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脱离栅栏屏障 工业机器人更安全
 

【作者: 郭明珠】2014年06月18日 星期三

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当谈到工业型机器人的时候,一般人的脑海中通常会浮现出一幅景象:「机器人又笨重又危险,而且必须被关在安全屏障里面。」这样的状况大家似乎习以为常,但是,随着企业必须要面对员工成本升高、产品品质优化、生产交期缩短等营运挑战时,如何在有限的生产空间创造人机共存且更有效利用空间,将会是决定公司竞争力的关键点,这个考量尤其对空间有限的中小规模企业来说更显重要。不过,看似天方夜谭的想法,拜科技演进之赐,工业型机器人已可以朝不需要安全屏障的理想迈进。


图一
图一

Universal Robots 技术长Esben stergaard曾经表示:「次世代、新世代,或是工作好伙伴,随便怎么定义,机器人改革的风潮预期将在制造业、仓储业、材料处理业,以及全世界的供应链中开始蔓延」。在此一趋势引导下,我们将可以看到具有创新设计概念且可称作「协作型机器人」的产品问世,这种类型的机器人可以直接在作业员身边工作,而且在经过完整的风险评估后,可以不需要安全屏障即可工作,「协作型机器人」不像传统工业机器人需要被隔绝在汽车厂玻璃窗之后,或被固定在其他大型组装生产线上,这类机器人既轻巧又灵活,而且便于移动与重新编程,此一特性除了可使产线得以应付不断更新的工作项目之外,还可以同时协助公司达到小批量短期生产时的目标。


这类友善的机器人在设计上一般来说会以安全第一为优先考量,「安全」两字在社会议题讨论时早已成为热门关键字,并且常常是机器人研究开发实验室的主要开发目标之一,为了达成人机一同工作的想法,新一代的工业机器人有着圆形接头、反向驱动马达、力道感测器,以及材质更加轻巧等特色。


在实际操作情况下,如果新型机器人碰触到人时,内建的力道控制器会限制接触力道以防止造成伤害,并且谨守现行对于力道以及力矩上安全的诉求限制。在多数的应用上,完善的安全规画让机器人在经过完整的风险评估后,可以在没有安全监督的情况下自行运作。


「协作型机器人」也不会因为其体积小而降低其工作效率,以实际案例来说,洗发精与护肤品的包装流程中​​,人工处理的话每分钟只能处理45瓶,但若有了机器人的协助,即可将效率提升至每分钟70瓶,因为机器手臂在连续不中断的情况下,每2.5秒就能从生产线上拿取3罐瓶子、固定好方向,并且放置在包装机器中进行后续作业。再以鸡蛋分装厂为例子,包装线上的机器人能以每小时将15,000颗鸡蛋装箱的速度工作,同时也因为机器人的重量轻巧,所以厂商可以轻易地在装配线之间移动进行配置调整,对于需要能够处理四种不同大小鸡蛋的厂商而言,这正是一台能够在狭小空间与员工一同工作的机器人才可实现。


接着若以采用工业机器人最多的汽车工业来说,依据统计,汽车产业占工业机器人的销售大约为65%。但是根据机器人工业协会(Robotics Industries Association;RIA)的观察,从安装工业机器人到现在已开始获利的公司仅仅约10%。数字之所以会这么低,有三个主要的原因,同时也是「协作型机器人」所强调的关键:成本、友善的使用者经​​验,以及应用性。我们可以从经济层面以及一些实际案例来进一步解释新型机器人的优势。


成本


即使公司还能聘请工人,未来越趋复杂的产品将更加需要组装时的适应性、精确度,以及可靠性等人类难以达到的要求。根据过去的经验,机器人的成本相当高。但是,协作型机器人仅是其四分之一的价格。再加上机器人带给工作场所更快的周转时间,机器人科技将会使得「企业外移」这个选项对企业不再具有绝对的吸引力。


传统工业机器人占整体系统资产成本的25%至30%。其余成本来自于机器人相关的编程、设定,以及专用工作区等费用。协作型机器人从开箱到运作相当迅速,有些个案甚至可以在数小时内即可完成安装,这对时间成本管控来说绝对是一大优势。


友善的使用者经​​验


新型机器人搭配平板电脑大小的操作装置和友善的使用者介面,让使用者可以直接在操作面板上指示机器手臂完成动作,这就表示程式设定已经不再需要请工程师协助,可大幅缩短整体工作流程与时间;此外,你甚至可以直接抓着机器人手臂来设定出想要的运行路径。而新型态的使用者介面兼容工业感测器和可程式逻辑控制器(Programmable Logic Controller;PLC),这也让设定新工作项目时变得相当简单。以助听器制造商的经验来说,该产业对于新型合作机器人直觉式的使用者体验和精确度印象深刻,相关产业的公司都需要一台经济实惠且灵活度高的机器人,同时,在医学工程不断进步的情形下生产流程需要能灵活调整,甚至要能够应付助听器小批量的特殊规格生产需求才行。


应用性


新型机器人强调传统机器人​​所没有的应用性以及轻巧性,许多小型零件也越来越精细,往往只有毫米大小而已。小型零件制造商都在找寻能将小零件吸出模具的解决方案,因为要以人工手动操作几乎不可能,而对于只能平行或垂直移动的传统机器人​​来说更是难以达成。


如之前所提到的助听器工厂案例中,他们为新工作架设协作型机器人的时间仅花不到一天就完成。机器人被牢固的安装在注模成型机后,即可以自行使用特别设计的真空系统吸出塑胶元件,同时其他更复杂的模组元件则由气动爪取出。加上本身具备六轴活动功能,新机器人具有相当优越的机动性以及能够藉由旋转和倾斜将模组内的零件快速取出。整个机器人的操作约4到7秒钟为一个循环,视生产规模以及零件大小不一。而最令人在意的投资回收期也因为生产流程最佳化的结果,最后仅需60天即回收成本。


除了可以提升效率,安装新型机器人能够避免员工执行一些重复性的工作,进而转向其他更专业的任务。而且在工厂已经没有空间专门设置工业机器人时,一台不占空间的机器人可以大幅简化设置难度与降低成本。


结论


经过以上实际案例的解说,我们可以了解到当机器人与人类共同合作的需求出现后,传统的工业机器人特色就必须进化到近期的阶段:「从固定安装位置到能够重新配置;从周而复始的重复性工作到时常变换工作;从断断续续到持续连贯;从空间切割到空间共享;从好几年才能回收成本到近乎立即就有投资回收效益。」不久的将来就能看到更多机器人在新兴领域的表现,改变我们的工作方式以及与科技的互动。


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