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2020OEM機械設計技術研討會云會議
工業機器人

你用的大牌粉餅原來是這樣生產的……

  2020年08月21日  

01 案例背景

  科蒂是一家全球化的奢侈品美妝公司,旗下擁有知名品牌如GUCCI, BURBERRY,CK等。在擴大其美妝帝國版圖的道路上,科蒂也一直在尋求生產流程的優化與創新,以保持其在業內的競爭力。

  在位于馬里蘭州的科蒂工廠里,目前四輛移動推車上安置了八臺優傲機器人,用以改良和自動化粉餅生產和包裝流程。該移動式解決方案能夠為其每年節省50萬美元,同時改善了質量檢驗和員工工作環境。

02 挑戰

  科蒂化妝品公司的項目經理Paul Baublitz講述了公司在自動化方面遇到的挑戰:“我們目前擁有12臺粉餅壓機,實現自動化的挑戰始終是如何以成本效益優良的方式實現如此大規模的操作。” 科蒂探索自動化解決方案的原因有很多,包括滿足公司提高效率的要求,以及解決操作人員無法發揮最大效能的重復性任務。先前,科蒂在探索自動化的過程中,發現當時的技術無法滿足其復雜應用的需求。

  找到了集成公司Sydorko Automation的老板Chris Sydorko,他說:“難點在于如何構建一個機器人系統,這個系統既要具有足夠強的移動性能來滿足他們的自動化需求,又要具有足夠高的成本效益來滿足他們的預算需求。”如果使用傳統的工業機器人,出于安全性考慮其無法輕易移動,這意味著科蒂必須在12臺壓機的每臺旁邊永久安置一臺機器人,這樣做會超出預算。

03 解決方案

  Sydorko將目光投向了協作自動化。他說:“優傲機器人是一個很棒的平臺。他們的機器人重量輕,使用方便,電壓低,可以在現有的環境下獨立工作,因此,我們決定試一試優傲機器人。”

  該自動化流程包括拿起裝粉餅的粉盤,并將它們放在盒子里的托盤上,然后送往不同的終端進行最終處理。在壓機中,粉末會被推入粉盤,之后粉盤會在Cognex的3D斷面儀探頭下移動,3D斷面儀將對其進行表面檢測并測量粉末在盤中的體積。

  如果粉盤通過檢測,一臺UR3機器人會根據不同的產品類別,將它們分成兩組或四組,放在一個托盤上。等到托盤裝滿,一臺UR5機器人就會拿起托盤,將其移動到紙箱處,并將其放入紙箱。隨后,UR5機器人會移動到存放空托盤的地方,拿起一個托盤并將其放回托盤準備區域,等著把下一個托盤裝滿。

移動協作式機器人

支持許多產品組合的快速轉換

  目前,這種以協作機器人為基礎的推車能夠操作多達10種不同的產品“配方”,適用于不同的粉盤形狀,如圓形、正方形或長方形,同樣適用于不同的厚度和重量,每次可從壓機中取出一到兩種產品。這種推車機器人的設計適用于多達20種產品“配方”。

  快速部署和轉換是自動化應用中需要克服的關鍵難題。得益于優傲機器人,科蒂能夠在四輛推車上分別安裝UR3和UR5協作式機器人,這些推車可以從一臺壓機推到另一臺壓機旁。

  Baublitz說:“這比在12個不同的站點上安裝機器人的性價比要高得多。從經濟角度來看,通過這種方式,不可能的項目變成了現實。賦予這些機器人移動性能,是推動項目發展的關鍵。”移動協作式機器人的設置時間(從拔掉電源,移動到一個新的壓機旁,到再次設置)通常只需15到30分鐘。

  “安裝在推車上的協作式機器人方案比在12個不同的站點上安裝一個固定的機器人的性價比要高得多。從經濟角度來看,通過這種方式,不可能的項目變成了現實。”

  ——科蒂化妝品公司的項目經理

縮短投資回報周期

改善工作環境和提高質量機器人

  得益于這個協作式自動化項目,科蒂預計每年將節省50萬美元。除了該項目的投資回報率相當可觀,科蒂還發現了其他好處。

  機器人的工作地點灰塵多、噪音大,大型壓機會產生巨大的震動。既然機器人可以在這樣的環境下工作,科蒂就能讓員工遠離這種環境,并重新部署員工,讓他們完成重復性低且更有趣的任務。

  Baublitz解釋道:“一旦該項目徹底落實,我們就會實行三班倒,使用四輛推車,每周工作5天,在該區域工作的員工數量將減少13人。這對公司來說是一個重大轉變,大大提高了效率,團隊對此也非常欣喜。”

  Baublitz還提出了一種全新的質量方案,即把Cognex檢測系統添加到自動化工作單元中。在此之前,這屬于操作人員需要執行的許多任務之一。Baublitz解釋道:“現在,一臺電腦就能完成所有這些工作。一旦發現需要改進的地方,我們可以立即做出響應。”

  UR5機器人將一個裝滿粉盤的托盤放入紙箱后,會移動到存放空托盤的地方,拿起一個空托盤并將其放到托盤準備區域,等著下一個托盤放置到UR3機器人面前。

  把協作式機器人安置在四臺移動推車上,這些推車可以在12臺壓機之間移動,這樣一來就讓科蒂化妝品公司的自動化項目成為可能。如果公司選擇使用傳統的工業機器人,他們將需要在12臺壓機的每臺旁邊安置一個固定的機器人,這樣就會超出預算。兩輛推車支撐著生產大量產品的壓機,所以很少移動。另外兩輛推車每天都要移動,通常每三個班次移動一次。

  每個粉盤由3D Cognex攝像機進行檢測,檢測結果為“通過(pass)”或“未通過(fail)”,如果粉盤未通過檢測,UR3協作式機器人會將該粉盤放入廢品箱。

  在壓機中,粉末被推入粉盤,之后粉盤會在Cognex的3D斷面儀探頭下移動,3D斷面儀將對其進行表面檢測和測量粉末在盤中的體積。如果粉盤通過檢測,則UR3協作式機器人會將其取出。

盡管生產速度快,但十分安全

  協作式機器人是為了與工作人員安全地協同作業而設計的。然而,為了滿足既定的生產速度,科蒂需要將機器人的速度和力量提升至協作限值以上。為了保護操作人員,Sydorko增設了輕質樹脂玻璃防護欄和光幕。這些防護措施不會阻礙推車的移動,但一旦工作人員打開門或穿過機器人的活躍區域,機器人會立即降至安全的協作速度。只要工作人員關上門或離開光幕,機器人就會恢復最大速度。

  Sydorko說:“我們可以將機器人設置為我們需要的速度,同時你也可以讓機器人與工作人員協同作業,這樣更能發揮作用。這才是兩全其美。”

  Sydorko經常被問到他為什么選擇優傲機器人而不是高速的傳統工業機器人。其中一個關鍵原因是,傳統的機器人無法使用低功率電源。他說:“目前,我們推車使用的電源電壓是110伏,而我們需要240伏或480伏才能運行一個傳統的工業機器人。在如此高的電壓下,移動推車會面臨極大的挑戰,操作人員也會面臨更高的風險。”傳統高速機器人的重量以及控制平臺的大小也是其中一個因素。

協作式集成工藝是取得成功的關鍵

  現如今,基于協作式機器人的系統已經建立,科蒂團隊可以在內部管理該系統。Baublitz說:“如果出現任何需要解決的故障,與我們合作的集成商隨時能為我們提供幫助。但在這一點上,我們已經運行推車數月時間,已經能夠應對自如,可以解決99%的內部問題。”

  科蒂化妝品公司的員工與優傲協作式機器人在同一工作區里工作。

  該自動化應用集成了Allen Bradley PLC,其使用以太網IP與UR3和UR5控制器以及Cognex 3D視覺系統進行通信。“通過Allen Bradley PLC,我們可以傳輸非常大的數據流,并能夠匯集我們想要的任何和所有的信息。”集成商Chris Sydorko說道。科蒂可以中央HMI來管理“配方”選擇(即不同類型的粉盤),中央HMI可以為兩個機器人控制器和攝像機提供數據,其中攝像機也可以通過以太網返回檢測數據。

  起初,科蒂化妝品公司的一些員工擔心機器人會接管他們的部分工作,但現在,由于協作式機器人幫他們做了很多繁瑣的工作,比如對每件產品進行質量檢驗,他們非常感激這些新的機器人同事。

  Baublitz解釋道:“現在,一臺電腦就能完成所有這些工作。”科蒂化妝品的項目經理Paul Baublitz說道。“一旦發現需要改進的地方,你可以立即做出反應。”

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