(dòng)化計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)。
2訂購(gòu)后-工程和設(shè)計(jì)
下訂單后，重點(diǎn)就轉(zhuǎn)移到詳細(xì)的工程和設(shè)計(jì)上。此階段包括執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全審計(jì)，以確保擬議的機(jī)器人解決方案不僅能提高效率，還能維持安全的工作環(huán)境。工程師與客戶密切合作，設(shè)計(jì)與現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)無(wú)縫集成的系統(tǒng)，并解決已識(shí)別的瓶頸和重復(fù)性任務(wù)。
3安裝-FAT
在安裝階段，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程并進(jìn)行工廠驗(yàn)收測(cè)試 （FAT）。此過(guò)程可確保機(jī)器人按預(yù)期運(yùn)行并滿足所有性能標(biāo)準(zhǔn)。操作員系統(tǒng)培訓(xùn)也是此階段的關(guān)鍵組成部分，為工廠人員提供有效操作和維護(hù)新機(jī)器人系統(tǒng)所需的技能。該培訓(xùn)有助于確保技術(shù)的平穩(wěn)過(guò)渡和最佳使用。
4售后支持
安裝后，強(qiáng)大的技術(shù)支持對(duì)于保持機(jī)器人系統(tǒng)的性能和使用壽命至關(guān)重要。這種售后支持包括保修服務(wù)、持續(xù)培訓(xùn)和售后協(xié)助，以解決可能出現(xiàn)的任何問(wèn)題。持續(xù)的支持可確保工廠能夠充分利用自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，并長(zhǎng)期保持高生產(chǎn)率水平。
機(jī)器人應(yīng)用的工程注意事項(xiàng)
在現(xiàn)有的工廠設(shè)施中實(shí)施機(jī)器人技術(shù)時(shí)，一些最常見(jiàn)的考慮因素包括：
01生產(chǎn)率
為確保效率，請(qǐng)確定最大穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)率，包括任何浪涌要求。考慮升級(jí)上游設(shè)備速度的計(jì)劃。評(píng)估枕式包裝機(jī)進(jìn)料葉片、泡罩包裝、紙箱、箱子或托盤的產(chǎn)品數(shù)量和模式。評(píng)估從拾取到放置的零件方向以及對(duì)翻蓋遏制、隔板或?qū)影宓男枨蟆４_保部件在機(jī)器人面前呈現(xiàn)一致；如果不一致，則可能需要視覺(jué)系統(tǒng)。使用揀選軟件優(yōu)化揀選順序、部件定位和負(fù)載平衡，以便多個(gè)機(jī)器人單獨(dú)或分組處理同質(zhì)或不同的部件。
02環(huán)境因素
操作環(huán)境會(huì)顯著影響機(jī)器人的設(shè)計(jì)和功能。確定是否需要高壓或高堿性洗滌，尤其是在蛋白質(zhì)加工中。指定入口處防護(hù)（IP）要求，例如肉類和家禽環(huán)境中的IP67低壓噴霧或IP69K高壓噴霧。如果機(jī)器人無(wú)法滿足IP69K要求，則可能需要經(jīng)批準(zhǔn)的外殼護(hù)套。
評(píng)估工作溫度范圍和濕度水平。尤其是對(duì)于腐蝕性環(huán)境，確定機(jī)器人的哪些部分與腐蝕性產(chǎn)品連接，以及是否需要外部涂層或經(jīng)批準(zhǔn)的護(hù)套。
03機(jī)器人的物理特性
確定最大有效載荷，包括臂端工具（EOAT）和任何偏置載荷條件。要選擇合適的型號(hào)，請(qǐng)?jiān)u估應(yīng)用所需的范圍，包括機(jī)器人的內(nèi)外范圍以及安裝區(qū)域的凈高。評(píng)估腕部能力，以確保在處理應(yīng)用時(shí)不會(huì)因負(fù)載偏移或重心不合適而產(chǎn)生不必要的壓力。
確保機(jī)器人的速度與生產(chǎn)率保持一致，包括浪涌。如果需要處理多個(gè)零件，請(qǐng)重新設(shè)計(jì) EOAT，這可能會(huì)降低整體拾取率。這可能需要輔助設(shè)備來(lái)預(yù)制陣列或更大的有效載荷機(jī)器人，這通常會(huì)降低速度。嘗試修改包裝或托盤模式，使該過(guò)程對(duì)機(jī)器人更加友好。
04需要考慮的特殊流程或標(biāo)準(zhǔn)
如果手動(dòng)操作需要零件檢測(cè)，請(qǐng)決定是使用2D 還是更昂貴的3D視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)代替操作員的檢測(cè)。對(duì)于需要 100% 產(chǎn)品序列化的行業(yè)，例如制藥，輔助視覺(jué)系統(tǒng)必須驗(yàn)證是否揀選、包裝或碼垛了正確的產(chǎn)品。遵守食品安全相關(guān)法規(guī)至關(guān)重要，重點(diǎn)關(guān)注衛(wèi)生和清潔設(shè)計(jì)、食品級(jí)潤(rùn)滑脂和沖洗能力。
確定二次操作是否需要零件操作，例如堆疊、交錯(cuò)或反轉(zhuǎn)零件。通過(guò)識(shí)別所有必要的材料來(lái)解決填充問(wèn)題，例如箱子隔板、層板或墊、箱子翻板、聚乙烯襯墊、托盤類型、滑板、層板和頂蓋。這些考慮因素確保機(jī)器人系統(tǒng)集成良好，符合標(biāo)準(zhǔn)并能夠優(yōu)化生產(chǎn)流程。
做好機(jī)器人部署的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
一個(gè)常見(jiàn)的誤解是原始設(shè)備制造商負(fù)責(zé)所有機(jī)器安全問(wèn)題，包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。實(shí)際上，最終用戶（制造商）通常負(fù)責(zé)執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和緩解。這是合乎邏輯的，因?yàn)橹圃焐虥Q定何時(shí)、何地以及如何部署和操作其設(shè)備。例如，如果制造商為其食品和飲料業(yè)務(wù)購(gòu)買了新的碼垛機(jī)器人，則制造商有責(zé)任進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并減輕已識(shí)別的危害。
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是必不可少的，因?yàn)樗鼈冇兄谧R(shí)別可能嚴(yán)重傷害機(jī)器操作員和其他員工的危險(xiǎn)。機(jī)器人可能會(huì)對(duì)人類操作員構(gòu)成重大危險(xiǎn)，緩解措施有助于降低與機(jī)器相關(guān)的傷害的可能性和嚴(yán)重程度。此外，在許多國(guó)家/地區(qū)，未能進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)厲的處罰。
應(yīng)在以下幾種情況下進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：
●當(dāng)機(jī)器人或其他工業(yè)機(jī)器被引入過(guò)程中時(shí)；
●當(dāng)流程被修改或機(jī)器使用情況發(fā)生變化時(shí)；
●當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的危險(xiǎn)時(shí)。
在這些情況下，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有助于確定風(fēng)險(xiǎn)和適當(dāng)?shù)木徑獯胧?/div>
將機(jī)器人技術(shù)集成到制造流程中，為工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前面臨的許多挑戰(zhàn)提供了強(qiáng)大的解決方案。從提高生產(chǎn)率和確保質(zhì)量到增強(qiáng)安全性和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)，機(jī)器人提供了許多好處。
然而，成功的實(shí)施需要仔細(xì)的規(guī)劃、全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和持續(xù)的支持。通過(guò)了解所涉及的技術(shù)要求、環(huán)境考慮因素和特殊流程，制造企業(yè)可以有效地利用機(jī)器人技術(shù)的力量來(lái)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，并在快速發(fā)展的行業(yè)中保持競(jìng)爭(zhēng)力。