以前，建筑業(yè)和手工業(yè)使用的建筑漆、油漆和隔音(熱)材料生產(chǎn)廠家DAW SE公司面臨著一個困難：如何提高自動化罐裝漆料桶作業(yè)的自動化，即如何在各種不同外形尺寸的桶且漆料罐裝量較小的罐裝作業(yè)中能夠在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)自動化罐裝設(shè)備的重新配備。對于該自動化技術(shù)解決方案來說，ABB公司的機器人技術(shù)，特別是IRB 120型和IRB 460機器人、Quick Move和True Move控制軟件包以及程序化和模擬軟件RobotStudio是重點。這樣可以通過程序適配和擴展，簡單且短時間地實現(xiàn)自動化罐裝設(shè)備的重新配備。

圖1 DAW SE公司采用ABB公司的機器人自動化生產(chǎn)線解決了顏料桶蓋封和托盤化方面的生產(chǎn)作業(yè)瓶頸問

題，顏料罐裝作業(yè)的生產(chǎn)效率大大提高，最重要的是能夠靈活完成最多28 種不同顏料的顏料桶罐裝作業(yè)

DAW SE公司在2013年要實現(xiàn)Caparol和Alpina這兩個商標(biāo)產(chǎn)品罐裝設(shè)備的自動化作業(yè)項目。該項目涉及23種不同類型、大小、重量以及外形的漆料桶，由于不同漆料桶在不斷增加，DAW SE公司以前使用的漆料桶罐裝后蓋封和漆料容器托盤化設(shè)備的功能便無法滿足不斷加大的要求。

漆料罐裝后蓋封環(huán)節(jié)成為生產(chǎn)瓶頸

圖2  IRB 120型機器人以高速度的綜合性運動在一個相當(dāng)小的作用空間里完成顏料桶蓋封作業(yè)

在過去，當(dāng)罐裝較小劑量的漆料不值得使用門架式蓋封機時，部分蓋封作業(yè)還需要工作人員手工完成。這樣一來，緊接著蓋封后漆料的托盤化和運輸步驟也受到制約，為此，這家位于 Ober Ramstadt的公司自動化專家飽嘗了該環(huán)節(jié)上公司物流的生產(chǎn)瓶頸之苦。緊接著的托盤化步驟的情況是：罐裝后的漆料桶蓋封完便由負(fù)責(zé)托盤化的機器人進(jìn)行作業(yè)，最早托盤化機器人采用液壓方式進(jìn)行作業(yè)，后來越來越多地采用電動作業(yè)的方式。將漆料桶建成一座座“塔”，即將這些漆料桶在托盤上堆垛，而不是在漆料桶之間放置穩(wěn)定的保護(hù)性厚紙板隔層。此外，因為在經(jīng)常換漆料桶時還必須更換工業(yè)機器人的抓手工具，各種不同漆料桶在罐裝作業(yè)中控制處理的靈活性也有待改善。新設(shè)計的機器人生產(chǎn)線不僅要能自行解決識別漆料桶在罐裝作業(yè)和托盤化方面的出現(xiàn)的瓶頸，還要大大提高工作效率，最重要的是要改善最多有28個不同的漆料桶進(jìn)行罐裝作業(yè)和托盤化時的靈活性。

該項目的負(fù)責(zé)方ABB公司選擇了Feige Filling公司作為該項目機器人技術(shù)的合作伙伴。之前Feige Filling公司在彌散顏料罐裝設(shè)備中采用ABB公司研制的ABB IRB 6640和140型機器人，有過良好的合作。Michelino Cuozzo是DAW SE公司的設(shè)備維修、自動化、能源供給和項目管理的團隊負(fù)責(zé)人，他回顧了自己在該領(lǐng)域長達(dá)18年工作的經(jīng)驗后表示，ABB公司研發(fā)的這兩種類型的機器人的主要優(yōu)勢是效率高、操作簡單和換裝時間短。他特別強調(diào)：“我們公司使用ABB 公司研制的機器人在過去的長達(dá)10年的生產(chǎn)作業(yè)中每周工作6天，每個工作日均實行3班倒作業(yè)，機器人設(shè)備從來沒有更換過磨損件，到目前為止，已經(jīng)安全運行長達(dá)70?000小時。” 在顏料罐裝設(shè)備的設(shè)計和機器人的集成化方面，F(xiàn)eige Filling 公司是ABB公司的長期可靠合作伙伴。

從顏料桶的堆垛一直到托盤化的實現(xiàn)

整個裝置包括多個顏料桶的堆垛供給站和卸垛、密封檢驗、顏料罐裝、顏料桶蓋封以及托盤化等步驟的生產(chǎn)設(shè)備。Feige Filling公司實現(xiàn)了其中最主要的兩個步驟，也就是實現(xiàn)由ABB機器人完成顏料罐裝以后的顏料桶蓋封和托盤化這兩個步驟。由IRB 120型機器人來完成顏料桶蓋封作業(yè)，IRB 120型機器人的基座面積僅為180?mm×180?mm，重量僅為25?kg， 可以很好地集成到整個裝置的結(jié)構(gòu)里。與之前采用的顏料桶蓋封作業(yè)裝置相比，采用 IRB 120型機器人進(jìn)行顏料桶蓋封作業(yè)效率提高了50%，從原來每小時完成800個提高到每小時完成1200個顏料桶的蓋封作業(yè)。

圖3 IRB 460型機器人能夠最佳地滿足托盤化作業(yè)的要求，該型機器人負(fù)載能夠達(dá)到110 kg，作業(yè)時工作范圍為2.4 m，每小時的循環(huán)作業(yè)周期次數(shù)為2190次

在實現(xiàn)托盤化方面，F(xiàn)eige Filling公司使用了IRB 460型機器人。Feige Filling公司的技術(shù)負(fù)責(zé)人Axel Frank說：“因為在整個裝置上必須控制處理23種不同類型的顏料桶，而且每種類型的顏料桶要實現(xiàn)單獨的托盤化。為了能夠確保高效率作業(yè)且設(shè)備換裝時間短，我們必須選擇使用作業(yè)循環(huán)效率高的機器人。” 要滿足這樣的要求，4軸的IRB 460型機器人最為理想，該型機器人負(fù)載能夠達(dá)到110?kg，作業(yè)時工作范圍為2.4?m，每小時的循環(huán)作業(yè)周期次數(shù)為2190次。4軸的IRB 460型機器人是當(dāng)今世界上最快完成托盤化作業(yè)的機器人之一。

為了確保在滿負(fù)荷工作條件下機器人的性能可靠性和使用壽命，即確保機器人維持很高的工作速度，IRB 460型機器人采用Quick Move和True Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件。ABB 公司的這些應(yīng)用軟件可確保在高加速度的情況下也能實現(xiàn)托盤化作業(yè)所要求的勻速運動，同時還確保準(zhǔn)確地將顏料桶放置托盤畫面里的正確位置上。

Quick Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件確保機器人的實際運動軌道與程序化的路徑一致，機器人不受速度和程序化路徑幾何形狀的影響。Quick Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)實現(xiàn)每時每刻沿著軌道的最大速度和加速度，以這種方式實現(xiàn)機器人在作業(yè)循環(huán)周期最短的情況下運動過程的最佳自動化。

機器人的控制裝置能夠自動化地調(diào)整Quick Move和True Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件的所有參數(shù)，并能夠?qū)⑾到y(tǒng)機械部件的負(fù)荷降至最低。這樣，機器人便能最大程度地適合應(yīng)用，在最高的工作速度下也能夠安全作業(yè)。機器人在“持續(xù)性巨大壓力”下作業(yè)仍能夠達(dá)到預(yù)定的使用壽命而不會提前出現(xiàn)磨損。Quick Move和True Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件一方面能夠使整個裝置實現(xiàn)持久且精準(zhǔn)點軌道跟蹤，另一方面能夠方便快速地調(diào)整軌跡參數(shù)，如用戶可網(wǎng)絡(luò)在線變更整個裝置的運行速度參數(shù)。DAW SE公司使用Quick Move和True Move軟件工具能實現(xiàn)從各種罐裝顏料到不同顏料桶的經(jīng)常性不間斷的調(diào)整。

機器人線下程序化，不影響企業(yè)的實際作業(yè)

在DAW SE公司顏料罐裝生產(chǎn)線新的項目中ABB公司的Robot Studio模擬和程序化軟件起中心作用。Feige Filling公司利用程序化軟件模塊既能夠用于顏料桶蓋封的機器人運動過程，又能夠用于顏料桶托盤化的運動過程。應(yīng)用者使用Robot Studio模擬和程序化軟件在規(guī)劃階段便可在 PC 機上模擬機器人的作業(yè)，并虛擬地進(jìn)行實際作業(yè)。Feige Filling公司的Axel Frank及其團隊在線下即可實現(xiàn)機器人程序化，不需要介入DAW SE公司IRB 120型機器人和IRB 420型機器人的實際作業(yè)。通過實現(xiàn)軌跡的圖像化和最佳化，識別人和機器人相撞的危險并避免這些危險，完成程序化后再轉(zhuǎn)交給用戶。

圖4   DAW SE公司使用的情況證明了機器人采用Quick Move和True Move控制技術(shù)應(yīng)用軟件可以實現(xiàn)在顏料罐裝作業(yè)中頻繁無故障地罐裝另外一種顏料時的顏料桶換裝與蓋封作業(yè)

為了在特殊情況下完成由機器人輔助托盤化作業(yè)任務(wù)，ABB 公司為此專門研發(fā)出了 Robot Studio Palletizing PowerPac軟件。DAW SE公司的基本要求是要滿足托盤圖象的靈活性，托盤圖象規(guī)定每個堆垛位置的顏料桶的安放和順序，最佳托盤化就意味著在一個托盤上安放合適的顏料桶，顏料桶在托盤上不能有突出的部分。托盤圖象可定義顏料桶相互穩(wěn)定堆垛，托盤圖象表述在一個托盤上安放的Caparol以及Alpina容器。隨后，托盤圖象自行形成28 種不同的顏料桶大小、重量和類型。這個概念組成了DAW SE公司研發(fā)的新的生產(chǎn)線自動化技術(shù)解決方案的關(guān)鍵詞。機器人的運動過程是與托盤圖象邏輯相連的，用命令通過一個相應(yīng)的程序調(diào)入IRB 420型機器人可以快速且可靠地處理每個尺寸大小、類型和重量的顏料容器。

圖5  在為18種不同類型的顏料桶罐裝顏料的生產(chǎn)作業(yè)中，該新

的裝置每小時可罐裝顏料680桶并能完成25 種不同的托盤圖象

生產(chǎn)效率大大提高

Feige Filling公司的專家按照DAW SE公司需求和提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置托盤圖象的程序化并進(jìn)行驗證和適配。DAW SE公司的使用者便可在Robot Studio模擬和程序化軟件的基礎(chǔ)上加以完成。現(xiàn)在，在顏料容器堆垛層之間放置厚紙板的作業(yè)過程也已最佳化地集成入了托盤化生產(chǎn)流程之中。目前，DAW SE公司使用新的設(shè)備每小時在為18種不同類型的顏料桶罐裝顏料的生產(chǎn)作業(yè)中完成680桶的顏料罐裝作業(yè)，并和完成25個各種不同的托盤圖象。這種新的技術(shù)解決方案的核心是在放棄更換機器人抓手工具的條件下使顏料罐裝作業(yè)的靈活性有了決定性的提高：現(xiàn)在，IRB 460型機器人只需要一個通用機器人抓手工具便能夠可靠地為28種不同類型的顏料桶中的一個顏料桶罐裝顏料。無論是圓形的顏料桶還是橢圓形的顏料桶，無論是罐裝重5?kg的顏料還是罐裝最大重25?kg的顏料，能夠在完成顏料罐裝后將顏料桶放置在托盤上只需調(diào)出設(shè)置順序的程序即可，由此解決了由于需要換裝時間而影響顏料罐裝作業(yè)的生產(chǎn)效率問題。當(dāng)問到其基本的利用價值時，Michelino Cuozzo作出了進(jìn)一步的說明：“程序化的靈活性是完全清楚的，程序的適配或是進(jìn)一步擴展可以非常簡單地在近期落實完成。這對于我們來說是一個有決定意義的標(biāo)準(zhǔn)，因為只有這樣才能實現(xiàn)在顏料罐裝作業(yè)中快速變更罐裝顏料的種類。”

該公司下一個現(xiàn)代化項目是落實一個顏料桶新的產(chǎn)品標(biāo)簽裝置，Michelino Cuozzo和他的團隊成員又計劃將該新的產(chǎn)品標(biāo)簽裝置與ABB 公司的機器人一同加以使用。