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智能制造范例:与协作机器人并肩装配笔记本电脑

EDN China 麦迪?? 2015年11月10日 ?? 收藏0
  随着《中国制造2025》的出炉,中国制造业开始加快智能化转型的步伐。企业转型的最终目标是借助智能科技的力量,降低成本、提高产能并且获得更高更快的投资回报。灵活、安全、小巧的协作机器人不仅能满足这些需求,还解决了常规工业机器人投资规模大、投资回报期长、灵活度有限等问题,让不同规模的企业都能轻松实现智能自动化,加速"智能制造"的普及和落地。

作为协作机器人市场的先驱和领军者,丹麦创新协作机器人制造商优傲机器人公司(Universal Robots)一直在中国大力推进 "人机协作"理念和生产模式,以应对终端消费者日益增长的定制化产品需求,这不,已有协作机器人与工人一起并肩坐镇装配线,组装笔记本电脑(图1),加班不抱怨,降本提良率。

图1: 协作机器人应用于笔记本电脑组装线上,与工人并肩工作
图1: 协作机器人应用于笔记本电脑组装线上,与工人并肩工作

与工人并肩装配,360度无死角

全球知名的ODM代工公司纬创资通(Wistron)就率先采用优傲机器人(Universal Robots)公司的协作型机器人,应用在其笔记本电脑的组装线中,实现生产的高效性和灵活性。

据悉,自今年2月起,纬创资通先后购置了超过60套UR机器人,并主要用于生产线中的搬运、锁螺丝、热熔机与锁附螺丝的配合、以及搭配视觉系统等四种操作(图2)。通过对UR机器人的使用,公司的未来生产布线和配置获得了更大的弹性空间,产品良率得到有效的提高,人员配置得到合理优化,并实现长期运营成本的降低,提升了盈利能力。

图2:搭配视觉系统,UR机器人可进行超高精度的组装工作
图2:搭配视觉系统,UR机器人可进行超高精度的组装工作

早先,纬创资通也使用过传统型四轴、六轴机械手臂,但这些机械臂需要安装护栏和安全防护,占地面积大,且只能用于产品搬运等非精细化操作。同时由于纬创资通应用在笔记本电脑生产线的操作模式还无法达到完全的高度自动化,需要人和机器的相互配合作业,所以机器手臂的空间必须严格控制。而UR的协作机器人不需要额外的防护护栏,并且有高度安全的设置,能够和作业人员并肩工作。在安全设计、防护以及工作速度等其他性能也能够在小空间内得到保证和发挥,很好地满足了公司的生产需求。

除安全性外,协作机器人也使工厂生产布线的灵活性显著提升,内部资源布局更合理。经过实践,使用一台UR机器人可以替换两名员工。这样一来,公司就可以实现人员的灵活调配,使员工从事一些难度较高、更智能的工作。公司引入UR机器人的主要原因之一,就是员工对于简单、重复性工作的厌倦感而造成的高离职率。而随着UR机器人的引入,使得员工可以从无聊单调的工作中解放出来,而去从事需要发挥思考能力,更具有智能和专注力的工作。通过对员工岗位进行重新调配,有效降低了现有员工流失率。

采用了协作机器人之后,纬创资通的产品良率也得到显著的提高。对此,纬创资通制造技术总监张聪耀表示:“一些客户已经到生产线上看过使用机器人的生产状况,并表示欣赏。由于终端客户不希望我们遇到缺工、新人进场要培训、人为失误这些状况。如果使用机器人进行作业,能够有效增加产品良率、稳定性并避免上述问题。因此,客户都希望我们把协作机器人在生产线上的应用和布局推动得更快、力度更大、比重再提高。“

至于对于机器人的学习和掌握速度,通过验证,那些从来没有接触过UR机器人的工程师技术员也可以在培训结束之后马上实现基本操作和动作。而传统机器人的正式培训需要1-2周,之后另需要几周时间进行实际的上线操作,因此,与传统机器人的学习周期相比,UR机器人的学习周期显著缩短,有效地减少了公司培训成本。

除此之外,UR协作机器人可以解放劳动力,使得员工可以去完成更加具有附加价值的工作,而且公司不必再额外雇人来填补其他工作岗位,最终得以降低人力成本。而1.5年-2年的高投资回报率使得公司可以在较快的时间内收回成本,帮助公司提升盈利能力。

不是所有的机械臂都是协作机器人

  早在2009年便推出了第一款协作机器人 -- UR5,优傲机器人公司不仅颠覆了人们对于传统工业机器人的认识,还自此定义了"协作机器人"的真正意义。“安全、操作简单、灵活是协作机器人区别与普通机器人的主要区别,这样才能实现真正的实现人机和谐共事。”优傲机器人公司中国总经理铁隆正(James Taylor)先生表示。

对与人并肩作战的协作机器人而言,安全无疑是最为关键的。UR机器人特有的受力传感和力度控制功能保证了员工的安全,经过风险评估之后,可以无需安全围栏与人并肩工作。UR机器人的默认受力传感上限设为150牛顿的力,即:一旦人与机器人接触并产生150牛顿的力,UR机器人就会自动停止工作。企业可以进一步调低限值,最低值为50牛顿。“安装在世界各地的优傲机器人80%没有安装安全围栏,旁边就是并肩工作的普通工人,其具有先进的安全力控制,可通过机械臂上敏感的力反馈特性,在遇到一定外力作用后立即停止工作,保护身边的人类同事远离机器‘伤人’事件。这些机器人的安全系统都通过了德国技术检验协会TuV的批准和认证。(图3)” 铁隆正介绍道。

图3:UR的协作机器人不需要额外的防护护栏,一旦人与机器人接触并产生150牛顿的力,机器人就会自动停止工作。
图3:UR的协作机器人不需要额外的防护护栏,一旦人与机器人接触并产生150牛顿的力,机器人就会自动停止工作。

UR机器人的 "简单" 归功于其创新的PolyScope 机器人系统软件,即使是没有任何技术背景或编程经验的普通员工都可以当场快速编程、调试并成功运行。该系统拥有直观的3D视图操作(图4),在机器人控制触摸屏上按箭头键或直接拉动机器臂到需要的路径点都可以轻松完成路径设置。

图4:UR机器人具有直观的用户编程界面,通过点击触摸板上的箭头即可控制机器人移动方向
图4:UR机器人具有直观的用户编程界面,通过点击触摸板上的箭头即可控制机器人移动方向

UR机器人的灵活性体现在安装只需要2-3小时。这让UR机器人可以随时被部署至不同生产线上,执行新的操作,为生产线灵活转产提供了无限可能。此外,UR机器人的轻巧机身可以任意配置到桌子上、设备上、甚至天花板上,在最大程度上帮助企业实现灵活多变的应用。铁隆正表示,“常规的专用机械臂灵活性差,通常只能执行一些专门性的操作,而不能像人类手臂一样灵活应用于不同的工艺处理中。而且通常在购买后需要根据具体的应用需求进行二次开发。我们的机械臂在这方面就很灵活,可以针对各种客户的不同应用简单开发,比如可以为汽车零件装配,也能为电子装配,还能应对未来未知的任务,有很好的可拓展性。”

对于“机器换人”这个问题,铁隆正则认为还不是时候,“机器人应该先和工人协作好,完全替代还不现实。这也是协作机器人概念提出的初衷。”

目前,优傲机器人公司现共有三款协作机器人 -- UR3、UR5和UR10。于2015年3月最新推出的UR3是现今市场上最灵活轻便、并且可与工人一起肩并肩工作的台式机器人。它自重仅为11公斤,但是有效负载却高达3公斤,所有腕关节均可360度旋转,而末端关节可作无限旋转。UR5自重18公斤,负载高达5公斤,工作半径85cm。UR 10可负载10公斤,工作半径130cm。(EDN China 麦迪)

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