以下將分享四個協作型機器人在焊接和金屬製造領域中的應用，展現協作型自動化在金屬製造業的潛力。
金屬製造商以協作型焊接機器人提升生產率/利潤
像總部位於威斯康辛州的Processed Metal Innovators(PMI)正面臨焊接人員嚴重短缺的困境。PMI營運副總裁Erik Larson表示，大量的焊接需求使得該公司在招募人力上不得不一再降低標準，依目前的工作量評估，必須要再多僱用30多名焊接工以符合生產需要。藉由一次導入簡易機械沖壓應用的機會，PMI認識Universal Robots，該應用透過雲端連結UR協作型機器人進行作業，並在系統整合商Hirebotics的協助下完成應用導入設定，並依機器人使用時數支付費用。Hirebotics和北美焊接工具租賃商Red-D-Arc Rentals、工業氣體供應商AirGas與AirLiquide等攜手合作，開發出由UR10e協作型機器人驅動的BotX Welder自動化焊接解決方案。
Larson認為此一解決方案可被視為小型焊接工作的未來，回憶導入過程時他提到，Hirebotics在短短兩個小時內即完成BotX的安裝，而PMI團隊在安裝完畢的30分鐘之後便能開始執行程式。使用者透過BotX的App端即可執行已預先編程的焊接作業，這些編寫好的程式中包含多種經過認證的焊接製程，一旦設定完畢，任何操作員都可以操作。
在BotX中運作的系統程式皆獲得專業焊接人員的知識支援，協作型機器人所使用的每一個焊接角度、方向、速度和每個零件設置都需要經認證的焊接人員協助編程設定。在設置BotX之後，協作型機器人將執行焊接作業中最容易實現自動化的環節，藉由讓焊接人員專注於亟需人力鑑別和補焊的流程，可以創造翻倍的生產效率。如今人們在PMI的工作變得更有保障，焊接人員不僅執行焊接作業，更負擔起直接管理協作型機器人的責任，而這歸功於協作型自動化帶來的產能成長，也使得該公司擁有更高的競爭力來開發更多業務。
由於PMI的批次生產量低至20個，無法使用傳統的自動化解決方案，也無法享受其所帶來的品質優勢，但憑藉BotX的簡單編程和靈活性，即使在最小產量的運作期間，也能實現自動化的高品質。Larson表示，BotX提供了人工作業無法達到的生產一致性，當設定好特定的焊接位置，協作型機器人就會在該特定位置完成作業。舉例來說，如果設定焊接點為兩英吋，那無論由誰來執行程序或擺放零件，每個焊接點都將是兩英吋。然而，若採用傳統手工焊接，焊接人員不一定能準確地理解兩英吋代表的意義，結果可能導致每個焊接點為一又四分之一英吋或一英吋半，也有可能因焊接人員的誤解，導致每個焊接點之間都相隔兩英吋或兩英吋半。協作型機器人可以排除這些不必要的猜測，以確保焊接作業在正確位置進行。
機械工廠導入協作機器人 執行去毛邊作業提高產能
而法國機械工廠BWIndustrie對於金屬零件處理和工具機方面的應用並不陌生，他們過去即曾在工廠裡導入五台協作型機器人。最近，BWIndustrie將最新的UR16e協作型機器人部署在具高負重需求的去毛邊應用中。以往這些去毛邊作業都是由人工來完成，工廠作業員每次要搬運4~14公斤的零件，日復一日地舉重負荷導致嚴重的職業傷害。該公司每年的批次生產量落在300至300,000個零件不等，他們希望即使各個零件的尺寸、形狀和重量有很大的差異，仍能保證複雜的去毛邊作業具一致性。
而UR16e不僅可以完成工作，且機器人從交付到正式投入生產僅需短短兩週，創下BWIndustrie歷次導入以來的最短紀錄。此外，當訂單數量達到巔峰時，一般被認為必須採用傳統自動化作業才能達成的高產能，在導入協作型機器人後也能被常態實現。
在BWIndustrie的工廠中，UR16e位於一個被表面銑頭、帶式砂磨機和多種粒度尺寸的砂輪等去毛邊工具所環繞的開放式空間，尚未完成的零件放置在簡易的進料盤中，由協作型機器人一一取出，並透過一系列的處理步驟來達成指定的表面光潔度，最後機器人會將完成的零件放入出料盤(圖2)。
航太業維修導入協作型機器人至熱噴塗環境
位於德州的航太業維修中心Aircraft Tooling(ATI)則曾面臨將高速氧氣燃料(HVOF)熱噴塗作業自動化的困境。熱噴塗部門主管Juan Puente便表示，傳統自動化解決方案的成本太高，該公司看過的鑄鐵機體積都太過笨重，沒辦法輕易在限定空間內移動；且傳統自動化解決方案不僅編程困難，所有作業又都需要額外的安全防護措施，無法實現於小型零件的熱噴塗作業。他們後來所選擇的UR10因成本僅為傳統機器人的一半、可以靈活拆卸並轉移至其他產線上應用，且毋需額外的圍欄或防護措施，同時解決成本和利用率等問題，成功滿足需求。
最初，嚴苛的熱噴塗環境讓ATI對於UR10的耐用性產生疑慮，因為ATI所使用的碳化鎢有可能損毀暴露在外的機器人軸承；但在導入三年以來，UR10的軸承中並沒有粉塵入侵，更毋須為此維修。此外，Puente也回憶當時的另一個顧慮，表示該公司也擔心噴槍的後座力可能使協作型機器人失去平衡或干擾其伺服功能，因此試圖用最大的壓力讓機器人反彈，結果UR10不動如山，絲毫不受影響。而該結果對控制系統整合商Olympus Controls來說並不意外，協助ATI導入此解決方案的Nick Armenta表示，很多人都認為協作型機器人非常脆弱，但事實上剛好相反，它們密封防塵且耐高溫，在特定極端環境下也能像在無塵室裡一樣穩定運作，非常耐用。
為節省廠房空間，ATI以倒立方式安裝UR10，儘管如此，這台機器人仍然能以恆定的速度進行均勻噴塗，作業人員因而可輕鬆在產線間移動而不妨礙機器人運作；此外，ATI借助Universal Robots的教學編程系統，僅花四個小時便完成安裝，現在他們正準備再添購兩台協作型機器人，導入視覺和品質檢測環節，以進行更複雜的應用(圖3)。
金屬加工商整合舊式機械提一站式解方
至於同樣位於德州的All Axis Machining利用CNC機械、雷射刻印工具和EDM線切割機，生產大量混合物料和少量零件。像許多小型機械工廠一樣，他們面臨整個企業中產生連鎖反應的人力短缺問題。負責人Gary Kuzmin表示，人力不足導致該公司無法按時交付訂單給客戶，進而影響該公司的競爭力和利潤。儘管試圖從傳統自動化解決方案中尋求出路，結果卻不盡人意。All Axis Machining使用大量的舊式機械，然而在傳統的機器人解決方案中，單一機械只能為單一應用進行專門的編程設置，為了實現所有產線自動化而犧牲廠房空間的作法顯然並不合理。協作型機器人即為解決此一困境而生，且立竿見影，為All Axis Machining取得利潤增加60%、零件初次交付提前2到5個月、主軸正常運作時間從8小時增加到20小時等顯著成果。由於UR10的重複精度達0.1毫米，使打磨和去毛邊的品質也得以提升。操作人員能夠透過一系列訓練模組，學會操作如Universal Robot開發的直覺化編程介面，將自己對機器使用的專業知識有效應用於協作型機器人的程式優化中。此外，為了能夠每天處理20多種不同的零件，像All Axis Machining這種產線高度混合的工廠，必須能在5到10分鐘內快速轉換生產模式，而像是為Universal Robots提供終端應用套件的平台UR+，便能滿足這個需求(圖4)。
All Axis Machining相信UR能夠幫助製造商順利贏得訂單，因此成立一家新公司All Axis Robotics，將Universal Robots整合舊式機械，為面臨類似挑戰的製造商開發一站式解決方案。在可見的未來中依然存在人力短缺的情況，對於訂單和工作的需求仍會持續增加，但All Axis Machining並不會為了取得更多利益而藏私，也不擔心將其自動化策略售予其他公司進而導致損失。Kuzmin認為該公司更著眼於勞動力而不僅止於商機，而對該產業來說，商機隨處可得。
協作型機器人為製造商帶來效益
無論是金屬焊接、操作零件，或是管理整個生產線上的機器和流程，像是Universal Robots及其具彈性的UR+生態系統都能在品質、生產力、勞動力、空間和安全性方面帶來效益。上述的例子和該公司在網站中登載的100多個安裝實例，幾乎都在一年內取得投資回報，並使具備少量多樣生產特性的製造商得以保持競爭力，並從中獲得較大的價值。
(本文作者為Universal Robots大中華區總經理)
