廢品率從兩位數下降到接近於零——協作機器人解決流水線生產難題
摘要
一家電子產品製造商最初廢品率達到兩位數，在使用協作機器人以後，廢品率下降到接近於零，生產效率幾乎提高了5倍。
使用機器人技術，幫助電子產品製造商將廢品率降低到接近為零的水平，並將生產率提高近5倍。Creating Revolutions公司為酒店行業提供客戶服務尋呼系統。曲棍球大小的通信盤被設計為通過智能手機無線連接來賓和服務員。組裝通信盤，是一項複雜的任務，需要準確性和重複性。
「問題是，工人很難以完全相同的方式，一遍又一遍的高效地重複一個特定過程。」Einar Rosenberg說道,他是Creating Revolutions公司的首席執行官。Rosenberg正在尋找一種既能滿足質量又能滿足數量需求的自動化解決方案。
「這兩個元素總是互相競爭。我們考察了大約40個不同的機器人公司，它們中的大多數並沒有一個很好的編程方法；機器人對環境要求太高；或者那些機器人太大或太粗糙。」Rosenberg說，比較之後他選擇了Universal Robots公司的UR3協作機器人來完成他的研究。
與人的協作
由於內置的安全系統，使得機器人手臂在遇到路線中的物體或人員時會自動停止工作，這種機器人被歸類為協作機器人。這一特性使人類和機器人能夠並肩工作，而不需要傳統工業機器人通常所必需的圍欄。
「我們需要人類給機器人進料。機器人的安全特性實際上簡化了很多，因此我們感覺最有價值的資產——不是機器人而是人——變得更加安全了。」Rosenberg說。
按小時付費機器人
經過Universal Robots認證的系統集成商Hirebotics公司將這種機器人集成到了Creating Revolutions公司的裝配線上。該系統可讓像Creating Revolutions這樣的初創公司在不花費前期資本支出的情況下、按小時租用協作機器人。「我們是一個初創企業，所以我們買不起一個非常昂貴的機器人。」Rosenberg說，「傳統機器人及其內部設置的複雜性和高昂費用令人望而卻步，而現在我們正在改變這一切。」
完美捻塗硅膠
機器人需要處理兩個循環：首先，機器人逐行檢查鋁殼部件在托盤上是否正確排列。然後機器人拾取零件，放入夾具，拾取硅膠注射器並且排列硅樹脂在機殼內側邊緣。放下注射器，機器人挑選丙烯酸圓盤，並將其放置在硅樹脂上。
「然後機器人執行的過程，我們稱之為 『扭曲』，因為我們發現，無論怎麼做，塗抹的硅膠從來都沒有達到一個完美的圓圈。為了實現均勻的塗抹，機器人使用一個吸入裝置來壓下和扭轉丙烯酸盤，從而在把組裝好的部件放回托盤之前將硅樹脂塗抹的更完美。 」 Rosenberg介紹道。
效率提升5倍
該機器人預先設定的另一個循環是鑽孔和焊接過程。該機器人從分配器中取出一個帶銅基的圓盤，並將其放入一個光學激光感測器中，使其對準光碟，然後將該磁碟放入一個固定架中，通過關閉兩個夾具將其夾持住。
「下一步就是機器人從皮帶上抓取鑽頭，然後是啄鑽過程，因為如果你持續用力，丙烯酸就會粉碎。該機器人足夠靈敏，使其可以快速彈起，直到鑽出一個完美的洞。」 Rosenberg說。
在鑽孔完成後，機器人將鑽頭放回皮帶，並釋放其中一個夾具，形成一個開放區域，在該區域內可以使用自動焊錫機的烙鐵。
回到皮帶上，機器人抓取焊槍，在銅上以及鑽孔的周圍放置三處焊料。一旦該步驟完成，機器人通過釋放壓縮空氣，將產生的碎片沖開，鬆開第二鉗，然後抓住光碟，並把其放置到存放完成產品的容器中。據Rosenberg說，採用協作機器人後預焊的效率提高了近5倍。
UR3 機器人可通過直觀的觸摸屏介面進行編程。
機器人: 協作的「第三隻手」
在使用機器人之前，手工焊接過程確實需要操作員有「第三隻手」。「由於這些板的存在，必須鉗住電線，因為人類必須手持焊接針和焊錫絲。現在，機器人將焊料放在你應該焊接這些電線的位置。」Rosenberg說。由於無須手持焊錫絲，因此工人就能夠拿著光碟，握住電線，而不是一個鉗子；然後焊接就簡單了。機器人使它更清潔，大家用起來也更容易；這是一種真正的協作方式。
快速機器人集成
從Creating Revolutions公司第一次接觸 Hirebotics到訂購這些機器人，只用了幾個星期的時間。然後就進入到安裝和編程。Hirebotics公司的聯合創始人Matt Bush解釋說，快速部署勢在必行。協作機器人在這方面可以提供幫助，因為它們通常不需要額外的安全圍欄來執行任務。
「當我們抵達客戶現場時，我們可以很快調整機器人。我們可以抓住機器人手臂，把它放到自由驅動模式，並通過物理移動使其按照我們希望它運行的路徑來運行這種方式來『教它』，而不必通過對數以百計的路徑點進行編程來實現。」Bush說。
對現有程序的修改也很簡單。Rosenberg說，「我們需要從兩個鑽取過程轉變為一個鑽取過程。 Hirebotics公司將修改後的軟體發給我們，我們把它拷貝到USB，並上傳到機器人；然後『嗖』的一下，修復就完成了。只需要一兩個小時就可以完成代碼。一天之內，我們就可以完全改變機器人的運行方式。 」
企業用戶可以直接通過智能手機，實時接收機器人的生產數據。
機器人監控APP
Hirebotics公司還提供了一個智能手機界面，旨在讓客戶監控機器人的性能，並獲得持續的技術支持。性能數據是在事件發生時，從機器人發出的，可以通過 Hirebotics 移動應用程序實時監測圖表，從而快速獲得準確的生產數字。網路攝像頭可以顯示生產線上的情況，允許客戶和 Hirebotics公司隨時監視生產活動。在過程中增加移動可見性，是工業4.0 的信條之一。
「通過收集機器人在一定時間內所生產的單位數量的詳細信息，結合其它數據，就可以對我們的生產需求做出真實、準確的預測，例如需要多少人，以及為了將生產保持在最優水平，我們需要專註於什麼。」Rosenberg說。
Hirebotics 還能實時監測機器人以防止出現任何故障。「我們可以實時地了解，在世界的任何地方，機器人正在加工哪個光碟，正在進行什麼過程或步驟。」 Rosenberg說，調用雲連接是工業4.0的一個重要組成部分。
他說：「我們的很多客戶都是中小型的生產製造商，例如像Creating Revolutions一樣的初創企業。它們可能沒有像很多大型的原始設備製造商(OEM)那樣大規模的集成工廠。」
「這是他們第一次真正真正理解，從機器中獲取的數據有多麼強大。我們的一些客戶過去經常定期做時間研究，因為他們的客戶需要它。既然他們引入了雲連接的機器人，他們就不再需要做研究，因為他們非常清楚的知道，每一秒鐘機器人在生產什麼。」Rosenberg說。
最初，員工對機器人同事的到來感到焦慮，現在員工則把 UR3 看成是團隊的一員。
機器人增加就業機會
最初，員工對與機器人共享工廠空間的想法感到不滿。「但是當機器人部署完畢,他們就開始意識到,那些單調乏味，或需要一定靈活性的工作需要由機器人新同事完成,因為人無法持續保持完美的工作狀態，現在機器人已經被視為團隊的一部分。」Rosenberg說，「我們甚至增加新工作崗位，以便跟上由於部署機器人而帶來的產量增加。實際情況是，過去在國外進行生產成本更低，但如果同時考慮減稅、降低航運成本以及使用機器人，那就可以讓我們在美國創造新的就業機會。」
下班後的輔助工作
除了在白天與人類工作者並肩工作之外，晚上工人下班回家後，機器人還會繼續工作數小時，為第二天下一步裝配工作準備零件。
「很多年以來，由於完全自動化是資本密集型的，很多公司都避免實現完全的自動化。但是，通過按小時租用機器人，企業只需要按實際工作時間支付費用。這樣以來，不同規模的公司都能負擔得起協作機器人的成本，從而使其生產過程可以實現更多地自動化。」Bush說。他們的雲連接解決方案，使客戶可以安心的離開現場，只需要機器人待在現場就可以了。
Rosenberg提到的最近一個事件是：機器人使用錯誤的組件開始了錯誤的組裝過程。「我們通過機器人上安裝的高清攝像頭監視到現場工況，經過分析認為不需要派任何人到工廠；可以讓機器人自行停止運行，第二天我們再去清理混亂的現場。在任何其他情況下，如果我們相信這樣的機器人，我們將不會在沒有人類監控的情況下運行它。」
由機器人執行的裝配生產線，已成為Creating Revolutions公司的一個巨大的銷售亮點。「當客戶來到這裡，看到機器人，他們意識到機器人可以保證質量和精度。由於我們還不是一個成熟的公司，他們想確認他們即將使用的產品不會失敗。」Rosenberg說，「機器人向他們展示了強大功能，從而大大支持了我們的銷售。」
構建雲基礎設施
Hirebotics 使用 TCP/IP 連接雲基礎設施，公司利用這些設施來監控現場機器人。Hirebotics 還使用了雲連接器來實現其它服務，如照相機或客戶的設備。
「通信協議是任何機器構建的重要組成部分，確定包括哪些是至關重要的，不僅是當前的體系結構，而且還包括未來的任何升級或擴展。」Bush說。這種設置使 Hirebotics 可以實施更多的控制，從而可以在無需更新機器人操作或程序的情況下，改變它們使用設備的方式,。」
利用標準的體系結構，如 TCP/IP 套接字通信或 XML遠程過程調用 (RPC)，為我們提供了一個經過良好測試和穩定框架的大型庫以供我們選擇，以及快速擴展現場機器人功能的能力。然後，我們就可以在以前安裝的機器人上使用它，並在現場快速提供增強的功能或監控.」Bush強調說。儘管協作機器人一直被宣傳為用戶友好，具有非常直觀的觸摸屏界面，但它其實還有可能更深入系統中，並使用高級腳本功能。
「我們編程的方式和我們能夠在核心機器人上編寫應用程序編程介面（API）層的方式，允許我們非常快速地從設計、推進到編程，並投入到生產。我們已經編寫了應用到機器人上的API，在程序中，我們不斷參考雲基礎設施。」 Bush說，「我們甚至能夠利用機器人的實時數據流，這就是我們獲得實時診斷的方法。我們能夠連續地向雲發送診斷數據包，每隔3到5秒發送一次，並且因為有了這些來自於機器人內置的實時數據反饋信息，我們可以完成所有這些工作。」
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本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China）2018年5月刊《聚焦機器人自動化》欄目，原標題為：協作機器人解決流水線生產難題
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