協作機械手臂生產力大躍進,幫助企業迅速實現自動化轉型


位於加拿大薩德伯里地區的Carriere Industrial Supply (CIS)成立於1964年,除了在嚴峻的環境下進行採礦作業之外,也生產採礦所需的各類型機械鏟斗、耐磨金屬管、運輸卡車車身等各類採礦器具。面對難以搬運的大型工件、小批量多品項的製造需求,傳統的機械手臂已經無法滿足企業的生產運作。Universal Robots的UR10e協作機械手臂讓CIS能將它帶至工作場域中從事金屬零件的電漿切割和電弧焊接作業,不僅提升了產品的質量與產量,員工的安全性也大幅提升,同時也增強企業在產業界的競爭力。

CIS的採礦作業環境圖1 CIS的採礦作業環境
(資料來源:Carriere Industrial Supply Google圖庫)
  CIS運輸卡車圖2 CIS運輸卡車
(資料來源:Carriere Industrial Supply Google圖庫)

 CIS繩型鏟斗
圖3 CIS繩型鏟斗
(資料來源:Carriere Industrial Supply Google圖庫)


圖4 CIS 機械鏟斗
(資料來源:Resource in focus官網)

服務說明】

CIS軟體工程師運用Universal Robots網站所提供的資源(包含UR學院、UR+開發者論壇),針對電漿切割程序撰寫URCap程式,利用URSim模擬器測試協作機械手臂的運作樣貌,並將完成的結果輸入協作機械手臂的教導器,URCap之於教導器就像APP之於智慧型手機,操作員可以透過教導器來操作機械手臂。

運用URSim模擬協作機械手臂運作的樣貌圖5 運用URSim模擬協作機械手臂運作的樣貌
(資料來源:Universal Robots官網)

 
圖6 Universal Robots協作機械手臂教導器
(資料來源:Universal Robots官網)

圖7 CIS軟體工程師於教導器上為電漿切割協作機械手臂進行調整設定
(資料來源:Universal Robots官方網頁) 

圖8 對於使用機械手臂經驗缺乏的員工也能透過教導器進行操作
(資料來源:Universal Robots官方網頁)

經過編寫完畢的URCap程式能讓協作機械手臂根據金屬板的幾何形狀和操作員提供的定位點,以自動導航的方式調整操作員在直角或圓弧切割的拐角速度,除了提升員工生產作業的品質之外,同時也能降低工時與手工作業的危險性。相比過去的手工電漿切割技術會在切割工件時,於底部邊緣留下堆積的渣滓,操作員需要針對此狀況另外進行事後的修整,而這項修整作業佔整體作業時間的80%。因此在CIS將協作機械手臂運用到電漿切割技術後,實現了更精準的切割作業與大幅減少邊緣修整的頻率,使企業在營運上的風險成本得以降低許多。

圖9 CIS的UR10e電漿切割協作機械手臂進行切割作業
圖9 CIS的UR10e電漿切割協作機械手臂進行切割作業
(資料來源:Universal Robots官方網頁)

圖10 手工切割成品(左)與協作機械手臂切割成品(右)比較
(資料來源:Universal Robots官方網頁)

此外,CIS也將電漿切割協作機械手臂的曲率與行進軌跡進行調整後,用於難度更高的電弧焊接,在過去進行卡車車身的焊接作業時,由於每個作業點間距約一公尺,使得操作員在進行較高位置的焊接作業時,焊縫的長度與人員移動往往是一大挑戰,然而透過與協作機械手臂的合作能有效地將工作分成一半。將電弧焊接協作機械手臂置於機械軸上,透過滑軌移動在上方進行作業,而操作員則於底下一同作業,不僅讓生產力翻倍,也讓人員工作較為省力。對於要進行15噸以上大型工件的焊接作業時,CIS也自行開發了一種焊接台架,將協作機械手臂與台架組合後利用堆高機將其運送至需要作業的場所。

圖11 電弧焊接協作機械手臂安裝於機械軸上,透過滑軌移動與工人一起作業
(資料來源:Universal Robots官方網頁)

 
圖12 焊接台架與協作機械手臂組合後,利用堆高機運送至工作場所
(資料來源:Universal Robots官方網頁)

【應用效益與成果】

  • 電漿切割協作機械手臂將原先每輛卡車修整的工時從50個小時以上縮減至12個小時,最終僅這項整體作業已節省超過90,000美元與1,000工時。
  • 電弧焊接協作機械手臂能使產量翻倍並取代人員不容易施作或難度過高的焊接作業。
  • 即使對機械手臂使用的經驗缺乏,員工受過操作訓練後也能輕易上手,使產量與產品品質提升。
  • 企業的軟體工程師能透過Universal Robots官網提供的資源,例如:UR學院、UR+論壇、URSim等,來尋找URCap程式設計上遇到的問題,運用這些資源輔助企業快速部屬協作機械手臂的實際運用。

 

【FIND觀點】

隨著科技進步與發達,臺灣從過去以全人力勞工生產的時代逐步演進,與世界一同朝向工業4.0邁進,雖然臺灣許多的中小企業深知自動化能優化生產效率和產品品質,但是面對運行已久的人力生產要轉型還是相當困難。相比大型企業具備雄厚的資本額將生產線導入工業機械手臂,以自動化的運作提升生產效率,但是對於中小企業而言,以如此大幅度的方式更改生產線,不僅耗費成本龐大且效益不明。

對於同樣是追求提高生產效率和品質一致性的目標,協作機械手臂將會是未來中小型規模生產廠的必備夥伴之一。相較於傳統的工業機械手臂,協作機械手臂的體型較小、採購成本較低、建置時間較短、操作上也較為靈活,目前許多協作機械手臂的供應商都有提供程式設計與輔助建置的資源協助,即使在操作機械手臂經驗缺乏的員工也能輕鬆上手。對於重複性作業高、品質要求一致性的企業,在這個勞力成本越來越昂貴的時代,與協作機械手臂一起工作不僅會是許多製造產業的救贖,也會是未來的趨勢。

參考來源:

  1. 封面圖片來源:Universal Robots官網(https://www.universal-robots.com/)
  2. Universal Robots官網 - https://www.universal-robots.com/
  3. Carriere Industrial Supply官網 - https://www.carriereindustrial.com/
  4. Resource in focuse官網 - https://www.resourceinfocus.com/2022/02/bringing-a-family-history-and-people-first-focus-to-the-mining-sector/
  5. URCap解說 - https://www.universal-robots.com/about-universal-robots/news-centre/launch-of-urcaps-the-new-platform-for-ur-accessories-and-peripherals/
  6. UR10e協作機械手臂介紹 - https://ims.dksh.tw/products_detail_UR10e_1.htm
  7. DIGITIMES介紹協作機械手臂 - https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=158&cat1=20&cat2=10&id=607137
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