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彈性多/難度低 協作機器人翻轉智慧製造氣象
各領域產業及消費市場對於科技的需求,皆是型塑科技新面貌的推手。以工業環境來說,機器人的出現有利於工廠將人力花費在更具難度的設備調度上。而隨著工業自動化逐步落地,以人工智慧(AI)驅動的協作機器人(Cobot)亦已出現在工業製造環境—其挾多項優勢的導入,將可望為工業生產模式及效益帶來革新。
Universal Robots通路開發經理盧彥亨表示,工業自動化發展至今面臨的主要瓶頸有兩項,其一為靈巧/複雜度,也就是說,雖然產品組裝現已高度自動化,但有些程序如備料(Kitting)環節仍需仰賴人力協助才能完成;另一困境則體現於視覺與非視覺性的回饋,意即工業裝配作業流程中仍需人力或是機器人根據視覺/觸覺等訊號,憑經驗或「感覺」加以調整動作的力道及角度如組裝來料位置判定便為一例。
Universal Robots通路開發經理盧彥亨表示,相較傳統機器人,協作機器人具有多項優勢,可助工業製造更有效率
審視現階段台灣工業流程,以汽車產業的焊裝及組裝產線與電子製造業,為工業手臂的最大應用市場,市占率占了60%。而根據2018年機器人協會統計,目前約有300萬台機器人,其中多安裝於金屬加工、電子業等產業,因投入門檻較低,因此企業較有意願導入;其餘的產業類別則大多還未開始使用機械手臂,原因在於傳統機器人及電腦視覺技術等局限。因此協作機器人的出現,可望化為推升工業自動化的即時雨。
盧彥亨認為相較傳統機器人,協作機器人具有多項優勢,從安裝/保養方式及占地面積來看,皆具有較多彈性,且其安裝難度及操作門檻也相對較低;還有很重要的關鍵是,傳統機器人實務上到不了的地方,協作機器人則可正負360度旋轉,降低操作死角。
他進一步補充,協作機器人導入的突破口在於傳統技藝,如金屬焊接等人力嚴重外流、就業人口出現斷層的產業,他以傳統工藝技能的傳承為例,老師傅們面臨技藝無法傳承的困境,且因其勞動力的衰退,接連導致產品品質的良率降低。因此他認為協作機器人的優勢是將老師傅的經驗轉換為程式語言呈現;同時,傳統機器人因需具備專業知識因此於操作上較不便,協作機器人則可以較簡單的方式操作,技術門檻相對較低。
不過,盧彥亨坦言,面對現階段企業不願導入協作機器人的原因,可歸納為成本考量,因為初期投入成本相對於傳統機器人較高,且傳統機器人的技術發展也處於成熟穩定的階段,即使是元老級的協作型機器人製造商也僅成立近20年。他表示,以協作型機器人於半導體製程的角色來看,由於初期架設成本較高,因此主要技術門檻將不會落於設備的連線與操作,而是追求系統層面最佳化的部分。
任務枯燥/骯髒/危險都不怕 協作機器人跨金屬製造難關
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。
Vectis協作型機器人電焊機工具可以將所有硬體設備整合至一台3×6英尺的行動模組化夾具車,使金屬加工作業員可將協作型機器人投入自身工作中,或將非定點或毋須限制作業空間的工作交由協作型機器人來處理。
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)。
BWIndustrie導入的UR16e被用於處理4~14公斤的零件,有效滿足產線負重多樣化和設計靈活性的需求。
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)。
圖3 ATI熱噴塗部門主管打開HVOF火焰噴槍後便離開,讓UR10獨立執行噴塗作業。
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)。
圖4 All Axis...
UR新應用套件簡化協作型機器人部署
Universal Robots(UR)持續擴大開放生態系統UR+,近日針對受歡迎的協作型機器人應用,推出了20款經驗證的全新軟硬體應用套件。這些隨插即用的應用套件藉由減少常見應用中的重複性工程設計,可降低專案風險與複雜程度,讓企業隨時都能快速建置與部署協作型自動化解決方案,以執行表面處理、檢驗、組裝、機器管理、材料搬運、點膠和材料處理等任務。
Universal Robots產品與應用管理部門副總裁Jim Lawton表示,為滿足客戶期待協作型機器人部署能更加簡便的需求,該公司持續加速拓展UR+生態系統,導入200多種經認證的產品和400多家開發商,成為完整的協作型自動化應用平台。透過推出經認證的協作型機器人應用套件,客戶不再需要為協作型機器人逐一選擇與指定配件,單一應用套件即可為目標應用情境提供大部分的必要配件,有效縮短自動化部署與投資回報週期。
今後的UR+生態系統分為兩大領域:元件和應用套件。這些應用套件是由UR+合作夥伴所開發,他們具備深厚的應用知識,可免除部署常見應用時所面臨的重複性工程作業。
本次UR+平台共計推出20種全新的應用套件,未來亦將持續推陳出新。有些應用套件在全球均有銷售,部分則僅限於特定國家或地區取得。所有應用組合均附有「URCap」軟體,使用者可透過功能豐富的3D使用者介面,以UR協作型機器人附有的示教器直接控制所有周邊設備。
UR偕MiR砸3600萬美元建協作型機器人研發與製造中心
Universal Robots(UR)和Mobile Industrial Robots(MiR)共同宣布將在擁有「全球協作型機器人之都」美稱的丹麥奧登斯(Odense)興建協作型機器人研發與製造中心,占地約5萬平方公尺(建築物空間約3.2萬平方公尺)。此次合作在美國母公司泰瑞達(Teradyne)的財務支援下,共計投資3,600萬美元,預估2022年完工。
泰瑞達總裁暨執行長Mark Jagiela表示,UR和MiR正引領一場全球性的協作型機器人革命,為各規模企業提供自動化解決方案。泰瑞達持續積極投資於開發新產品、解決方案與銷售管道,而這座全新的協作型機器人研發與製造中心,就是該公司成長策略中至關重要的一項。很高興能以奧登斯為據點繼續發展技術,讓機器人能夠以人性化的方式與人類協同作業。作為UR和MiR的母公司,泰瑞達迄今已對這兩家丹麥的機器人新創企業投資超過5億美元。
協作型機器人(Cobot)是目前工業自動化領域成長最快的市場,其能夠與人類緊密合作而毋須安全防護的特點,為工作環境與生產力帶來關鍵助益。泰瑞達期盼藉此次全新成立的協作型機器人研發與製造中心,能進一步強化UR和MiR在全球市場的地位。
全球最大的協作型機器人研發與製造中心將座落於奧登斯的工業區,鄰近UR的企業總部現址,未來UR現有的總部建築也將成為協作型機器人研發與製造中心的一部分。日後UR和MiR仍將是各自獨立的公司,透過攜手打造具吸引力的工作環境,盼能協助兩間企業招募優秀新血,並在未來如預期般持續成長。
UR推出協作型機器人高負載生力軍UR16e
協作型機器人廠商Universal Robots(UR)在上海的中國國際工業博覽會宣布推出擁有傲人負重能力的UR16e,承載重量高達16公斤,工作範圍更廣達90公分,重複精度為正負0.05公厘,適用於重型物料與零件的處理及搬運。
Universal Robots總裁Jürgen von Hollen表示,現今在充滿不確定性的經濟環境下,製造商需要彈性靈活的自動化解決方案,以保持高度競爭力。在處理重型工作時能兼顧安全及效率的UR16e,完美符合製造商對協作型機器人的高標準要求。這款全新的協作型機器人不僅將讓我們的產品組合更豐富多元,也能協助製造商在改善效能、克服人力問題與推動業務成長時,擁有更多選擇。
UR16e讓自動化導入變得更輕鬆迅速,不論使用者是否具備相關經驗或知識,都能輕易地進行協作型機器人的編程與系統整合。如同所有型號的UR協作型機器人,UR16e從拆封、裝機到設定機器人的第一項任務,僅需花費1個小時。此外,輕巧的體積與廣達90公分的工作範圍,讓UR16e能在不影響產線運作的前提下,迅速整合至任何生產環境。
以Universal Robots創新的e-Series為基礎而開發的UR16e克服人體工學的挑戰並降低成本,UR16e的負重能力高達16公斤,不僅能解決搬運重型零件與產品時所面臨的人體工學與生產力問題,還能降低成本並縮短系統停機時間。
堅固耐用又安全的UR16e是高負載任務與CNC機械看照等作業自動化的絕佳選擇,此外,UR16e亦適用於需要極高精準度的多重零件處理。
Jürgen von Hollen補充說明,Universal Robots不斷挑戰協作型自動化技術的極限,我們希望透過負重能力更勝以往的協作型機器人,幫助所有製造商更輕易地享有自動化的加乘效益。
如同UR3e、UR5e及UR10e等其他型號的e-Series協作型機器人,UR16e配有直覺化編程流程,且內建力矩感測器與17項可調式安全功能,包括可自由設定機器人運作與停止時間、最短安全距離等,並符合EN ISO 13849-1(Cat. 3 PLd)以及EN ISO 10218-1等最嚴格的法令遵循與安全標準,保障人機協作的安全性。
安全第一 UR為協作機器人申請17項專利安全功能
隨著產業自動化浪潮襲來,協作型機器人的需求也跟著水漲船高。然而,製造環境的安全考量也不可輕忽,為確保人機協作機器人的安全性,Universal Robots(UR)協作型機器人內建17項專利保護的安全功能,讓自動化除了便捷不忘安全。
Universal Robots大中華區總經理蘇璧凱表示,Universal Robots為協作型機器人申請了17項專利保護的安全功能,是市場上最多安全專利功能的協作型機器人,也可以說Universal Robots協作型機器人是市面上最安全的機器人。另外,針對工業用機器人可能會加裝的安全皮膚等安全裝置,Universal Robots協作型機器人已經內建安全機制,所以並不須要再之出額外費用特別安裝。
蘇璧凱也指出,台灣名列全球前十大自動化國家,尤其在汽車零組件、LCD製造、半導體、金屬加工與塑膠射出等製造業的自動化發展動能強勁;此外,近年來如手搖飲料店等民生消費產業也能看見協作型自動化解決方案的蹤跡,而設定快速、安裝位置靈活且能在較小空間中作業的Universal Robots協作型機器人,獨具各關節正負360度旋轉能力,並在經安全評估後可免安全護欄,近距離與人協作等特性,為企業主的生產應用增添更多彈性,協助企業快速適應自動化生產流程,進而加速成本回收。
蘇璧凱進一步說明,儘管目前景氣的大環境並不友善,但是Universal Robots在協作型機器人的業務還是有成長,可見市場對於協作型機器人的需求量是很可觀的。過去Universal Robots在台灣的業務著重在工具機、3C產業等,現在也導入中小型企業。Universal Robots志在藉由協作型機器人和無人搬運車的合作,將人力從單調無聊、危險、無產能的工作崗位上解放,讓人力資源去經營更有價值的工作。
根據Interact Analysis預估,協作型機器人市場規模至2027年將成長逾10倍,達到75億美元。為協助各領域企業加速導入協作型自動化解決方案,Universal Robots藉由建立全球第一個由第三方末端夾治具(即機器手臂終端工具或EOAT解決方案)與其他協作型機器人配件製造商組成的生態系統UR+,為各領域與不同規模的企業創造豐碩附加價值。
多樣化的生產需求讓產業自動化應用情景越趨豐富,不僅促使工業機器人市場穩健成長,具備編程簡易、設置快速、部署靈活、投資回報期短、協同作業及安全無虞等六大優勢的協作型機器人,更成為許多企業評估自動化解決方案時的首選。為使各領域產業能更直觀地了解協作型自動化解決方案多元且彈性化的應用情境,全球協作型機器人領導廠商Universal Robots於2019年台北國際自動化工業大展期間,展出最新系列的UR5e打保齡球、雜亂物件3D取放、第七軸多組CNC銑床上下料,以及搭配2D視覺辨識進行螺絲鎖附等多元應用,大秀工業5.0時代的生產新圖景。
以PICKIT 3D視覺校正系統和ROBOTIQ 2F-85電動夾爪,搭配最新系列的UR5e協作型機器人精準抓握與丟擲保齡球,展現協作型機器人靈活且多樣化的應用可能。