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制造企业目前正在努力应对劳动力短缺、运营成本上升和提高生产率的无情压力。为了应对这些挑战，许多公司正在转向机器人解决方案。根据国际机器人联合会（IFR）发布的《2024年世界机器人报告》，世界各地的工厂继续高速采用机器人：新的全球平均机器人密度在2023年达到创纪录的每万名员工162台，是七年前的两倍多。
图片来源：Salas O’Brien
通过承担危险任务、确保始终如一的产品质量和全天候运行，机器人正成为一种极具吸引力的解决方案。但机器人项目的实施很少是“现成的”，需要仔细规划和定制。从初始评估和设计阶段到安装、集成和持续支持，交钥匙机器人项目的每一步都需要密切关注技术要求、环境条件和长期可扩展性，以便成功地将机器人技术集成到其生产运营中。
机器人在工厂中的典型应用
机器人解决方案已经改变了一些领域的制造格局，例如汽车行业的装配和测试，但在帮助工厂实现更高的效率和解决劳动力挑战等棘手问题方面，仍有许多潜力可以挖掘。机器人在工厂中一些最常见的应用包括：
高速拾放机器人可高效处理需要装箱的产品。这些机器人可装载吸塑包装单元或其他包装材料，管理枕式包装机的进料飞行，并在出料输送机上形成矩阵。通过使用与视觉系统集成的专有分拣软件，这些机器人可以识别部件的位置方向和类型，并将任务分配给相应的机器人进行精确处理。
2原厂包装（二级包装）
机器人在装箱方面表现出色，能有效地将产品分组并装箱控制工程网版权所有，以便配送。中低速拾放系统通过优化包装箱内的空间利用控制工程网版权所有，在层与层之间放置层板，减少运输过程中的损坏，提高整体包装效率，从而确保纸箱、瓶子、罐子、小袋和袋子的包装质量始终如一。
3码垛（三级包装）
码垛机器人自动将产品堆放在托盘上，为装运做好准备。这些机器人可以管理各种产品和包装配置。例如，它们可以处理一个或两个托盘构建站的单个进料www.cechina.cn，使用固定机器人处理相应托盘构建站的多个进料，或者使用线性轨道上的机器人处理多个托盘构建站的单个进料。这种自动化提高了装载过程的安全性和效率，显著降低了与手动码垛相关的受伤风险。
4仓库分拣
在仓储中，机器人通过快速准确地从仓库中检索物品并准备发货，彻底改变了拣选流程。这些机器人在仓库中导航，定位产品并将其运送到包装站，大大减少了手动或机器人拣选所需的时间和精力。
5协同包装
在许多操作员需要将产品重新包装成多件包装或促销品（如牙膏与牙刷共同包装）的环境中，机器人可以将产品迅速组合成所需的配置，从而高效地处理重新包装过程。机器人系统的灵活性还允许对不同的产品组合进行快速调整，使其成为处理多样化和频繁变化的包装要求的理想选择。
6贴标签、装箱/装盘
机器人还可用于贴标、装箱或装盘流程。它们可以精确一致地贴标签控制工程网版权所有，减少错误并确保所有包装都正确标记。此外，机器人还能从扁平坯料上竖起箱子或托盘，为灌装和包装操作做好准备。
7配套
在配套应用中，机器人可以预先组织用于机器人装箱或组装的物品。此过程在电子等行业中特别有用，因为在这些行业中，多个小零件需要组合到一个包装中。
8机器辅助
机器人越来越多地用于机器看管，例如从机器上装卸零件。此应用在计算机数控加工、注塑成型和其他自动化制造过程中很常见。通过自动执行这些任务，机器人使人类操作员能够专注于更复杂和增值的活动。
9组装
在装配操作中，机器人执行高度重复的任务，例如焊接、拧紧和将组件装配在一起。它们提供精度和可重复性，确保每个产品都按照精确的规格组装。这种自动化提高了产品质量和一致性，同时减少了装配时间和人工成本。
这些典型应用展示了机器人解决方案在各个制造领域的多功能性和影响，以及工厂工程师可以寻找机器人解决方案来解决自身流程中的挑战。
交钥匙机器人项目的执行步骤
一家顶级奶酪制造商需要在不使用传统纸箱或箱子的情况下快速冷却40 磅重的奶酪块。为了解决这个问题，Salas O'Brien 团队实施了四个定制的机器人单元来实现整个过程的自动化。该团队精心规划和执行了每个步骤，从将奶酪块装入可重复使用的托盘中以快速冷却，然后码垛和重新堆叠空托盘。
交钥匙方法使工程专家能够分阶段执行这个复杂的安装计划，而不会对客户的日常运营造成任何干扰。因此，客户的制造过程变得更加高效、可持续且更具成本效益。交钥匙机器人项目的典型步骤是：
1投标前-应用评估
初始阶段涉及全面的应用评估，从工厂演练开始，以确定潜在的自动化领域。在这些检查过程中，工程师会寻找阻碍生产效率的瓶颈，并寻找可以从机器人解决方案中受益的高度重复性活动。这种全面的分析为创建针对工厂特定需求量身定制的自动化计划奠定了基础。
2订购后-工程和设计
下订单后，重点就转移到详细的工程和设计上。此阶段包括执行风险评估和安全审计，以确保拟议的机器人解决方案不仅能提高效率，还能维持安全的工作环境。工程师与客户密切合作，设计与现有运营无缝集成的系统，并解决已识别的瓶颈和重复性任务。
3安装-FAT
在安装阶段，对机器人进行编程并进行工厂验收测试 （FAT）。此过程可确保机器人按预期运行并满足所有性能标准。操作员系统培训也是此阶段的关键组成部分，为工厂人员提供有效操作和维护新机器人系统所需的技能。该培训有助于确保技术的平稳过渡和最佳使用。
4售后支持
安装后，强大的技术支持对于保持机器人系统的性能和使用寿命至关重要。这种售后支持包括保修服务、持续培训和售后协助，以解决可能出现的任何问题。持续的支持可确保工厂能够充分利用自动化的优势，并长期保持高生产率水平。
机器人应用的工程注意事项
在现有的工厂设施中实施机器人技术时，一些最常见的考虑因素包括：
01生产率
为确保效率，请确定最大稳态生产率，包括任何浪涌要求。考虑升级上游设备速度的计划。评估枕式包装机进料叶片、泡罩包装、纸箱、箱子或托盘的产品数量和模式。评估从拾取到放置的零件方向以及对翻盖遏制、隔板或层板的需求。确保部件在机器人面前呈现一致；如果不一致，则可能需要视觉系统。使用拣选软件优化拣选顺序、部件定位和负载平衡，以便多个机器人单独或分组处理同质或不同的部件。
02环境因素
操作环境会显著影响机器人的设计和功能。确定是否需要高压或高碱性洗涤，尤其是在蛋白质加工中。指定入口处防护（IP）要求，例如肉类和家禽环境中的IP67低压喷雾或IP69K高压喷雾。如果机器人无法满足IP69K要求，则可能需要经批准的外壳护套。
评估工作温度范围和湿度水平。尤其是对于腐蚀性环境，确定机器人的哪些部分与腐蚀性产品连接，以及是否需要外部涂层或经批准的护套。
03机器人的物理特性
确定最大有效载荷，包括臂端工具（EOAT）和任何偏置载荷条件。要选择合适的型号，请评估应用所需的范围，包括机器人的内外范围以及安装区域的净高。评估腕部能力，以确保在处理应用时不会因负载偏移或重心不合适而产生不必要的压力。
确保机器人的速度与生产率保持一致，包括浪涌。如果需要处理多个零件，请重新设计 EOAT，这可能会降低整体拾取率。这可能需要辅助设备来预制阵列或更大的有效载荷机器人，这通常会降低速度。尝试修改包装或托盘模式，使该过程对机器人更加友好。
04需要考虑的特殊流程或标准
如果手动操作需要零件检测，请决定是使用2D 还是更昂贵的3D视觉系统来代替操作员的检测。对于需要 100% 产品序列化的行业，例如制药，辅助视觉系统必须验证是否拣选、包装或码垛了正确的产品。遵守食品安全相关法规至关重要，重点关注卫生和清洁设计、食品级润滑脂和冲洗能力。
确定二次操作是否需要零件操作，例如堆叠、交错或反转零件。通过识别所有必要的材料来解决填充问题，例如箱子隔板、层板或垫、箱子翻板、聚乙烯衬垫、托盘类型、滑板、层板和顶盖。这些考虑因素确保机器人系统集成良好，符合标准并能够优化生产流程。
做好机器人部署的风险评估
一个常见的误解是原始设备制造商负责所有机器安全问题www.cechina.cn，包括风险评估。实际上，最终用户（制造商）通常负责执行风险评估和缓解。这是合乎逻辑的，因为制造商决定何时、何地以及如何部署和操作其设备。例如，如果制造商为其食品和饮料业务购买了新的码垛机器人，则制造商有责任进行风险评估并减轻已识别的危害。
风险评估是必不可少的，因为它们有助于识别可能严重伤害机器操作员和其他员工的危险。机器人可能会对人类操作员构成重大危险，缓解措施有助于降低与机器相关的伤害的可能性和严重程度。此外，在许多国家/地区，未能进行风险评估可能会导致严厉的处罚。
应在以下几种情况下进行风险评估：
●当机器人或其他工业机器被引入过程中时；
●当流程被修改或机器使用情况发生变化时；
●当发现新的危险时。
在这些情况下，做好风险评估有助于确定风险和适当的缓解措施。
将机器人技术集成到制造流程中，为工业应用当前面临的许多挑战提供了强大的解决方案。从提高生产率和确保质量到增强安全性和创造新的就业机会，机器人提供了许多好处。
然而，成功的实施需要仔细的规划、全面的风险评估和持续的支持。通过了解所涉及的技术要求、环境考虑因素和特殊流程，制造企业可以有效地利用机器人技术的力量来优化运营，并在快速发展的行业中保持竞争力。
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