“2012年機器人行業(yè)的表現(xiàn)是一個新的旺盛年頭”，這是機器人行業(yè)協(xié)會（RIA）最近出版的一篇文章的通欄標題；文章預(yù)計“2012年的機器人訂單有可能會超過2011年制定的目標，2011年標志著機器人行業(yè)的重大重新反彈”。實際上，文章引用ATI工業(yè)自動化公司首席運營官Robert Little的預(yù)測稱2012年的成長率為15%。
在這篇文章中
安川美國公司Motoman機器人分部的高級總經(jīng)理Dean Elkin說：“我覺得在食品和飲料、醫(yī)藥和實驗室應(yīng)用領(lǐng)域，將會繼續(xù)增長。”
正如下面五個案例的歷史所證實的那樣，在包裝工廠里，機器人非常活躍，而且運行良好，正在不斷地承擔(dān)傳統(tǒng)上由人類操作人員從事的工作。正如這些范例所顯示的那樣，通過在戰(zhàn)略性地點布置的、用于滿足具體包裝需要的自動化，從食品到醫(yī)藥行業(yè)的包裝公司節(jié)省了勞動力，增加了生產(chǎn)率和提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
通過自動化消滅了奶酪包裝中造成的傷害
在位于瑞典小城鎮(zhèn)G?tene的乳制品巨頭阿拉食品工廠里的21號生產(chǎn)線上，將奶酪裝入包裝箱的重復(fù)性工作正在給勞動力造成傷害。從輸送帶上以幾乎每秒鐘一塊的速度取下塑料包裹的奶酪并將其放置于包裝箱內(nèi)的正確位置上，造成如此之高的重復(fù)性緊張損傷率，以至于工廠的這個特殊部分被貼上了“紅色”工位標簽，這是健康和安全高風(fēng)險區(qū)域的代號。
奶酪包裝. 在阿拉食品公司用四臺撿拾和放置機器人取代手工包裝奶酪塊，已將生產(chǎn)線速度增加到每分鐘90塊，同時消滅了重復(fù)性緊張造成的傷害。
阿拉食品公司的項目經(jīng)理Thomas Johansson說：“這是速度高的重復(fù)性工作，會導(dǎo)致傷害，在某些情況下，所造成的傷害是永久性的。”決心采取步驟保護自己工人的健康，阿拉食品公司請Graniten工程公司提出自動化解決方案，消除自己公司工人的壓力。
由于已有空間的有限性，采用自動化解決方案取代人工并非容易的事情。Johasson說：“我們需要占地面積非常小而又能以高流量速率進行搬運的機器。”機器人必須將奶酪裝入紙板箱和可回收的塑料包裝箱內(nèi)，這些包裝箱具有不同尺寸，必須分別不同地進行包裝。“所以，我們的需求是一種非常復(fù)雜的解決方案。”
從上個世紀30年代以來，Graniten公司一直給阿拉食品公司供應(yīng)專門設(shè)計的機器，取代產(chǎn)品的手工搬運。Graniten 公司的項目經(jīng)理Martin Krewer說：“基本想法是創(chuàng)造一種更好、更安全的環(huán)境。我們的解決方案是設(shè)計一種具備兩種運行層級的系統(tǒng)：一種用于搬運板條箱和包裝箱，另外一種用于搬運奶酪。”奶酪來自于上面一層，被均勻地分配給四個包裝單元，每個單元圍繞ABB 公司的IRB 120型機器人而建造。奶酪可以從三個不同角度撿拾，讓機器人可以包裝所需要的所有各種不同樣式。
Krewer說Graniten公司選擇ABB公司最小的多用途
工業(yè)機器人IRB120型的原因之一，是這種機器人的六個坐標的運動。他解釋說：“這樣的六坐標運動給你提供極大的靈活性，可讓你做你所想做的事情。由于機器人的尺寸小，重量輕，我們可以將其安裝于生產(chǎn)線上面的墻壁上，更加方便包裝箱的裝箱工作。我們使用ABB機器人已經(jīng)好幾年了，他們的機器人總是經(jīng)過很好的測試。它們的可靠性非常優(yōu)秀。”（G?tene的阿拉食品公司的工廠已經(jīng)使用過三種其他型號的ABB機器人：一臺IRB340和兩臺IRB 360撿拾和放置機器人。）
在安裝之前，Graniten公司使用ABB公司RobotStudio的模擬程序模擬過包裝單元，為了獲得盡可能短的周期時間，對機器人的放置進行過優(yōu)化處理。為了確保可預(yù)測的最好性能動作，該解決方案由ABB公司的IRC5緊湊控制器進行控制。Graniten公司為阿拉食品公司的員工提供了50小時的培訓(xùn)，參與培訓(xùn)的30名員工中包括電工、機工以及幾位原來曾經(jīng)用手工包裝過奶酪的包裝操作工人。
在占地面積總共僅為25 x 25 英尺的地方，四臺機器人每分鐘包裝90塊奶酪，與以前兩個工人包裝的奶酪數(shù)量相同。機器人從早晨6點運行到午夜，相當于每天兩個班次。每個班次需要一個工人監(jiān)管機器人，所以，每天大約節(jié)省了16個人時的工作量。而最為重要的，在21號生產(chǎn)線上再也沒有重復(fù)性緊張造成的傷害。投資回報時間估計大約為兩年。
多種才能：在Kelly-Moore的工廠里定制的機器人手臂臂端工裝使用一套組合技術(shù)搬運三種不同類型的包裝及空托盤。
Johansson宣稱他自己對Graniten公司的解決方案非常滿意，而且補充說，現(xiàn)在從事監(jiān)管機器人，而不是手工包裝奶酪的工人對于不再暴露于潛在傷害的事實表示歡迎。他說：“雖然在這個工位上，機器人并不能從事人能夠完成的所有事情；但是，機器人肯定能完成98%至99%的工作。”
機器人執(zhí)行搬運油漆罐和油漆桶及托盤的多重任務(wù)
通過安裝量身定制的多功能機器人系統(tǒng)，位于美國德克薩斯州Hurst的Kelly-Moore油漆廠的油漆生產(chǎn)得到提升；這種機器人系統(tǒng)搬運來自于三條灌裝生產(chǎn)線上的1夸脫（1夸脫等于0.946升）和1加侖（1加侖等于3.785升）油漆罐和5加侖的油漆桶，同時撿拾空托盤。2011年11月，在年產(chǎn)300萬加侖的工廠里安裝的設(shè)備，是在2009年初在其位于加利福尼亞州圣卡洛斯姐妹工廠里成功實施了類似系統(tǒng)之后而安裝的。不過，Hurst工廠里的安裝的系統(tǒng)技術(shù)又向前邁進了一步。
在圣卡洛斯工廠里，四條包裝生產(chǎn)線由Intelligrated公司配備了兩臺機器人（一臺用于托盤上的1夸脫和1加侖油漆罐，另外一臺用于5加侖油漆桶）和互補傳送帶及Alvey托盤堆垛機。對于較小的產(chǎn)品尺寸，機器人要求使用臂端工具（EOAT），這種臂端工具采用其松散瓦楞托盤，撿拾2x2 和 3x3配置的1加侖油漆罐和3x3式樣的1夸脫油漆罐。使用Tepro Machine & Pac公司的系統(tǒng)及其Unigripper?提升工具，Intelligrated公司創(chuàng)造出一種設(shè)計，這種設(shè)計使用隨著被移動到托盤上而下降的另外旋轉(zhuǎn)真空臂，提升油漆罐和固緊托盤。
5加侖的桶油漆有自己的挑戰(zhàn)難題。這種油漆桶在蓋子上有一個2英寸直徑的傾斜口，供客戶在存放地點里傾倒油漆。但是，傾倒口不能承受真空臂端工具。解決方案是在臂端工具真空室內(nèi)定制設(shè)計一個環(huán)，在將傾倒口拉出時，這個環(huán)防止空氣流動。然后，每次提升3個油漆桶，并以嵌套配置方式將其堆垛于托盤上。圣卡洛斯工廠里的兩臺機器人還同時承擔(dān)撿拾和放置空桶的工作。
在看到圣卡洛斯的運行獲得成功之后，Hurst工廠受到啟發(fā)，將機器人添加到使用手工堆垛的三條生產(chǎn)線上。（這家工廠另外還運營兩條自己的生產(chǎn)線，這兩臺生產(chǎn)線在2005年與4條手工生產(chǎn)線合并，以便使用自動化設(shè)備。但是，沒有機器人。）Hurst工廠的廠長Calvin Chun說：“我們認識到，與先前我們購買的標準托盤堆垛機和標準設(shè)備相比，使用機器人時獲得的用途和功能更多。”
在Hurst工廠的Kelly-Moore團隊希望，從手工堆垛托盤改成自動化系統(tǒng)，將消除對操作人員造成的傷害，并提高生產(chǎn)線的效率。手工堆垛時，操作人員需要提升每件重達40磅的油漆桶。
Hurst工廠的生產(chǎn)監(jiān)工David Dillaha解釋說：“當產(chǎn)品采用人工堆垛時，一旦托盤裝滿后，操作人員必須將托盤拖走，然后返回再行堆垛另外一個托盤。所以，在產(chǎn)品裝滿托盤后，我們有一些停機怠工時間。”
為了并排運行這3條生產(chǎn)線，使用圣卡洛斯的安裝經(jīng)驗作為出發(fā)點，Hurst工廠將機器人技術(shù)向前再推進一步。要求包括臂端工裝，能夠以每分鐘40個容器的速度搬運所有3種尺寸的包裝容器和空托盤。至于有效載荷，Hurst工廠需要一種舉升能力為275磅至300磅的機器人手臂。
Intelligrated公司承接了新機器人托盤堆垛系統(tǒng)的設(shè)計、成套和安裝任務(wù)，這個系統(tǒng)包括一臺安川Motoman MPL 160 四坐標托盤堆垛機械手，配備DX 100控制器和定制設(shè)計的臂端工具。Intelligrated公司的高級控制工程師Greg Koble解釋說：“我們在末端效應(yīng)器上配備有一組各種裝置。至于托盤的撿拾，我們有旋轉(zhuǎn)向下抓取托盤的氣動手臂。有關(guān)這個方面，或許最為重大的，是我們有一個Tepro公司設(shè)計的利用真空鼓風(fēng)電動機的末端效應(yīng)器。這是一種特殊設(shè)計，因為它不僅能夠抓取和提升3個重桶，而且還能抓取托盤上的較小油漆罐。所以，我們使用一種末端效應(yīng)器搬運兩種完全不同類型的產(chǎn)品。”
Intelligrated公司還供應(yīng)了托盤輸送機和分配機、Lantech公司的拉伸膜纏繞
包裝機以及將油漆罐輸送到托盤堆垛區(qū)域的一臺Accuglide?零壓力累積包裝箱輸送機，輸送機上安裝有特殊產(chǎn)品擋頭，將來列成形區(qū)域與累積區(qū)域分開。據(jù)Hurst工廠的廠長Calvin Chun說：與標準鏈條式輸送機相比，“我們發(fā)現(xiàn)，使用AccuGuide，設(shè)備維護工作量較少，材料流動較好，死點較少。”
Hurst工廠的生產(chǎn)監(jiān)工David Dillaha說，自從安裝機器人托盤堆垛系統(tǒng)以來，Kelly-Moore Hurst工廠的運行生產(chǎn)率已經(jīng)增加了50%，而同時從生產(chǎn)線上削減了3名操作人員。他補充說，工廠里堆垛好的托盤負載質(zhì)量也得到提高。“包裝更加精確。采用手工勞動，一個操作工人與一個操作工人之間會出現(xiàn)不一致，而且托盤上的包裝緊密度也會不一致。”
“實施工作進行得非常成功和干凈利落，不僅設(shè)計方面如此，而且在實施之后，也沒有什么遺留問題；Intelligrated公司采納了我們的不少概念，并將這些概念活用于這套裝置中。實施工作完成之后，我們不必進行任何重大改造或修改設(shè)備。”
采用“瘋狂手”包裝香腸托盤
“Manos Locas,” 或 “瘋狂手”：這就是美國馬薩諸塞州Woburn市Kayem食品公司生產(chǎn)線上的操作工人用以稱謂2010年秋安裝的由JLS自動化公司供應(yīng)的新Heron機器人包裝系統(tǒng)的名稱。Kayem食品公司是一家由第四代人經(jīng)營的家族式生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)供零售業(yè)和食品服務(wù)業(yè)用的香腸、“熱狗”（法蘭克福香腸）、火腿和切成片狀的午餐肉等食品。這家公司運營兩間工廠：一間在馬薩諸塞州的沃本（Woburn），另外一家在切爾西（Chelsea），每周生產(chǎn)能力分別為50萬磅和150萬磅。
三年以前，Kayem公司決定通過優(yōu)化雙聯(lián)香腸高速生產(chǎn)和包裝線，實現(xiàn)沃本(Woburn)4萬平方英尺新鮮和冷凍工廠現(xiàn)有占地平方面積的最大化。作為升級改造的一個組成部分，Kayem公司考慮了各種方案，準備采用自動化解決方案取代手工將香腸放置于聚苯乙烯包裝盤上的重復(fù)性動作任務(wù)。起初對非機器人方案進行了評估，然后放棄了；后來，Kayem公司克服了對機器人的惶恐，向JLS自動化公司開誠布公地講述了自己的自動化需要。
正如Kayem公司新鮮香腸分部負責(zé)制造的副總裁Matt O’Malley解釋的那樣，對設(shè)備的重大要求之一，是設(shè)備要能輕柔地搬運質(zhì)地柔軟的香腸，而同時不能留下任何損傷印記。他回顧說：“JLS自動化公司的首要挑戰(zhàn)難題，是證明他們的技術(shù)能夠搬運潮濕的新鮮香腸段；那是最大的障礙。JLS自動化公司在位于賓夕法尼亞州約克市的現(xiàn)場完成了初步試驗，我們最大的驚訝時刻發(fā)生于在完成試驗的過程中，看到設(shè)備實際撿拾和放置香腸的時候。”
O’Malley補充說，同樣至關(guān)重要的還有能否徹底對設(shè)備進行清洗，以便滿足Kayem公司嚴格的美國農(nóng)業(yè)部有關(guān)衛(wèi)生方面的要求以及有關(guān)工作于機器人臨近周圍操作人員的安全要求。就速度而言，自動化解決方案需要能夠?qū)崿F(xiàn)緊靠其前的香腸填塞機和連接機產(chǎn)量的最大化，而且要具備容易變更的靈活性，以適應(yīng)不同直徑的香腸。
JLS公司對此的響應(yīng)措施，是一套量身定制的解決方案，Heron托盤包裝系統(tǒng)；這套系統(tǒng)包括一個機器人工作單元，配備ABB機器人公司出品的兩臺ABB FlexPicker? IRB 360型全不銹鋼沖洗級別的撿拾和放置機器人、一套具備輸送機跟蹤的ABB PickMaster? 視覺系統(tǒng)、JLS公司的“板載真空”臂端工具、一臺JLS托盤拆套器以及兩套輸送機：一套不銹鋼輸送帶，負責(zé)將產(chǎn)品從連接機排出口運送通過以視覺為基礎(chǔ)的產(chǎn)品檢驗和“撿拾”區(qū)域，另外一套刮板輸送機，負責(zé)將托盤從拆套器運輸通過Heron機器人單元，進入纏繞機送料輸送帶上。
食品安全：機器人撿拾和放置工作單元滿足Kayem公司的主要需要之一：可以徹底進行清洗，滿足美國農(nóng)業(yè)部的衛(wèi)生要求。
工廠驗收試驗（FAT）在JLS公司的約克工廠進行，借助Reiser公司慷慨借用的他們公司的一套高速連接和切割系統(tǒng)，模擬Kayem公司工廠的生產(chǎn)速度。O’Malley 解釋說：“為了確定Heron系統(tǒng)是否能按額定速率運轉(zhuǎn)，用手工方法送料的速度根本不夠快。我們所能做的，就是在JSL的試驗區(qū)域，以額定速度運行產(chǎn)品，以不同配方產(chǎn)品（產(chǎn)品數(shù)量和托盤尺寸）運轉(zhuǎn)設(shè)備。”
由于事實證明可以滿足Kayen公司的要求，于是，在2011年秋在沃本（Woburn）工廠安裝了“Manos Locas”(“瘋狂手”)，包裝兩種類型的香腸：4英尺長，35 – 38毫米直徑雙聯(lián)豬肉晚餐香腸和4英尺長，19毫米直徑雙聯(lián)膠原蛋白早餐香腸，有三種托盤顏色和五種尺寸，6、8、10和14根裝的各種品種。據(jù)O’Malley稱，JLS公司設(shè)計的真空臂端工裝可容易地在3至4分鐘的時間內(nèi)進行更換，適應(yīng)不同香腸直徑的要求，這樣的操作每天至少要進行一次，有時要進行兩次。
O’Malley報告稱，自從安裝以來，Kanyem公司的生產(chǎn)線效率已經(jīng)提高了50%，香腸產(chǎn)品的首件質(zhì)量通過率增加了25%。他解釋說：“第一個證據(jù)，是產(chǎn)品上不會有手工操作的變化。有名的笑話是機器人從不請病假，所以，可以按額定速率運轉(zhuǎn)，并保持額定速率。
“至于首件質(zhì)量通過率增加25%的問題，我認為可歸結(jié)為人手不接觸產(chǎn)品的緣故。產(chǎn)品從連接機下來，直接被送到托盤上。并不是說，手工操作時，有人故意對產(chǎn)品進行誤操作，而是因為大拇指的一個誤動作，就會留下拇指手印；這樣，就會需要將產(chǎn)品剝開，重新進行填塞。”
O’Malley承認，在與JLS公司合作之前，對于Kayem公司的職工而言，機器人有點神秘。他說：“JLS公司解除了我們對機器人的恐懼。客戶服務(wù)團隊的工作非常杰出，不僅幫助我們進行最初的啟動，而且JSL公司還與我們結(jié)成合作伙伴關(guān)系，共同解決后來出現(xiàn)的任何障礙。“
自從安裝以來使得生產(chǎn)線順暢運行的還有一套遠程監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，JLS公司將其稱之為預(yù)防性維護保養(yǎng)；當出現(xiàn)問題時，這套系統(tǒng)讓供應(yīng)商能夠與Heron系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流聯(lián)系。”O(jiān)’Malley說：“JSL公司可以登錄，實際查看運行情況，從約克市遠程處理故障，不需要任何人搭乘飛機，也不需要我們停止生產(chǎn)線運行和花費一天半的時間查找問題。對我們而言，這是一份很大的資產(chǎn)。”
效率提高的結(jié)果，給Kayem公司增加了額外的能力，Kayem公司希望利用對Kayem公司自己品牌和Al Fresco香腸產(chǎn)品以及其定牌產(chǎn)品感興趣的新客戶填補新增的能力。Kayem公司也已在切爾西工廠使用JLS公司的自動化設(shè)備進行了推進，包括烹調(diào)燒煮真空包裝產(chǎn)品的一次包裝、二次包裝和三次包裝作業(yè)。
O’Malley說：“我建議企業(yè)讓JLS公司進來提供一些解決方案。我認為如果你敞開思想，你會對他們給你做的事情獲得深刻印象并為之感到驚奇。”
