人人自动化

自动化曾经只适用于大工厂，但现在小型车间也可以受益

在工业 4.0 的综合影响、熟练制造业劳动力的持续短缺和 COVID 大流行的共同影响下，自动化车间正在加速发展。

比以往更多的定制机器人和材料输送选项的可用性正在帮助小型制造商生产更多，同时将操作员转移到更多增值任务。对个人防护设备 (PPE) 的需求激增，加上保护工人的需求，也推动了商店的自动化工作。

位于俄亥俄州洛兰市的 Absolute Machine Tools 首席营销官考特尼·奥特纳（Courtney Ortner）巧妙地总结了在大流行期间明显放大的自动化的好处：“使用协作机器人（协作机器人），你有一个工作伙伴，你不需要不必担心社交距离。此外，许多商店正在失去工人进行隔离，因此即使失去了员工，商店也可以继续营业。我们不能忘记，由于自动化的使用，熄灯制造能力更加普遍；即使使用协作机器人，您也可以在周五晚上设置工作，并在周一早上完成 - 通常让您领先于生产周期。”

协作机器人进行曲

当话题转向自动化制造时，机器人通常是人们首先想到的。他们的人类安全变体 cobots 在易于设置、灵活性和有效负载方面不断改进。

自 15 年前推出以来，来自波士顿的 Universal Robots (UR) 设备已成为作业车间的中流砥柱，尤其是在高混合、低容量的环境中。随着 2019 年推出的 16 公斤有效载荷版本 (UR16)，UR 继续突破机器人可以适应生产工作流程的界限。

UR 北美市场营销主管 Joe Campbell 指出，2020 年是特别忙碌的一年。出现了两个主题：大流行驱动的重组和新生产模式的拥抱。

他指出，特别是小型商店——迫切需要有效地利用每一寸有限的土地——正在部署协作机器人以保持员工的社交距离。 “如果您拥有由三个工具组成的集群，则可以放入一两个协作机器人，为操作员提供喘息的空间。”

此外，商店正在意识到协作机器人如何提高利润。 “商店正在以不同的眼光看待”仅限工作日的时间表，“并且发现制造团队具有更大的灵活性。”一位 UR 客户创建了一个周末班次，发现许多团队成员都接受了这个新机会。在其他情况下，以前由一名熟练的操作员执行机器设置和装载的商店已经添加了协作机器人来执行装载功能，同时操作员监督多台机器。

UR 装置节省了安装时间。它们可以通过触摸屏设置为在地板、墙壁或天花板上运行；其他机器人通常是专门为特定方向制造的。循环时间也减少了，特别是 UR 协作机器人可以配置双夹具，以同时卸载成品零件并插入新坯料。

UR 灵活性的关键在于能够将其协作机器人与一系列第三方设备和软件相结合。这些可以通过 UR+ 程序访问，这是 UR 的“一种应用商店”，Campbell 说。发布 UR 机器人的机械、电气和软件接口，第三方开发产品以满足这些规范。 “更重要的是，他们将它们提交给我们进行测试和验证。如果我们说夹具是即插即用的，它就是——因为我们测试过它。”

UR 的 288 个外围设备生态系统包括零件库、视觉系统、传感器、安装选项、机器人盖和应用程序。例如，Hirebotics 的 Beacon 允许操作员通过云监控协作机器人。 “您可以查看生产统计数据并即时进行调整，”Campbell 说。

3 月，UR+ 计划扩大到包括应用套件，这些套件将夹具等组件与软件相结合，“以解决特定的应用问题”。 Robotiq 的一个套件具有轨道打磨机、安装硬件、真空软管和软件，可让用户为家具或橱柜等产品编写打磨协议。 “你可以在几分钟而不是几天内对复杂的轮廓进行编程，”坎贝尔说。同时，UR 的 ActiNav 套件是一种灵活的机器装载套件，可让用户从垃圾箱中取出零件并以精确的方向将它们装载到各种机器中。 “你可以在不到一个小时的时间内将一个新部件引入系统。”

让商店采用自动化的另一个关键是虚拟培训的选项。 UR 最近通过 UR 学院通过了在线培训超过 100,000 名操作员的里程碑，该学院提供有关编程和部署 UR 协作机器人的免费培训模块。

“如果你必须将你的三位首席机械师派到场外一周的大部分时间里接受培训，你的生产就会被压垮，”坎贝尔说。小商店“真的被 90% 的在线培训能力所吸引。”

面向未来的快速加载

除了大流行带来的自动化压力外，将生产转移到美国是机器人和车间装载设备的另一个主要驱动力。

威斯康星州沃克夏市 Acieta LLC 的产品经理兼机械工程师 Jake Corning 表示：“在采用机器人技术方面历来缓慢的制造商和加工车间开始比以往任何时候都更加接受机器人技术。”自大流行开始以来，兴趣和订单有所增加。他们看到了机器人技术在保持机器运转和制造零件方面的好处，即使在社交距离、员工生病和/或影响生产能力的停工时也是如此。”

此外，随着全球供应链的中断，“他们还看到，大流行将把大量的本土企业带回美国。如果他们不接受自动化，他们将面临比大流行之前更加严重的劳动力短缺。最终，尽管大流行在我国造成了悲剧，但美国制造商已经更加舒适地采用机器人技术，并看到了提高竞争力、提高工人的工作满意度和忠诚度以及为美国消费者提供更具竞争力的好处价格。”

康宁解释说，Acieta 提供了一系列解决方案，特别适合高混合、小批量的日常工作。

“FastLOAD CX1000 和 CR2000 系统旨在让初次使用机器人的用户易于使用，”他说。 “我们用于 CR2000 的触摸屏界面使机器人能够轻松运行不同尺寸的零件。操作人员只需输入零件参数，系统自动调整程序运行新零件。机器人夹持器和零件夹具非常灵活，适用于各种尺寸的零件，因此许多不同的零件可以在同一系统上运行。”

CR2000 的转换可以在几分钟内完成，而 CX1000、CR2000 和 DR2000 系统的设计使机器人可以在操作员装卸零件时继续运行。 “只要有足够的入站零件，这使得机器能够在休息时间、午餐时间甚至轮班之外不间断地工作。”

安装在轮子上的 CX1000 易于在车间操作。它还提供多种快速更换夹具车选项，并使用 FANUC 的 CRX-10iA/L 机器人，“它具有非常易于使用的触摸屏界面和拖放式编程图标，”康宁说。 “当您的挑战更加复杂或规模更大时，我们的定制解决方案还可以通过使用视觉、臂端工具更换器和灵活夹具等技术来设计用于高混合、小批量零件运行。”

康宁指出，Acieta 随附的机器照料单元已被证明很受欢迎。 “它们是标准机器人系统，旨在与各种零件一起工作。由于它们是预先设计的标准产品，它们比传统的定制系统便宜得多，并且能够在短短一周内交付。所有三个系统都可以同时处理多台机床。此外，我们的 CX1000 和 CR2000 系统使用协作机器人，这有助于最大限度地利用地面空间，因为它们不需要安全围栏。”

康宁表示，对于首次实现自动化的作业车间，协作式 CX1000 是一个很好的起点。通过将工人从重复性任务中解放出来，自动化让他们“学习如何对机器人系统进行编程或维护。以前照看一台机器的操作员现在可以管理多台机器上的机器人系统。”

解决基本问题

马萨诸塞州萨德伯里的 Methods Machine Tools Inc. 对机械加工和加工车间的独特需求有着深入的了解，帮助制造商实现自动化，着眼于在创造更多技能的同时带来更多业务。

“我们需要更多优秀的机械师，”FANUC Methods 自动化经理 John Lucier 断言。 “这就是机器人可以帮助我们的。机器人帮助商店获得更多工作，这样他们就可以让更多的机械师工作。”训练有素的机械师不是在装卸机器，“他是在设置机器、挑选工具和编写程序。”

他说，与其他供应商一样，Methods 在与大流行相关的自动化方面出现了激增，特别是在生产呼吸机零件方面。

在大流行之前，Lucier 回忆起参观了许多第一次关注自动化的小批量商店。每周更换两到三次单元以生产大约 5,000 个零件的中等容量操作变得越来越普遍，Methods 为这些环境提供了基于传送带的 Job Shop Cell Pro 生产线。可调节的通道分隔器允许在小型和大型零件之间快速转换。另一种流行的选择是一系列抽屉，其特点是带有可容纳 20 到 40 个零件的孔的钢或铝板。

Lucier 补充说，工件夹持是另一个主要考虑因素。自动虎钳是一种相对简单的解决方案。 “它不必很复杂，有摆动夹和类似的东西。它可能是一个很好的旧卡盘或带有气动或液压装置的虎钳来打开和关闭，而您正在制作自己的钳口——这与许多商店正在使用大约 50 个零件做的事情不同。

对于小批量零件，即使批量小至一个，Methods 提供 Plus-K 和 Plus-K 60 机器人旋转存储转盘系统。 “我们不是让机器人特定零件；机器人的设置是为了将通用工件夹带进出机器，无论是小虎钳还是托盘。机器人的设置是为了抓住工件夹具前面的一个共同特征。”零件被装载到手动虎钳中，机器人被预先编程为像托盘装载系统一样工作；无需最终用户编程。该系统还增强了 RoboDrill 上提供的标准工具，从 21 种工具增加到可选的 161 种工具。

有了这样的解决方案，工作车间通常会在不到 12 到 18 个月内看到投资回报。 “我们的目标是说服您进行两到三班轮班运行——使用机器人单元，在进料系统中装满零件，然后在下午 5:00 回家，并获得两到六个小时的运行时间。如果我能得到一个自动化系统来处理你计划做的 80% 的工作，我们就做得非常好。”

Lucier 指出，Informing Methods 的解决方案与工作车间和工作方式的知识有着长期的联系，他本人是一名机械师。例如，他经常提醒商店，他们可以自己加工钢制或铝制夹具。而且，调整机器人上预先提供的程序可能比 CNC 编程更容易。公司的自动化集成团队敏锐地意识到围绕机床的问题，从冷却液和切屑到刀具旋转、刀具寿命、去毛刺等等。

“如果你要将机器人安装在机床上，你需要一个能够做到这一点的机器人集成商，”Lucier 总结道。 “机器人的好处不应该是难以证明的。”

评估需求，提高速度

了解车间对自动化的需求首先要全面评估提高生产力所需的数量。

Absolute 的 Ortner 说，当被客户聘用时，“我们进行系统布局，确定自动化的最佳实践——传送系统、机器人、原材料处理、完成零件处理——然后在 CAD 中进行设计，以确保所有部件都适合他们的地板计划，同时在他们的预算范围内工作。”

Ortner 说，除了提供从协作机器人到零件处理再到监控的一系列标准自动化设备外，Absolute“还提供交钥匙包”。 “我们采购我们认为最好的解决方案，并与这些供应商合作以确保成功。”

她指出，Absolute 在采购合适设备方面的经验显然是值得的。 “一个使用 OB7 协作机器人的客户在一个班次中获得了 20% 的效率提升和更少的废品。他们能够在此特定运行中将交付时间缩短两周，从而为机器或单元打开额外的工作以获得更高的投资回报率。此外，由于他们不必经常执行重复性任务，因此公司的工人赔偿要求较少——而且工人也不会经常请病假，从而为 [商店] 节省了很多钱。”

正如其他商店所发现的那样，增加操作员执行其他任务的可用性通常意味着“他们有更多时间为整个流程做出贡献，例如质量控制检查。他们更多地参与流程管理，而不是简单地按下按钮，并且不那么无聊和疲劳。”

Ortner 补充说，获得这些好处可能具有惊人的成本效益。 “我们 Productive Robotics 的协作机器人系列的基本 CNC 套件起价为 34,900 美元。您可以使用多个协作机器人、传送带、在线测量和零件展示方法从基本的 CNC 包升级到完全集成的单元。”

监控更多输出

为了帮助工厂按时完成工作并在无人值守的情况下运行更多项目，位于伊利诺伊州弗农希尔斯的三菱电机自动化公司提供了基于 MTConnect 的集成机器分析 (IMA) 用于机器监控。 IMA Mobile 应用程序提供了一个易于安装的机器监控入口。

IMA 移动服务产品经理 Robert Brodecki 表示，借助 IMA，商店“能够更好地了解生产，这有助于准确安排工作以充分利用可用的机器和工作时间，并更准确地竞标更多工作”三菱电机自动化。

他解释说，如果连接多台机器，唯一需要的硬件是以太网电缆和集线器/交换机，而一台机器的设置只需 5-10 分钟。 “凭借低成本点，用户可以在几天内看到投资回报率，特别是如果他们正在运行无人值守或熄灯生产，并且由于机器故障而损失了生产时间，直到后来才发现。借助 IMA Mobile 的通知，无论您身在何处，您都会在 10 到 15 秒内知道机器是否停止切割。”

他补充说，机器监控显着提高了吞吐量。 “仅查看执行状态，许多作业车间通常让机器在其可用时间的 25% 到 40% 之间运行作业。通过 IMA Mobile 对当前状态的简单监控，他们可以迅速将其提高到 50% 或更多，因为他们能够立即处理因任何原因停止生产的任何机器。这也是直接来自机器的实际数据；它消除了机器切割、闲置或关闭多长时间的猜测游戏。”通过以更少的工人（或无人值守）运行更多班次来延长可用机器时间，而不会因意外停工而损失生产。

借助 IMA Mobile，操作员可以转移到增值任务，“知道当工作完成或因需要注意的事情中断时，应用程序会通知他们。”

Brodecki 指出，由于入门成本相对较低，IMA 让用户“了解他们的生产并进行改进，并开始更简单、无人值守的加工项目，同时确保他们的机器继续运行。由于这一切都是围绕 MTConnect 标准构建的，如果用户决定转向更深入、可定制的监控系统，他们无需付费即可再次连接机器；他们只需将新软件指向 MTConnect 代理，即可快速访问机器数据。”

他总结说，在 COVID 时代，易于进入对于自动化尤为重要。 “这是有道理的，因为公司正在寻求更多的自动化，但是如果没有准确的生产数据来识别需要自动化的区域，就很难准确地知道在哪里以及如何进行。在大流行开始时，我们与之交谈的许多公司仍然对机器监控持观望态度。随着大流行的蔓延，公司意识到他们将无法再避免自动化和远程工作解决方案，他们一直将这些项目移至列表的首位。”