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脫離柵欄屏障 工業機器人更安全
 

【作者: 郭明珠】   2014年06月18日 星期三

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當談到工業型機器人的時候,一般人的腦海中通常會浮現出一幅景象:「機器人又笨重又危險,而且必須被關在安全屏障裡面。」這樣的狀況大家似乎習以為常,但是,隨著企業必須要面對員工成本升高、產品品質優化、生產交期縮短等營運挑戰時,如何在有限的生產空間創造人機共存且更有效利用空間,將會是決定公司競爭力的關鍵點,這個考量尤其對空間有限的中小規模企業來說更顯重要。不過,看似天方夜譚的想法,拜科技演進之賜,工業型機器人已可以朝不需要安全屏障的理想邁進。


圖一
圖一

Universal Robots 技術長Esben stergaard曾經表示:「次世代、新世代,或是工作好夥伴,隨便怎麼定義,機器人改革的風潮預期將在製造業、倉儲業、材料處理業,以及全世界的供應鏈中開始蔓延」。在此一趨勢引導下,我們將可以看到具有創新設計概念且可稱作「協作型機器人」的產品問世,這種類型的機器人可以直接在作業員身邊工作,而且在經過完整的風險評估後,可以不需要安全屏障即可工作,「協作型機器人」不像傳統工業機器人需要被隔絕在汽車廠玻璃窗之後,或被固定在其他大型組裝生產線上,這類機器人既輕巧又靈活,而且便於移動與重新編程,此一特性除了可使產線得以應付不斷更新的工作項目之外,還可以同時協助公司達到小批量短期生產時的目標。


這類友善的機器人在設計上一般來說會以安全第一為優先考量,「安全」兩字在社會議題討論時早已成為熱門關鍵字,並且常常是機器人研究開發實驗室的主要開發目標之一,為了達成人機一同工作的想法,新一代的工業機器人有著圓形接頭、反向驅動馬達、力道感測器,以及材質更加輕巧等特色。


在實際操作情況下,如果新型機器人碰觸到人時,內建的力道控制器會限制接觸力道以防止造成傷害,並且謹守現行對於力道以及力矩上安全的訴求限制。在多數的應用上,完善的安全規畫讓機器人在經過完整的風險評估後,可以在沒有安全監督的情況下自行運作。


「協作型機器人」也不會因為其體積小而降低其工作效率,以實際案例來說,洗髮精與護膚品的包裝流程中,人工處理的話每分鐘只能處理45瓶,但若有了機器人的協助,即可將效率提升至每分鐘70瓶,因為機器手臂在連續不中斷的情況下,每2.5秒就能從生產線上拿取3罐瓶子、固定好方向,並且放置在包裝機器中進行後續作業。再以雞蛋分裝廠為例子,包裝線上的機器人能以每小時將15,000顆雞蛋裝箱的速度工作,同時也因為機器人的重量輕巧,所以廠商可以輕易地在裝配線之間移動進行配置調整,對於需要能夠處理四種不同大小雞蛋的廠商而言,這正是一台能夠在狹小空間與員工一同工作的機器人才可實現。


接著若以採用工業機器人最多的汽車工業來說,依據統計,汽車產業佔工業機器人的銷售大約為65%。但是根據機器人工業協會(Robotics Industries Association;RIA)的觀察,從安裝工業機器人到現在已開始獲利的公司僅僅約10%。數字之所以會這麼低,有三個主要的原因,同時也是「協作型機器人」所強調的關鍵:成本、友善的使用者經驗,以及應用性。我們可以從經濟層面以及一些實際案例來進一步解釋新型機器人的優勢。


成本


即使公司還能聘請工人,未來越趨複雜的產品將更加需要組裝時的適應性、精確度,以及可靠性等人類難以達到的要求。根據過去的經驗,機器人的成本相當高。但是,協作型機器人僅是其四分之一的價格。再加上機器人帶給工作場所更快的周轉時間,機器人科技將會使得「企業外移」這個選項對企業不再具有絕對的吸引力。


傳統工業機器人占整體系統資產成本的25%至30%。其餘成本來自於機器人相關的編程、設定,以及專用工作區等費用。協作型機器人從開箱到運作相當迅速,有些個案甚至可以在數小時內即可完成安裝,這對時間成本管控來說絕對是一大優勢。


友善的使用者經驗


新型機器人搭配平板電腦大小的操作裝置和友善的使用者介面,讓使用者可以直接在操作面板上指示機器手臂完成動作,這就表示程式設定已經不再需要請工程師協助,可大幅縮短整體工作流程與時間;此外,你甚至可以直接抓著機器人手臂來設定出想要的運行路徑。而新型態的使用者介面兼容工業感測器和可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller;PLC),這也讓設定新工作項目時變得相當簡單。以助聽器製造商的經驗來說,該產業對於新型合作機器人直覺式的使用者體驗和精確度印象深刻,相關產業的公司都需要一台經濟實惠且靈活度高的機器人,同時,在醫學工程不斷進步的情形下生產流程需要能靈活調整,甚至要能夠應付助聽器小批量的特殊規格生產需求才行。


應用性


新型機器人強調傳統機器人所沒有的應用性以及輕巧性,許多小型零件也越來越精細,往往只有毫米大小而已。小型零件製造商都在找尋能將小零件吸出模具的解決方案,因為要以人工手動操作幾乎不可能,而對於只能平行或垂直移動的傳統機器人來說更是難以達成。


如之前所提到的助聽器工廠案例中,他們為新工作架設協作型機器人的時間僅花不到一天就完成。機器人被牢固的安裝在注模成型機後,即可以自行使用特別設計的真空系統吸出塑膠元件,同時其他更複雜的模組元件則由氣動爪取出。加上本身具備六軸活動功能,新機器人具有相當優越的機動性以及能夠藉由旋轉和傾斜將模組內的零件快速取出。整個機器人的操作約4到7秒鐘為一個循環,視生產規模以及零件大小不一。而最令人在意的投資回收期也因為生產流程最佳化的結果,最後僅需60天即回收成本。


除了可以提升效率,安裝新型機器人能夠避免員工執行一些重複性的工作,進而轉向其他更專業的任務。而且在工廠已經沒有空間專門設置工業機器人時,一台不佔空間的機器人可以大幅簡化設置難度與降低成本。


結論


經過以上實際案例的解說,我們可以了解到當機器人與人類共同合作的需求出現後,傳統的工業機器人特色就必須進化到近期的階段:「從固定安裝位置到能夠重新配置;從周而復始的重複性工作到時常變換工作;從斷斷續續到持續連貫;從空間切割到空間共享;從好幾年才能回收成本到近乎立即就有投資回收效益。」不久的將來就能看到更多機器人在新興領域的表現,改變我們的工作方式以及與科技的互動。


<本文作者目前於Universal Robots公司任職亞太區業務開發經理>


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