看看自動(dòng)化機(jī)器人在包裝業(yè)中能起多大作用
工業(yè)用機(jī)器人通常都是從事一些重復(fù)性甚至是危險(xiǎn)性的工作。但是隨著機(jī)器人變得越來(lái)越有效率，成本越來(lái)越低，今天的包裝業(yè)已越來(lái)越依賴于自動(dòng)機(jī)器人的靈活性和可靠性來(lái)完成以前由傳統(tǒng)設(shè)備所進(jìn)行的工作。
看一下相關(guān)的數(shù)據(jù)，機(jī)器人(特別是包裝機(jī)器人)正獲得飛速的發(fā)展。來(lái)自美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：與2003 年相比，2004 年應(yīng)用于包裝和碼垛領(lǐng)域的機(jī)器人數(shù)量增加了50%，而整個(gè)機(jī)器人行業(yè)的增長(zhǎng)率只有20%。
“包裝商對(duì)靈活性和快速產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的要求很高。”美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)的市場(chǎng)與公關(guān)副總裁Jeff Burnstein 解釋說(shuō)：“隨著越來(lái)越多的機(jī)器人在這些領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，終端用戶們看到了效果，他們希望能再多安裝一些。”
“我們看到機(jī)器人市場(chǎng)正在飛速地發(fā)展，其增長(zhǎng)曲線是陡直的曲棍球棒形狀。”LangenPackaging 公司總裁StuartCooper 說(shuō)：“在過(guò)去的幾年中，我們大約有三分之一的業(yè)務(wù)已由傳統(tǒng)的設(shè)備轉(zhuǎn)向了自動(dòng)機(jī)器人。”
可能機(jī)器人能獲得迅速應(yīng)用的原因是它們的靈活性。包裝加工商需要應(yīng)付來(lái)自客戶的各種各樣的產(chǎn)品需求，而與傳統(tǒng)的包裝設(shè)備相比，機(jī)器人可以更容易地處理不同尺寸、不同形狀的產(chǎn)品。例如，在一條可能使用兩種不同尺寸包裝袋的薯片生產(chǎn)線上，只需簡(jiǎn)單地調(diào)整一下夾取單元和設(shè)置程序，就可以用同一臺(tái)機(jī)器人來(lái)完成包裝生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的包裝設(shè)備可能需要進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換過(guò)程，才能完成任務(wù)。
“首要的一點(diǎn)是，終端用戶希望通過(guò)靈活性來(lái)滿足其客戶的各種要求，”Fanuc Robotics 公司碼垛與包裝部的工程經(jīng)理L.P.Musunur 說(shuō)：“同一臺(tái)機(jī)器人可以非常靈活地處理包裝袋、糖果及其他各種不同的產(chǎn)品，用戶為獲得這種靈活性所需付出的成本是可以接受的。”
“越來(lái)越多的消費(fèi)品是以混裝形式銷售的，特別是個(gè)人護(hù)理品和電子消費(fèi)品更是這樣，這種情況對(duì)機(jī)器人的推廣應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用。”AdeptTechnology 公司副總裁Tim DeRosett 表示：“在過(guò)去，你可能會(huì)持續(xù)幾個(gè)星期或幾個(gè)月的用一條生產(chǎn)線生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，然后才會(huì)轉(zhuǎn)而生產(chǎn)別的產(chǎn)品。但現(xiàn)在需要轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的時(shí)間已縮短到了幾天，甚至只有幾個(gè)小時(shí)。有了非常靈活的機(jī)器人，這種轉(zhuǎn)換就變得十分容易了，通常只需要對(duì)工具和軟件進(jìn)行微小的調(diào)整即可。機(jī)器人仍然進(jìn)行相同的基本操作。”
用戶可能會(huì)對(duì)碼垛尺寸之類的提出自己的特定要求，這個(gè)時(shí)候機(jī)器人的靈活性就可以派上用場(chǎng)了。例如，雖然大多數(shù)飲料企業(yè)都使用36 英寸×36 英寸的貨盤，但沃爾瑪卻以48 英寸×48英寸作為貨盤的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，這通常都會(huì)在物流中心對(duì)商品進(jìn)行重新碼垛。
可重新配置的資產(chǎn)
“對(duì)于那些擁有傳統(tǒng)碼垛設(shè)備的用戶來(lái)說(shuō)，靈活性正成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@些設(shè)備只能適用一種尺寸的貨盤。”AIDCO International 公司總裁Sal Khan 說(shuō)：“當(dāng)他們考慮采用機(jī)器人時(shí)，他們必須確信這些機(jī)器人具有一致性、靈活性和所需要的吞吐量。”
“這些用戶考慮機(jī)器人的原因是把它看作是一項(xiàng)可以重新配置的資產(chǎn)。”Cooper 接著又說(shuō)：
“他們可以用同一臺(tái)機(jī)器人處理兩或三種不同的產(chǎn)品，然后可以把這臺(tái)機(jī)器人再安排到其他的生產(chǎn)線上。”
方便的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換能力部分要?dú)w功于機(jī)器人設(shè)置軟件的快速發(fā)展。今天的機(jī)器人可以非常迅速地重新設(shè)置，不需要過(guò)多的編程方面的知識(shí)。
今天的機(jī)器人軟件的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是使用了離線設(shè)置和虛擬功能。一個(gè)通常需要機(jī)器人花30～40 個(gè)小時(shí)“學(xué)習(xí)”的過(guò)程現(xiàn)在可以被離線“傳授”，然后再被集成到系統(tǒng)中，這樣停機(jī)的時(shí)間可以盡可能的短。
虛擬功能早已應(yīng)用了一段時(shí)間，但現(xiàn)在我們可以提供設(shè)備其他部件的模型，這樣用戶就可以進(jìn)行重新設(shè)置，并可通過(guò)模版自動(dòng)地創(chuàng)建處理過(guò)程。”Mo-toman 的高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)Carl Traynor說(shuō)：“如果你的碼垛機(jī)器人在一個(gè)小時(shí)內(nèi)需要進(jìn)行過(guò)多的拾取動(dòng)作，你可以通過(guò)這種功能來(lái)驗(yàn)證一下，然后可能會(huì)發(fā)現(xiàn)你需要改變一下碼垛模式。虛擬功能可以把機(jī)器人所要進(jìn)行的操作非常精確地模擬出來(lái)。”
機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)
機(jī)器人所具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是最新的視覺(jué)技術(shù)。帶有視覺(jué)功能的機(jī)器人可以“看到”所要拾取物體的形狀或方向，并根據(jù)看到的結(jié)果改變自己的動(dòng)作，例如，在物體被包裝前將其放在正確的位置。視覺(jué)技術(shù)也使得機(jī)器人更加容易地學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的產(chǎn)品，另外還可以被用于檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量。
“如果你添加了視覺(jué)系統(tǒng)，你就會(huì)預(yù)先知道需要混裝的是什么樣的產(chǎn)品，然后你就能夠作好計(jì)劃，并訓(xùn)練視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)識(shí)別這些產(chǎn)品。”DeRosett 解釋說(shuō)：“這樣，機(jī)器人就可以識(shí)別出一個(gè)新的產(chǎn)品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。但即使不能提前知道產(chǎn)品的混裝形式，你仍可以很靈活迅速地適應(yīng)不同的產(chǎn)品。”
采用一臺(tái)帶有視覺(jué)功能的單步機(jī)器人可以消除傳統(tǒng)應(yīng)用中的多個(gè)步驟。例如，如果用戶所要處理的是袋裝的冷凍食品，它可能會(huì)使用一種傳統(tǒng)的包裝系統(tǒng)來(lái)將其放入到包裝盒中。但是如果這種包裝要求內(nèi)裝食品具有一定的方向，那么一臺(tái)機(jī)器人就可以識(shí)別出傳送帶上袋裝食品的方向，然后拾起它，并按正確的方向放入到包裝盒中。
“帶有視覺(jué)跟蹤功能的機(jī)器人可以隨時(shí)知道某個(gè)產(chǎn)品的位置。”Musunur 說(shuō)：“機(jī)器人看到這個(gè)物體，得到它的方向，然后從移動(dòng)的傳送帶上拾起它。這具有無(wú)與倫比的靈活性，同時(shí)又沒(méi)有傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備那樣的限制。”
一個(gè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器之問(wèn)的連接。雖然大多數(shù)的視覺(jué)系統(tǒng)可以提供關(guān)于物體位置之類的細(xì)節(jié)信息，但視覺(jué)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制器之間的緊密連接是達(dá)到0.04精確度的關(guān)鍵。
“過(guò)去這種視覺(jué)系統(tǒng)通常是集成的，但最近你可以發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)的PC 中運(yùn)行的視覺(jué)系統(tǒng)。”DeRosett 說(shuō)：“無(wú)論它是集成的還是單獨(dú)的，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵元素是將各個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合在一起的校準(zhǔn)程序。因?yàn)闆](méi)有已證明的和易于使用的校準(zhǔn)工具，人們花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢來(lái)試圖得到從視覺(jué)系統(tǒng)到機(jī)器人控制器的可靠數(shù)據(jù)。”
機(jī)器人的設(shè)計(jì)技術(shù)仍然在不斷發(fā)展。例如，有些系統(tǒng)甚至只用一個(gè)相機(jī)來(lái)為幾臺(tái)不同的機(jī)器人提供數(shù)據(jù)。譯碼器的分辨力也在提高，另外隨著制造商利用更好的軟件來(lái)提升相應(yīng)的技術(shù)，導(dǎo)致機(jī)器人的誤差也越來(lái)越小了。
“軟件和硬件中的許多先進(jìn)技術(shù)幫助我們能夠命令機(jī)器人移動(dòng)到更精確的位置，而后者正是包裝領(lǐng)域中所需要的。”DeRosett 說(shuō)：“對(duì)于小的物品來(lái)說(shuō)，這種精確性是十分重要的。例如醫(yī)療用品和消費(fèi)電子產(chǎn)品常常需要先被組裝起來(lái)，然后再由同一條生產(chǎn)線上的下游設(shè)備進(jìn)行包裝。”包裝機(jī)器人的另一個(gè)賣點(diǎn)是可靠。因?yàn)樗鼈儾捎昧怂欧姍C(jī)，而不是鏈條和齒輪。今天的機(jī)器人的無(wú)故障時(shí)間可達(dá)60，000 多個(gè)小時(shí)，并且在運(yùn)用了40，000 個(gè)小時(shí)之后才需要進(jìn)行第一次保養(yǎng)。
另外推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也是速度的要求，盡管有人認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了許多應(yīng)用的極限。
“有些人曾說(shuō)過(guò)，用一個(gè)機(jī)器人達(dá)到每分鐘100 多次的拾取速度。”Traynor 說(shuō)：“但對(duì)于像小餅干這樣的物晶所具有慣性來(lái)說(shuō)，如果你移動(dòng)得那么快的話，你肯定會(huì)把它扔得滿屋子都是。現(xiàn)在你可以用幾臺(tái)機(jī)器人來(lái)達(dá)到更快的速度，并且還具有更高的靈活性和可靠性。”
“最終，它是具有最高速度的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)。”GSMA Systems 公司的副總裁兼總經(jīng)理Mark Senti說(shuō)：“機(jī)器人可以以一種精確控制和平滑的運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到較高的速度，從而發(fā)揮作用。”
機(jī)器人訓(xùn)練
隨著機(jī)器人變得越來(lái)越易于使用(因?yàn)橛谢赪indows CE 操作系統(tǒng)的控制器和直觀的圖形用戶界面GUI)，它們?nèi)匀恍枰欢康模A(yù)先和及時(shí)的訓(xùn)練。
它們很容易使用，也很容易維護(hù)。”Cooper 說(shuō)：“但是公司必須要負(fù)責(zé)訓(xùn)練，這樣其工程人員才會(huì)明白細(xì)微的差別。這是一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，但不是很難。”
人們?cè)絹?lái)越關(guān)心工廠員工維護(hù)這樣的機(jī)器人系統(tǒng)的能力，因?yàn)樗葯C(jī)器系統(tǒng)具有更多的程序。”Cooper 表示：“你必須要訓(xùn)練他們，以便讓這樣的設(shè)備發(fā)揮作用，并要看到它們的成本及收益。”
大多數(shù)機(jī)器人的成本在100，000 美元左右。對(duì)于上面所有這些收益來(lái)說(shuō)，機(jī)器人正變成得越來(lái)越有價(jià)值，根據(jù)聯(lián)合國(guó)2004 年全球機(jī)器人報(bào)告，自1990 年以來(lái)，人工勞動(dòng)力的價(jià)格指數(shù)上升了50%，而機(jī)器人的成本在同一時(shí)間卻下降了80%。
“一般來(lái)說(shuō)，每家公司開(kāi)始時(shí)的目標(biāo)都是要保持贏利，并能為用戶提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品，這其實(shí)是一個(gè)矛盾。”Musunur 說(shuō)：“我們也試圖通過(guò)降低包裝成本來(lái)解決這個(gè)矛盾，而機(jī)器人提供了很好的解決方案。”
比價(jià)格更值得關(guān)心的是投資所帶來(lái)的回報(bào)。隨著機(jī)器人的價(jià)格一直在下降，計(jì)算回報(bào)的過(guò)程就變得越來(lái)越讓人愜意了。
“坦白地說(shuō)，在今天的期望下，很難賣出一個(gè)需18 個(gè)月才能得到回報(bào)的項(xiàng)目。這個(gè)回報(bào)期必須要在一年之內(nèi)，但我們正逐漸接近這個(gè)目標(biāo)。”
“一個(gè)很大的好處是你可以對(duì)具有標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格和一定功能的系統(tǒng)進(jìn)行定制。”Senti 補(bǔ)充說(shuō)：“解決方案可以是一臺(tái)帶有單一工具和簡(jiǎn)易防護(hù)的簡(jiǎn)單機(jī)器人，或者是帶有觸摸屏界面的機(jī)器人。我們看到的投資回報(bào)周期可以是從六個(gè)月到兩年。”
因此，在傳統(tǒng)包裝設(shè)備與自動(dòng)包裝機(jī)器人之間的戰(zhàn)斗中，誰(shuí)才是真正的贏家?與機(jī)器人相比，傳統(tǒng)的設(shè)備仍然具有很大的市場(chǎng)份額，但是機(jī)器人正在迅速地?cái)U(kuò)張，有的時(shí)候它們正被集成到傳統(tǒng)的設(shè)備里。
“有了可以處理任何類型貨盤的機(jī)器人，你可以做得更多。”Sal Khan 說(shuō)，“在我們現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了一臺(tái)半自動(dòng)機(jī)器，它可以很靈活地處理36 英寸到48 英寸的貨盤，所以當(dāng)客戶必須要處理不同類型的貨盤時(shí)，這臺(tái)機(jī)器就能足夠靈活地完成任務(wù)。”
與傳統(tǒng)設(shè)備相比，機(jī)器人在處理特別重的物體上具有特別的優(yōu)勢(shì)。
我們有家客戶的業(yè)務(wù)是生產(chǎn)240 磅重的烤肉，并把它放到包裝容器里面去。”FLEXiCELLRobotic Solutions 公司市場(chǎng)與銷售副總裁Hans Schouten 說(shuō)：“一臺(tái)六軸機(jī)器人就具有把許多不同的物品放人到容器的能力，加上一個(gè)重物提升單元，機(jī)器人是很好的解決方案，特別是當(dāng)處理速度也需要考慮的時(shí)候。”
“現(xiàn)在機(jī)器人與傳統(tǒng)設(shè)備之間界限有點(diǎn)模糊了。”AIDCO 公司市場(chǎng)副總裁Olivia Khan 解釋說(shuō)：“我們考慮拾取－放置機(jī)器人時(shí)，它們看起來(lái)并不像是機(jī)器人，只是一臺(tái)正常的機(jī)器而已。我想隨著將傳統(tǒng)設(shè)備升級(jí)成半自動(dòng)設(shè)備，這個(gè)界限還會(huì)進(jìn)一步模糊。”
但是機(jī)器人仍然也有障礙需要克服。例如，有幾家公司正在強(qiáng)調(diào)衛(wèi)生的食品級(jí)機(jī)器人的問(wèn)題。用戶也總是期望機(jī)器人具有更好的靈活性和易用性。
但是盡管目前的技術(shù)已比較穩(wěn)定，許多人認(rèn)為機(jī)器人在包裝領(lǐng)域仍未得到充分利用。“機(jī)器人所面臨的挑戰(zhàn)是遇到那些知道如何整合它們并能看到成本所帶來(lái)的回報(bào)的人。”Senti說(shuō)：“這種設(shè)備是如此的可靠以致于你實(shí)際上能簡(jiǎn)化整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。”
“有了機(jī)器人，你可以做更多的事情，但是我們需要看到那些沒(méi)有發(fā)揮到最大效率的地方。”Cooper 說(shuō)：“機(jī)器人不僅僅只是可以把物品放入到盒子中這么簡(jiǎn)單，它還可以做更多的事，終端用戶應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。”
機(jī)器人所帶來(lái)的甜蜜
當(dāng)全球最大的糖果藤生產(chǎn)商在1989 年購(gòu)買了第一臺(tái)包裝機(jī)器人時(shí)，他們一定很喜歡它。公司目前已擁有32 臺(tái)機(jī)器人來(lái)包裝這種糖果。
美國(guó)俄亥俄州Bryan 市的Spangler 糖果公司生產(chǎn)的糖果產(chǎn)品，包括從Dum－Dum 棒棒糖到Circus Peanuts 糖到Saf－T 糖，另外還有糖果藤。該公司采用帶有視覺(jué)導(dǎo)引功能的機(jī)器人來(lái)檢查和拾取每一塊糖，并把它正確地放置到包裝盒中。
“我們一直在尋找各種不同的方式來(lái)應(yīng)用機(jī)器人。”Spangler 的生產(chǎn)工程師David Bauer 說(shuō)：“這曾經(jīng)是一個(gè)不尋常的項(xiàng)目，因?yàn)樗且环N重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)，而我們可以把糖果以一種統(tǒng)一的方式傳送給機(jī)器人。”
Spangler 公司所用的Adept 機(jī)器人會(huì)為每一個(gè)糖果藤拍一張照片，檢查它們的長(zhǎng)度和彎曲程度是否正確。然后就會(huì)把通過(guò)檢查的產(chǎn)品拾取起來(lái)，而不合格的糖果藤會(huì)被忽略掉，直接被送往生產(chǎn)線末端的回收器中。
按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，購(gòu)于1989 年的第一臺(tái)機(jī)器人是很簡(jiǎn)單的，它帶有一個(gè)20M 的硬盤，內(nèi)有用Fortran 和BASIC 兩種語(yǔ)言混合編譯的程序代碼。“每件事情都必須通過(guò)可靠的代碼來(lái)完成。”Bauer 說(shuō)：“我請(qǐng)Adept 公司的應(yīng)用工程師們編寫了這些代碼，因?yàn)樗且环N保證。”“現(xiàn)在所有的系統(tǒng)都是基于win-dows 的，非常簡(jiǎn)單，就像做填空題一樣。”他補(bǔ)充說(shuō)：“在Adept 的Motion Ware 軟件中有大量的程序代碼，這給予了我們非常好的靈活性和控制能力，現(xiàn)在我可以自己來(lái)完成所有工作。”
雖然機(jī)器人在糖果藤這種產(chǎn)品上的應(yīng)用情況很好，但還是不太適用于其他的糖果產(chǎn)品，后者是通過(guò)傳統(tǒng)的包裝設(shè)備裝在大的散裝袋中。但是根據(jù)Bauer 的看法，機(jī)器人非常適用于連續(xù)包裝生產(chǎn)線這樣的場(chǎng)合。
對(duì)于其他正在考慮購(gòu)買機(jī)器人的包裝商，Bauer 的建議是機(jī)器人必須要適合應(yīng)用場(chǎng)合的需要。“當(dāng)我考慮選擇機(jī)器人的時(shí)候，我會(huì)仔細(xì)研究應(yīng)用場(chǎng)合，看看機(jī)器人是否是最好的方法。”Bauer 說(shuō)：“以我們公司為例(很多其他的公司也是類似的情況)，回報(bào)是看它是否節(jié)省了勞動(dòng)力，以及能節(jié)省多少。另外你還必須有合適的系統(tǒng)集成人員，以確保它能正常地工作。”
看一下相關(guān)的數(shù)據(jù)，機(jī)器人(特別是包裝機(jī)器人)正獲得飛速的發(fā)展。來(lái)自美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：與2003 年相比，2004 年應(yīng)用于包裝和碼垛領(lǐng)域的機(jī)器人數(shù)量增加了50%，而整個(gè)機(jī)器人行業(yè)的增長(zhǎng)率只有20%。
“包裝商對(duì)靈活性和快速產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的要求很高。”美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)的市場(chǎng)與公關(guān)副總裁Jeff Burnstein 解釋說(shuō)：“隨著越來(lái)越多的機(jī)器人在這些領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，終端用戶們看到了效果，他們希望能再多安裝一些。”
“我們看到機(jī)器人市場(chǎng)正在飛速地發(fā)展，其增長(zhǎng)曲線是陡直的曲棍球棒形狀。”LangenPackaging 公司總裁StuartCooper 說(shuō)：“在過(guò)去的幾年中，我們大約有三分之一的業(yè)務(wù)已由傳統(tǒng)的設(shè)備轉(zhuǎn)向了自動(dòng)機(jī)器人。”
可能機(jī)器人能獲得迅速應(yīng)用的原因是它們的靈活性。包裝加工商需要應(yīng)付來(lái)自客戶的各種各樣的產(chǎn)品需求，而與傳統(tǒng)的包裝設(shè)備相比，機(jī)器人可以更容易地處理不同尺寸、不同形狀的產(chǎn)品。例如，在一條可能使用兩種不同尺寸包裝袋的薯片生產(chǎn)線上，只需簡(jiǎn)單地調(diào)整一下夾取單元和設(shè)置程序，就可以用同一臺(tái)機(jī)器人來(lái)完成包裝生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的包裝設(shè)備可能需要進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換過(guò)程，才能完成任務(wù)。
“首要的一點(diǎn)是，終端用戶希望通過(guò)靈活性來(lái)滿足其客戶的各種要求，”Fanuc Robotics 公司碼垛與包裝部的工程經(jīng)理L.P.Musunur 說(shuō)：“同一臺(tái)機(jī)器人可以非常靈活地處理包裝袋、糖果及其他各種不同的產(chǎn)品，用戶為獲得這種靈活性所需付出的成本是可以接受的。”
“越來(lái)越多的消費(fèi)品是以混裝形式銷售的，特別是個(gè)人護(hù)理品和電子消費(fèi)品更是這樣，這種情況對(duì)機(jī)器人的推廣應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用。”AdeptTechnology 公司副總裁Tim DeRosett 表示：“在過(guò)去，你可能會(huì)持續(xù)幾個(gè)星期或幾個(gè)月的用一條生產(chǎn)線生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，然后才會(huì)轉(zhuǎn)而生產(chǎn)別的產(chǎn)品。但現(xiàn)在需要轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的時(shí)間已縮短到了幾天，甚至只有幾個(gè)小時(shí)。有了非常靈活的機(jī)器人，這種轉(zhuǎn)換就變得十分容易了，通常只需要對(duì)工具和軟件進(jìn)行微小的調(diào)整即可。機(jī)器人仍然進(jìn)行相同的基本操作。”
用戶可能會(huì)對(duì)碼垛尺寸之類的提出自己的特定要求，這個(gè)時(shí)候機(jī)器人的靈活性就可以派上用場(chǎng)了。例如，雖然大多數(shù)飲料企業(yè)都使用36 英寸×36 英寸的貨盤，但沃爾瑪卻以48 英寸×48英寸作為貨盤的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，這通常都會(huì)在物流中心對(duì)商品進(jìn)行重新碼垛。
可重新配置的資產(chǎn)
“對(duì)于那些擁有傳統(tǒng)碼垛設(shè)備的用戶來(lái)說(shuō)，靈活性正成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@些設(shè)備只能適用一種尺寸的貨盤。”AIDCO International 公司總裁Sal Khan 說(shuō)：“當(dāng)他們考慮采用機(jī)器人時(shí)，他們必須確信這些機(jī)器人具有一致性、靈活性和所需要的吞吐量。”
“這些用戶考慮機(jī)器人的原因是把它看作是一項(xiàng)可以重新配置的資產(chǎn)。”Cooper 接著又說(shuō)：
“他們可以用同一臺(tái)機(jī)器人處理兩或三種不同的產(chǎn)品，然后可以把這臺(tái)機(jī)器人再安排到其他的生產(chǎn)線上。”
方便的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換能力部分要?dú)w功于機(jī)器人設(shè)置軟件的快速發(fā)展。今天的機(jī)器人可以非常迅速地重新設(shè)置，不需要過(guò)多的編程方面的知識(shí)。
今天的機(jī)器人軟件的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是使用了離線設(shè)置和虛擬功能。一個(gè)通常需要機(jī)器人花30～40 個(gè)小時(shí)“學(xué)習(xí)”的過(guò)程現(xiàn)在可以被離線“傳授”，然后再被集成到系統(tǒng)中，這樣停機(jī)的時(shí)間可以盡可能的短。
虛擬功能早已應(yīng)用了一段時(shí)間，但現(xiàn)在我們可以提供設(shè)備其他部件的模型，這樣用戶就可以進(jìn)行重新設(shè)置，并可通過(guò)模版自動(dòng)地創(chuàng)建處理過(guò)程。”Mo-toman 的高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)Carl Traynor說(shuō)：“如果你的碼垛機(jī)器人在一個(gè)小時(shí)內(nèi)需要進(jìn)行過(guò)多的拾取動(dòng)作，你可以通過(guò)這種功能來(lái)驗(yàn)證一下，然后可能會(huì)發(fā)現(xiàn)你需要改變一下碼垛模式。虛擬功能可以把機(jī)器人所要進(jìn)行的操作非常精確地模擬出來(lái)。”
機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)
機(jī)器人所具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是最新的視覺(jué)技術(shù)。帶有視覺(jué)功能的機(jī)器人可以“看到”所要拾取物體的形狀或方向，并根據(jù)看到的結(jié)果改變自己的動(dòng)作，例如，在物體被包裝前將其放在正確的位置。視覺(jué)技術(shù)也使得機(jī)器人更加容易地學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的產(chǎn)品，另外還可以被用于檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量。
“如果你添加了視覺(jué)系統(tǒng)，你就會(huì)預(yù)先知道需要混裝的是什么樣的產(chǎn)品，然后你就能夠作好計(jì)劃，并訓(xùn)練視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)識(shí)別這些產(chǎn)品。”DeRosett 解釋說(shuō)：“這樣，機(jī)器人就可以識(shí)別出一個(gè)新的產(chǎn)品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。但即使不能提前知道產(chǎn)品的混裝形式，你仍可以很靈活迅速地適應(yīng)不同的產(chǎn)品。”
采用一臺(tái)帶有視覺(jué)功能的單步機(jī)器人可以消除傳統(tǒng)應(yīng)用中的多個(gè)步驟。例如，如果用戶所要處理的是袋裝的冷凍食品，它可能會(huì)使用一種傳統(tǒng)的包裝系統(tǒng)來(lái)將其放入到包裝盒中。但是如果這種包裝要求內(nèi)裝食品具有一定的方向，那么一臺(tái)機(jī)器人就可以識(shí)別出傳送帶上袋裝食品的方向，然后拾起它，并按正確的方向放入到包裝盒中。
“帶有視覺(jué)跟蹤功能的機(jī)器人可以隨時(shí)知道某個(gè)產(chǎn)品的位置。”Musunur 說(shuō)：“機(jī)器人看到這個(gè)物體，得到它的方向，然后從移動(dòng)的傳送帶上拾起它。這具有無(wú)與倫比的靈活性，同時(shí)又沒(méi)有傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備那樣的限制。”
一個(gè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器之問(wèn)的連接。雖然大多數(shù)的視覺(jué)系統(tǒng)可以提供關(guān)于物體位置之類的細(xì)節(jié)信息，但視覺(jué)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制器之間的緊密連接是達(dá)到0.04精確度的關(guān)鍵。
“過(guò)去這種視覺(jué)系統(tǒng)通常是集成的，但最近你可以發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)的PC 中運(yùn)行的視覺(jué)系統(tǒng)。”DeRosett 說(shuō)：“無(wú)論它是集成的還是單獨(dú)的，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵元素是將各個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合在一起的校準(zhǔn)程序。因?yàn)闆](méi)有已證明的和易于使用的校準(zhǔn)工具，人們花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢來(lái)試圖得到從視覺(jué)系統(tǒng)到機(jī)器人控制器的可靠數(shù)據(jù)。”
機(jī)器人的設(shè)計(jì)技術(shù)仍然在不斷發(fā)展。例如，有些系統(tǒng)甚至只用一個(gè)相機(jī)來(lái)為幾臺(tái)不同的機(jī)器人提供數(shù)據(jù)。譯碼器的分辨力也在提高，另外隨著制造商利用更好的軟件來(lái)提升相應(yīng)的技術(shù)，導(dǎo)致機(jī)器人的誤差也越來(lái)越小了。
“軟件和硬件中的許多先進(jìn)技術(shù)幫助我們能夠命令機(jī)器人移動(dòng)到更精確的位置，而后者正是包裝領(lǐng)域中所需要的。”DeRosett 說(shuō)：“對(duì)于小的物品來(lái)說(shuō)，這種精確性是十分重要的。例如醫(yī)療用品和消費(fèi)電子產(chǎn)品常常需要先被組裝起來(lái)，然后再由同一條生產(chǎn)線上的下游設(shè)備進(jìn)行包裝。”包裝機(jī)器人的另一個(gè)賣點(diǎn)是可靠。因?yàn)樗鼈儾捎昧怂欧姍C(jī)，而不是鏈條和齒輪。今天的機(jī)器人的無(wú)故障時(shí)間可達(dá)60，000 多個(gè)小時(shí)，并且在運(yùn)用了40，000 個(gè)小時(shí)之后才需要進(jìn)行第一次保養(yǎng)。
另外推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也是速度的要求，盡管有人認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了許多應(yīng)用的極限。
“有些人曾說(shuō)過(guò)，用一個(gè)機(jī)器人達(dá)到每分鐘100 多次的拾取速度。”Traynor 說(shuō)：“但對(duì)于像小餅干這樣的物晶所具有慣性來(lái)說(shuō)，如果你移動(dòng)得那么快的話，你肯定會(huì)把它扔得滿屋子都是。現(xiàn)在你可以用幾臺(tái)機(jī)器人來(lái)達(dá)到更快的速度，并且還具有更高的靈活性和可靠性。”
“最終，它是具有最高速度的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)。”GSMA Systems 公司的副總裁兼總經(jīng)理Mark Senti說(shuō)：“機(jī)器人可以以一種精確控制和平滑的運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到較高的速度，從而發(fā)揮作用。”
機(jī)器人訓(xùn)練
隨著機(jī)器人變得越來(lái)越易于使用(因?yàn)橛谢赪indows CE 操作系統(tǒng)的控制器和直觀的圖形用戶界面GUI)，它們?nèi)匀恍枰欢康模A(yù)先和及時(shí)的訓(xùn)練。
它們很容易使用，也很容易維護(hù)。”Cooper 說(shuō)：“但是公司必須要負(fù)責(zé)訓(xùn)練，這樣其工程人員才會(huì)明白細(xì)微的差別。這是一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，但不是很難。”
人們?cè)絹?lái)越關(guān)心工廠員工維護(hù)這樣的機(jī)器人系統(tǒng)的能力，因?yàn)樗葯C(jī)器系統(tǒng)具有更多的程序。”Cooper 表示：“你必須要訓(xùn)練他們，以便讓這樣的設(shè)備發(fā)揮作用，并要看到它們的成本及收益。”
大多數(shù)機(jī)器人的成本在100，000 美元左右。對(duì)于上面所有這些收益來(lái)說(shuō)，機(jī)器人正變成得越來(lái)越有價(jià)值，根據(jù)聯(lián)合國(guó)2004 年全球機(jī)器人報(bào)告，自1990 年以來(lái)，人工勞動(dòng)力的價(jià)格指數(shù)上升了50%，而機(jī)器人的成本在同一時(shí)間卻下降了80%。
“一般來(lái)說(shuō)，每家公司開(kāi)始時(shí)的目標(biāo)都是要保持贏利，并能為用戶提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品，這其實(shí)是一個(gè)矛盾。”Musunur 說(shuō)：“我們也試圖通過(guò)降低包裝成本來(lái)解決這個(gè)矛盾，而機(jī)器人提供了很好的解決方案。”
比價(jià)格更值得關(guān)心的是投資所帶來(lái)的回報(bào)。隨著機(jī)器人的價(jià)格一直在下降，計(jì)算回報(bào)的過(guò)程就變得越來(lái)越讓人愜意了。
“坦白地說(shuō)，在今天的期望下，很難賣出一個(gè)需18 個(gè)月才能得到回報(bào)的項(xiàng)目。這個(gè)回報(bào)期必須要在一年之內(nèi)，但我們正逐漸接近這個(gè)目標(biāo)。”
“一個(gè)很大的好處是你可以對(duì)具有標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格和一定功能的系統(tǒng)進(jìn)行定制。”Senti 補(bǔ)充說(shuō)：“解決方案可以是一臺(tái)帶有單一工具和簡(jiǎn)易防護(hù)的簡(jiǎn)單機(jī)器人，或者是帶有觸摸屏界面的機(jī)器人。我們看到的投資回報(bào)周期可以是從六個(gè)月到兩年。”
因此，在傳統(tǒng)包裝設(shè)備與自動(dòng)包裝機(jī)器人之間的戰(zhàn)斗中，誰(shuí)才是真正的贏家?與機(jī)器人相比，傳統(tǒng)的設(shè)備仍然具有很大的市場(chǎng)份額，但是機(jī)器人正在迅速地?cái)U(kuò)張，有的時(shí)候它們正被集成到傳統(tǒng)的設(shè)備里。
“有了可以處理任何類型貨盤的機(jī)器人，你可以做得更多。”Sal Khan 說(shuō)，“在我們現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了一臺(tái)半自動(dòng)機(jī)器，它可以很靈活地處理36 英寸到48 英寸的貨盤，所以當(dāng)客戶必須要處理不同類型的貨盤時(shí)，這臺(tái)機(jī)器就能足夠靈活地完成任務(wù)。”
與傳統(tǒng)設(shè)備相比，機(jī)器人在處理特別重的物體上具有特別的優(yōu)勢(shì)。
我們有家客戶的業(yè)務(wù)是生產(chǎn)240 磅重的烤肉，并把它放到包裝容器里面去。”FLEXiCELLRobotic Solutions 公司市場(chǎng)與銷售副總裁Hans Schouten 說(shuō)：“一臺(tái)六軸機(jī)器人就具有把許多不同的物品放人到容器的能力，加上一個(gè)重物提升單元，機(jī)器人是很好的解決方案，特別是當(dāng)處理速度也需要考慮的時(shí)候。”
“現(xiàn)在機(jī)器人與傳統(tǒng)設(shè)備之間界限有點(diǎn)模糊了。”AIDCO 公司市場(chǎng)副總裁Olivia Khan 解釋說(shuō)：“我們考慮拾取－放置機(jī)器人時(shí)，它們看起來(lái)并不像是機(jī)器人，只是一臺(tái)正常的機(jī)器而已。我想隨著將傳統(tǒng)設(shè)備升級(jí)成半自動(dòng)設(shè)備，這個(gè)界限還會(huì)進(jìn)一步模糊。”
但是機(jī)器人仍然也有障礙需要克服。例如，有幾家公司正在強(qiáng)調(diào)衛(wèi)生的食品級(jí)機(jī)器人的問(wèn)題。用戶也總是期望機(jī)器人具有更好的靈活性和易用性。
但是盡管目前的技術(shù)已比較穩(wěn)定，許多人認(rèn)為機(jī)器人在包裝領(lǐng)域仍未得到充分利用。“機(jī)器人所面臨的挑戰(zhàn)是遇到那些知道如何整合它們并能看到成本所帶來(lái)的回報(bào)的人。”Senti說(shuō)：“這種設(shè)備是如此的可靠以致于你實(shí)際上能簡(jiǎn)化整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。”
“有了機(jī)器人，你可以做更多的事情，但是我們需要看到那些沒(méi)有發(fā)揮到最大效率的地方。”Cooper 說(shuō)：“機(jī)器人不僅僅只是可以把物品放入到盒子中這么簡(jiǎn)單，它還可以做更多的事，終端用戶應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。”
機(jī)器人所帶來(lái)的甜蜜
當(dāng)全球最大的糖果藤生產(chǎn)商在1989 年購(gòu)買了第一臺(tái)包裝機(jī)器人時(shí)，他們一定很喜歡它。公司目前已擁有32 臺(tái)機(jī)器人來(lái)包裝這種糖果。
美國(guó)俄亥俄州Bryan 市的Spangler 糖果公司生產(chǎn)的糖果產(chǎn)品，包括從Dum－Dum 棒棒糖到Circus Peanuts 糖到Saf－T 糖，另外還有糖果藤。該公司采用帶有視覺(jué)導(dǎo)引功能的機(jī)器人來(lái)檢查和拾取每一塊糖，并把它正確地放置到包裝盒中。
“我們一直在尋找各種不同的方式來(lái)應(yīng)用機(jī)器人。”Spangler 的生產(chǎn)工程師David Bauer 說(shuō)：“這曾經(jīng)是一個(gè)不尋常的項(xiàng)目，因?yàn)樗且环N重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)，而我們可以把糖果以一種統(tǒng)一的方式傳送給機(jī)器人。”
Spangler 公司所用的Adept 機(jī)器人會(huì)為每一個(gè)糖果藤拍一張照片，檢查它們的長(zhǎng)度和彎曲程度是否正確。然后就會(huì)把通過(guò)檢查的產(chǎn)品拾取起來(lái)，而不合格的糖果藤會(huì)被忽略掉，直接被送往生產(chǎn)線末端的回收器中。
按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，購(gòu)于1989 年的第一臺(tái)機(jī)器人是很簡(jiǎn)單的，它帶有一個(gè)20M 的硬盤，內(nèi)有用Fortran 和BASIC 兩種語(yǔ)言混合編譯的程序代碼。“每件事情都必須通過(guò)可靠的代碼來(lái)完成。”Bauer 說(shuō)：“我請(qǐng)Adept 公司的應(yīng)用工程師們編寫了這些代碼，因?yàn)樗且环N保證。”“現(xiàn)在所有的系統(tǒng)都是基于win-dows 的，非常簡(jiǎn)單，就像做填空題一樣。”他補(bǔ)充說(shuō)：“在Adept 的Motion Ware 軟件中有大量的程序代碼，這給予了我們非常好的靈活性和控制能力，現(xiàn)在我可以自己來(lái)完成所有工作。”
雖然機(jī)器人在糖果藤這種產(chǎn)品上的應(yīng)用情況很好，但還是不太適用于其他的糖果產(chǎn)品，后者是通過(guò)傳統(tǒng)的包裝設(shè)備裝在大的散裝袋中。但是根據(jù)Bauer 的看法，機(jī)器人非常適用于連續(xù)包裝生產(chǎn)線這樣的場(chǎng)合。
對(duì)于其他正在考慮購(gòu)買機(jī)器人的包裝商，Bauer 的建議是機(jī)器人必須要適合應(yīng)用場(chǎng)合的需要。“當(dāng)我考慮選擇機(jī)器人的時(shí)候，我會(huì)仔細(xì)研究應(yīng)用場(chǎng)合，看看機(jī)器人是否是最好的方法。”Bauer 說(shuō)：“以我們公司為例(很多其他的公司也是類似的情況)，回報(bào)是看它是否節(jié)省了勞動(dòng)力，以及能節(jié)省多少。另外你還必須有合適的系統(tǒng)集成人員，以確保它能正常地工作。”
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
你可能感興趣的文章
服務(wù)咨詢