由于注塑行業(yè)招工難，Dynamic Group集團公司便致力于實現其公司手工作業(yè)的自動化。該集團公司的CEO(首席執(zhí)行官)Joe McGillivray在描述這個挑戰(zhàn)時表示：“幸運的是，我們企業(yè)位于一個高薪酬和低失業(yè)率的地區(qū)，通常來說這很好，但是對于一個企業(yè)的經理來說則意味著某些挑戰(zhàn)。”現在，Dynamic Group集團公司在3項不同的應用中采用了人機協作式機器人。第一部機器人用于實施一個完整的機器作業(yè)周期：在進行注塑作業(yè)時，由該機器人夾緊注塑機里的幾個零件。而這些將要進行注塑作業(yè)的零件來自于一個醫(yī)藥器具，是被人們稱作是該醫(yī)藥器具脊柱的關鍵性零件。
圖1 當機器人將一注塑的工件落到滑板上時，UR機器人便報警并激活一個傳感器，提示工作人員接收工件
熱敏感件要求劃一的作業(yè)周期
完成壓鑄作業(yè)后，該機器人進一步將工件送至一臺去毛刺設備。為了繼續(xù)進行加工，需要由一名操作人員擺放這些工件，最后按動按鈕，重新啟動去毛刺加工流程。
該應用用于完成一種帶有極端熱敏零件的醫(yī)藥器具的生產作業(yè)。作業(yè)中，每個具體的零件都必須有完整的作業(yè)周期。Joe McGillivray說：“在這里我們的困難是，由于我們企業(yè)采取的是輪班作業(yè)制，且各個班次的作業(yè)步驟不同。但是我們必須還要生產出如手工藝品那樣完美無缺的零件。”
圖2 一臺UR 10機器人正在注塑作業(yè)中工作
Joe McGillivray還說：“由于應用了通用機器人技術(UR)的UR10機器人臂，如今，我們企業(yè)的作業(yè)完全實現了穩(wěn)定劃一的作業(yè)周期。以前，我們企業(yè)的每個班次需要三個機器操作人員。而現在，我們一天三班制生產，每班只需要一個機器操作人員。這樣，我們企業(yè)的生產能力實際上便翻了兩番，而且在作業(yè)中廢品顯著減少，幾乎達到了零廢品率。對于我們來說，本次機器人應用特別成功。”
零件由機器人夾住、擺放并進行控制
Dynamic Group集團公司的第二個注塑作業(yè)應用中采用的是一部傳統(tǒng)的笛卡爾機器人。該機器人使注塑的工件不停地落下，然后，由一部UR機器人夾住工件。接著，該機器人將該工件擺放到一個去除注塑冒口的設備里，并且將其碼垛并送至負責檢查這些工件的一名工作人員面前的工作臺上。過去，這些工件是落到一個傳送帶上，工作人員必須在傳送帶卸料前將這些工件截住。此外，落在傳送帶的工件還常常會出現損壞。
Joe McGillivray說：“過去，對于工作人員來說的特殊挑戰(zhàn)是：他們必須要與機器保持同一步驟。工作人員要確保在其要進行去飛刺作業(yè)時工件不能落下來。 這樣做的結果是會導致出現很多有瑕疵的工件。如今，我們仍然為這部分作業(yè)只投入一名工作人員。與之前從事該步驟作業(yè)的工作人員相比，這名工作人員完成此作業(yè)步驟僅需要原先該步驟作業(yè)時間的四分之一，此外，作業(yè)是在更加人性化的條件下進行。”
圖3 Dynamic Group集團公司將在注塑作業(yè)中使用由供貨廠家事先已經裝有碼垛程序的UR機器人，該UR機器人負責將注塑好的工件送到工作人員面前的工作臺上
Dynamic Group集團公司在作業(yè)應用中采用的第三部機器人是用于確保作業(yè)中調整配合的。UR10機器人借助于真空抓手抓住一個被稱作“貝殼”的工件，即塑料盒的下部，然后將消毒巾和食鹽溶液放入其中。接著，將該裝有消毒巾和食鹽溶液的塑料盒推送到傳送帶上。 在采用這第三臺機器人之前，為了實現該作業(yè)步驟的配合，Dynamic Group集團公司需同時投入6～7名工作人員。Joe McGillivray說：“過去，我們公司對該項作業(yè)要求快速，且作業(yè)量很大，但是效益卻不高。而現在，我們?yōu)樵撟鳂I(yè)步驟僅需投入兩名工作人員。而且，一名真正的初學者在首次進行作業(yè)時便能夠非常成功地掌握該項作業(yè)的技術，這完全出乎人們的意料，令人十分驚訝。在采用第三臺機器人后的兩個月里，我們就收回了投資，甚至還能夠繼續(xù)改善公司的效益，因為我們已經能夠快速將機器人調整至可以進行其他生產作業(yè)。”
人-機器人-合作式機器人臂的用戶界面便于操作
開始時，Dynamic Group集團公司曾認為無法實施這樣靈活且高效的自動化技術解決方案。Joe McGillivray說：“當開始尋找自動化技術解決方案時，我認為裝備每部機器人都得要花費幾十萬美元，而令我擔憂的是，我們必須裝備不止一臺6軸機器人，甚至是必須裝備人機協作式機器人。”當時Joe McGillivray還認為，他們必須要花大價錢雇用一名程序員或是工程師才能使這樣靈活且高效的自動化技術解決方案順利投入使用。他表示：“我本人并不是工程師，但是，我在機器人供貨后的一個小時之內便能夠架設好機器人，并可以開始試著進行第一次作業(yè)。該人-機器人-合作式機器人的用戶使用界面大，編程極其簡單。我之前對設備投資和需要雇用程序員的估計完全錯了。”
圖4 Dynamic Group集團公司將3D打印的機器人臂端工具和UR機器人應用于注塑作業(yè)
Joe McGillivray表示，在機器人單元安裝好以后，Dynamic Group集團公司的自動化工程師 Travis Oksendahl只用了大約兩天時間便完成了機器人的程序化。“我想說，與常規(guī)的機器人相比， UR機器人并不復雜，采用‘Drag –and -Drop’應用便能夠進行程序化。” Joe McGillivray又說，“機器人還可借助于‘教學’(‘Teach Modus’)方法實現程序化。”他說，“在此，操作人員可簡單與機器人臂‘攜手’，將機器人臂引向其應到達處，并使機器人找到應動作的點。當設置了所有的點后，操作人員按動按鈕啟動，機器人便能夠按照程序開始運行。”
一家位于明尼阿波利斯的注塑機生產廠家可在最短時間內使其UR機器人能夠接受整套新作業(yè)任務的指示。Joe McGillivray總結說：“我們所有的機器人均安置在帶有滾輪的底座上，可隨意搬動，在進行作業(yè)時，可從一部注塑機推至另一部注塑機。由于機器人可簡單實現程序化，所以，我們能夠如此之快且靈活地實現機器人的使用。這樣，我們便能夠有效地應對我們行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。
安全機制可使機器人在遇到障礙時立即停止
與通常必須固定安裝在安全圍欄后面地板上常規(guī)的僵硬的機器人不同，UR機器人具有機動性。UR機器人可在成功通過風險評估后，與工作人員在最近的距離范圍內共同進行作業(yè)。通過植入一個安全機制便能夠實現當機器人在遇到障礙時立即止住。Dynamic Group 集團公司的經理介紹說：“我們的工作人員與機器人攜手工作，人與機器人之間不需要設置安全圍欄。這對我們來說意味著，能夠在機器人的生產作業(yè)中節(jié)省必要的生產時間和生產成本。此外，也能夠節(jié)省廠房的使用面積。我們能夠在一個明顯更小的周轉面積內設置更多的自動化裝置。”
Dynamic Group集團公司使用的UR3、UR5、UR10這三種類型的通用機器人均采用了一種專利技術，以檢測機器人臂關節(jié)鉸鏈里的電流，同時借助于檢測來確定機器人臂的力和動作。當檢測發(fā)現機器人臂關節(jié)鉸鏈內的力超出極限值時，機械臂便會自動止住。不同型號的通用機器人最大能夠將作用力降低 50?N。
圖5 Dynamic Group集團公司的所有權合伙人兼CEO Joe McGillivray正在用一個直觀的觸摸屏對一臺UR 10通用機器人進行程序化
Dynamic Group集團公司的CEO Joe McGillivray補充道：“我曾經想要知道機器人的安全系統(tǒng)能夠怎樣有效地發(fā)揮功能， 當通用機器人的銷售伙伴Braas公司首次介紹，使我們了解到這種機器人時，我想讓他們允許我觸摸機器人。他們編寫了一個程序，使我能夠在機器人來回擺動時阻止機器人。 在阻止機器人擺動時，我一點兒也沒有感到吃力，機器人準確地在我期待它止住的位置停下了。”
當機器人通過安全機制停下后，不需要程序員或工程師的幫助，操作人員只需要按動觸摸屏上的第二個按鈕，便可重新啟動機器人。Dynamic Group集團公司的CEO Joe McGillivray說：“與通常的工業(yè)機器人相比，工作人員只需經過最短的培訓，便能調整和操縱機器人，使之實現良好地運行。”
機器人取代單純的體力作業(yè)，并且能夠節(jié)省更多的作業(yè)空間
在Dynamic Group集團公司，過去工作人員從事的勞動任務現在廣泛地由機器人替代完成，但是機器人并沒有掠走工人的工作崗位。過去該集團公司一名從事注塑手工作業(yè)的工人說：“我們想要更好地發(fā)揮現有勞動力的能力，而不同于過去只是單純地作為勞動力使用，現在，我們想要充分發(fā)揮作為工人的創(chuàng)造力。”如今，這名工人只負責指導工作人員如何與機器人相處的培訓業(yè)務。他又說：“在作業(yè)中，通用機器人對我們作業(yè)人員的工作起到輔助作用。我們減少了每個作業(yè)部分所需的勞動力，這樣便能夠給工作人員分配更有技術含量的工作任務。”
如今，Joe McGillivray以及他的團隊正在為在其企業(yè)的生產中，如何進一步實施機器人作業(yè)而努力。他們下一步的任務是：直接在注塑機上安裝較小型人-機器人-合作的臺式通用機器人，即UR3型機器人。Joe McGillivray說：“對我們來說，相對容易做到的是實現連接通用機器人的數量并使每部機器人具有良好的可接近性。隨著能夠實現快速更換工具，我們將能夠實現使用機器人完成更多加工工件數量大幅度浮動的注塑作業(yè)。我們計劃為機器人臂集成一個照明結構裝置，借此我們便能夠將加工的工件置于放大鏡下進行檢測。我們現在非常期待這項應用的實施。”
