由于注塑行業(yè)招工難，Dynamic Group集團(tuán)公司便致力于實(shí)現(xiàn)其公司手工作業(yè)的自動(dòng)化。該集團(tuán)公司的CEO(首席執(zhí)行官)Joe McGillivray在描述這個(gè)挑戰(zhàn)時(shí)表示：“幸運(yùn)的是，我們企業(yè)位于一個(gè)高薪酬和低失業(yè)率的地區(qū)，通常來(lái)說(shuō)這很好，但是對(duì)于一個(gè)企業(yè)的經(jīng)理來(lái)說(shuō)則意味著某些挑戰(zhàn)。”現(xiàn)在，Dynamic Group集團(tuán)公司在3項(xiàng)不同的應(yīng)用中采用了人機(jī)協(xié)作式機(jī)器人。第一部機(jī)器人用于實(shí)施一個(gè)完整的機(jī)器作業(yè)周期：在進(jìn)行注塑作業(yè)時(shí)，由該機(jī)器人夾緊注塑機(jī)里的幾個(gè)零件。而這些將要進(jìn)行注塑作業(yè)的零件來(lái)自于一個(gè)醫(yī)藥器具，是被人們稱作是該醫(yī)藥器具脊柱的關(guān)鍵性零件。

圖1  當(dāng)機(jī)器人將一注塑的工件落到滑板上時(shí)，UR機(jī)器人便報(bào)警并激活一個(gè)傳感器，提示工作人員接收工件

熱敏感件要求劃一的作業(yè)周期

完成壓鑄作業(yè)后，該機(jī)器人進(jìn)一步將工件送至一臺(tái)去毛刺設(shè)備。為了繼續(xù)進(jìn)行加工，需要由一名操作人員擺放這些工件，最后按動(dòng)按鈕，重新啟動(dòng)去毛刺加工流程。

該應(yīng)用用于完成一種帶有極端熱敏零件的醫(yī)藥器具的生產(chǎn)作業(yè)。作業(yè)中，每個(gè)具體的零件都必須有完整的作業(yè)周期。Joe McGillivray說(shuō)：“在這里我們的困難是，由于我們企業(yè)采取的是輪班作業(yè)制，且各個(gè)班次的作業(yè)步驟不同。但是我們必須還要生產(chǎn)出如手工藝品那樣完美無(wú)缺的零件。”

圖2  一臺(tái)UR 10機(jī)器人正在注塑作業(yè)中工作

Joe McGillivray還說(shuō)：“由于應(yīng)用了通用機(jī)器人技術(shù)(UR)的UR10機(jī)器人臂，如今，我們企業(yè)的作業(yè)完全實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定劃一的作業(yè)周期。以前，我們企業(yè)的每個(gè)班次需要三個(gè)機(jī)器操作人員。而現(xiàn)在，我們一天三班制生產(chǎn)，每班只需要一個(gè)機(jī)器操作人員。這樣，我們企業(yè)的生產(chǎn)能力實(shí)際上便翻了兩番，而且在作業(yè)中廢品顯著減少，幾乎達(dá)到了零廢品率。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，本次機(jī)器人應(yīng)用特別成功。”

零件由機(jī)器人夾住、擺放并進(jìn)行控制

Dynamic Group集團(tuán)公司的第二個(gè)注塑作業(yè)應(yīng)用中采用的是一部傳統(tǒng)的笛卡爾機(jī)器人。該機(jī)器人使注塑的工件不停地落下，然后，由一部UR機(jī)器人夾住工件。接著，該機(jī)器人將該工件擺放到一個(gè)去除注塑冒口的設(shè)備里，并且將其碼垛并送至負(fù)責(zé)檢查這些工件的一名工作人員面前的工作臺(tái)上。過(guò)去，這些工件是落到一個(gè)傳送帶上，工作人員必須在傳送帶卸料前將這些工件截住。此外，落在傳送帶的工件還常常會(huì)出現(xiàn)損壞。

Joe McGillivray說(shuō)：“過(guò)去，對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)的特殊挑戰(zhàn)是：他們必須要與機(jī)器保持同一步驟。工作人員要確保在其要進(jìn)行去飛刺作業(yè)時(shí)工件不能落下來(lái)。 這樣做的結(jié)果是會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)很多有瑕疵的工件。如今，我們?nèi)匀粸檫@部分作業(yè)只投入一名工作人員。與之前從事該步驟作業(yè)的工作人員相比，這名工作人員完成此作業(yè)步驟僅需要原先該步驟作業(yè)時(shí)間的四分之一，此外，作業(yè)是在更加人性化的條件下進(jìn)行。”

圖3  Dynamic Group集團(tuán)公司將在注塑作業(yè)中使用由供貨廠家事先已經(jīng)裝有碼垛程序的UR機(jī)器人，該UR機(jī)器人負(fù)責(zé)將注塑好的工件送到工作人員面前的工作臺(tái)上

Dynamic Group集團(tuán)公司在作業(yè)應(yīng)用中采用的第三部機(jī)器人是用于確保作業(yè)中調(diào)整配合的。UR10機(jī)器人借助于真空抓手抓住一個(gè)被稱作“貝殼”的工件，即塑料盒的下部，然后將消毒巾和食鹽溶液放入其中。接著，將該裝有消毒巾和食鹽溶液的塑料盒推送到傳送帶上。 在采用這第三臺(tái)機(jī)器人之前，為了實(shí)現(xiàn)該作業(yè)步驟的配合，Dynamic Group集團(tuán)公司需同時(shí)投入6～7名工作人員。Joe McGillivray說(shuō)：“過(guò)去，我們公司對(duì)該項(xiàng)作業(yè)要求快速，且作業(yè)量很大，但是效益卻不高。而現(xiàn)在，我們?yōu)樵撟鳂I(yè)步驟僅需投入兩名工作人員。而且，一名真正的初學(xué)者在首次進(jìn)行作業(yè)時(shí)便能夠非常成功地掌握該項(xiàng)作業(yè)的技術(shù)，這完全出乎人們的意料，令人十分驚訝。在采用第三臺(tái)機(jī)器人后的兩個(gè)月里，我們就收回了投資，甚至還能夠繼續(xù)改善公司的效益，因?yàn)槲覀円呀?jīng)能夠快速將機(jī)器人調(diào)整至可以進(jìn)行其他生產(chǎn)作業(yè)。”

人-機(jī)器人-合作式機(jī)器人臂的用戶界面便于操作

開(kāi)始時(shí)，Dynamic Group集團(tuán)公司曾認(rèn)為無(wú)法實(shí)施這樣靈活且高效的自動(dòng)化技術(shù)解決方案。Joe McGillivray說(shuō)：“當(dāng)開(kāi)始尋找自動(dòng)化技術(shù)解決方案時(shí)，我認(rèn)為裝備每部機(jī)器人都得要花費(fèi)幾十萬(wàn)美元，而令我擔(dān)憂的是，我們必須裝備不止一臺(tái)6軸機(jī)器人，甚至是必須裝備人機(jī)協(xié)作式機(jī)器人。”當(dāng)時(shí)Joe McGillivray還認(rèn)為，他們必須要花大價(jià)錢雇用一名程序員或是工程師才能使這樣靈活且高效的自動(dòng)化技術(shù)解決方案順利投入使用。他表示：“我本人并不是工程師，但是，我在機(jī)器人供貨后的一個(gè)小時(shí)之內(nèi)便能夠架設(shè)好機(jī)器人，并可以開(kāi)始試著進(jìn)行第一次作業(yè)。該人-機(jī)器人-合作式機(jī)器人的用戶使用界面大，編程極其簡(jiǎn)單。我之前對(duì)設(shè)備投資和需要雇用程序員的估計(jì)完全錯(cuò)了。”

圖4  Dynamic Group集團(tuán)公司將3D打印的機(jī)器人臂端工具和UR機(jī)器人應(yīng)用于注塑作業(yè)

Joe McGillivray表示，在機(jī)器人單元安裝好以后，Dynamic Group集團(tuán)公司的自動(dòng)化工程師 Travis Oksendahl只用了大約兩天時(shí)間便完成了機(jī)器人的程序化。“我想說(shuō)，與常規(guī)的機(jī)器人相比， UR機(jī)器人并不復(fù)雜，采用‘Drag –and -Drop’應(yīng)用便能夠進(jìn)行程序化。” Joe McGillivray又說(shuō)，“機(jī)器人還可借助于‘教學(xué)’(‘Teach Modus’)方法實(shí)現(xiàn)程序化。”他說(shuō)，“在此，操作人員可簡(jiǎn)單與機(jī)器人臂‘?dāng)y手’，將機(jī)器人臂引向其應(yīng)到達(dá)處，并使機(jī)器人找到應(yīng)動(dòng)作的點(diǎn)。當(dāng)設(shè)置了所有的點(diǎn)后，操作人員按動(dòng)按鈕啟動(dòng)，機(jī)器人便能夠按照程序開(kāi)始運(yùn)行。”

一家位于明尼阿波利斯的注塑機(jī)生產(chǎn)廠家可在最短時(shí)間內(nèi)使其UR機(jī)器人能夠接受整套新作業(yè)任務(wù)的指示。Joe McGillivray總結(jié)說(shuō)：“我們所有的機(jī)器人均安置在帶有滾輪的底座上，可隨意搬動(dòng)，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，可從一部注塑機(jī)推至另一部注塑機(jī)。由于機(jī)器人可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)程序化，所以，我們能夠如此之快且靈活地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的使用。這樣，我們便能夠有效地應(yīng)對(duì)我們行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。

安全機(jī)制可使機(jī)器人在遇到障礙時(shí)立即停止

與通常必須固定安裝在安全圍欄后面地板上常規(guī)的僵硬的機(jī)器人不同，UR機(jī)器人具有機(jī)動(dòng)性。UR機(jī)器人可在成功通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，與工作人員在最近的距離范圍內(nèi)共同進(jìn)行作業(yè)。通過(guò)植入一個(gè)安全機(jī)制便能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)機(jī)器人在遇到障礙時(shí)立即止住。Dynamic Group 集團(tuán)公司的經(jīng)理介紹說(shuō)：“我們的工作人員與機(jī)器人攜手工作，人與機(jī)器人之間不需要設(shè)置安全圍欄。這對(duì)我們來(lái)說(shuō)意味著，能夠在機(jī)器人的生產(chǎn)作業(yè)中節(jié)省必要的生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)成本。此外，也能夠節(jié)省廠房的使用面積。我們能夠在一個(gè)明顯更小的周轉(zhuǎn)面積內(nèi)設(shè)置更多的自動(dòng)化裝置。”

Dynamic Group集團(tuán)公司使用的UR3、UR5、UR10這三種類型的通用機(jī)器人均采用了一種專利技術(shù)，以檢測(cè)機(jī)器人臂關(guān)節(jié)鉸鏈里的電流，同時(shí)借助于檢測(cè)來(lái)確定機(jī)器人臂的力和動(dòng)作。當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人臂關(guān)節(jié)鉸鏈內(nèi)的力超出極限值時(shí)，機(jī)械臂便會(huì)自動(dòng)止住。不同型號(hào)的通用機(jī)器人最大能夠?qū)⒆饔昧档?50?N。

圖5  Dynamic Group集團(tuán)公司的所有權(quán)合伙人兼CEO Joe McGillivray正在用一個(gè)直觀的觸摸屏對(duì)一臺(tái)UR 10通用機(jī)器人進(jìn)行程序化

Dynamic Group集團(tuán)公司的CEO Joe McGillivray補(bǔ)充道：“我曾經(jīng)想要知道機(jī)器人的安全系統(tǒng)能夠怎樣有效地發(fā)揮功能， 當(dāng)通用機(jī)器人的銷售伙伴Braas公司首次介紹，使我們了解到這種機(jī)器人時(shí)，我想讓他們?cè)试S我觸摸機(jī)器人。他們編寫(xiě)了一個(gè)程序，使我能夠在機(jī)器人來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)阻止機(jī)器人。 在阻止機(jī)器人擺動(dòng)時(shí)，我一點(diǎn)兒也沒(méi)有感到吃力，機(jī)器人準(zhǔn)確地在我期待它止住的位置停下了。”

當(dāng)機(jī)器人通過(guò)安全機(jī)制停下后，不需要程序員或工程師的幫助，操作人員只需要按動(dòng)觸摸屏上的第二個(gè)按鈕，便可重新啟動(dòng)機(jī)器人。Dynamic Group集團(tuán)公司的CEO Joe McGillivray說(shuō)：“與通常的工業(yè)機(jī)器人相比，工作人員只需經(jīng)過(guò)最短的培訓(xùn)，便能調(diào)整和操縱機(jī)器人，使之實(shí)現(xiàn)良好地運(yùn)行。”

機(jī)器人取代單純的體力作業(yè)，并且能夠節(jié)省更多的作業(yè)空間

在Dynamic Group集團(tuán)公司，過(guò)去工作人員從事的勞動(dòng)任務(wù)現(xiàn)在廣泛地由機(jī)器人替代完成，但是機(jī)器人并沒(méi)有掠走工人的工作崗位。過(guò)去該集團(tuán)公司一名從事注塑手工作業(yè)的工人說(shuō)：“我們想要更好地發(fā)揮現(xiàn)有勞動(dòng)力的能力，而不同于過(guò)去只是單純地作為勞動(dòng)力使用，現(xiàn)在，我們想要充分發(fā)揮作為工人的創(chuàng)造力。”如今，這名工人只負(fù)責(zé)指導(dǎo)工作人員如何與機(jī)器人相處的培訓(xùn)業(yè)務(wù)。他又說(shuō)：“在作業(yè)中，通用機(jī)器人對(duì)我們作業(yè)人員的工作起到輔助作用。我們減少了每個(gè)作業(yè)部分所需的勞動(dòng)力，這樣便能夠給工作人員分配更有技術(shù)含量的工作任務(wù)。”

如今，Joe McGillivray以及他的團(tuán)隊(duì)正在為在其企業(yè)的生產(chǎn)中，如何進(jìn)一步實(shí)施機(jī)器人作業(yè)而努力。他們下一步的任務(wù)是：直接在注塑機(jī)上安裝較小型人-機(jī)器人-合作的臺(tái)式通用機(jī)器人，即UR3型機(jī)器人。Joe McGillivray說(shuō)：“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，相對(duì)容易做到的是實(shí)現(xiàn)連接通用機(jī)器人的數(shù)量并使每部機(jī)器人具有良好的可接近性。隨著能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換工具，我們將能夠?qū)崿F(xiàn)使用機(jī)器人完成更多加工工件數(shù)量大幅度浮動(dòng)的注塑作業(yè)。我們計(jì)劃為機(jī)器人臂集成一個(gè)照明結(jié)構(gòu)裝置，借此我們便能夠?qū)⒓庸さ墓ぜ糜诜糯箸R下進(jìn)行檢測(cè)。我們現(xiàn)在非常期待這項(xiàng)應(yīng)用的實(shí)施。”