包裝生產(chǎn)線技術文章
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長期以來,機器人被工業(yè)界及包裝界推崇為最為理想、永動、精確的“操作工人”。和所有操作工人一樣,在過去,機器人產(chǎn)品并不完美,其主要缺點包括了在速度、載荷能力、易用性等方面的缺陷,以及其高昂的成本。但是無論如何,包裝機器人技術領域中的技術進展,已在相當大的程度上使得機器人產(chǎn)品更為強勁耐用、速度更快、更為靈活,而所有這些優(yōu)勢均使其更具性價比優(yōu)勢。
因此,理所當然,全球市場中機器人系統(tǒng)的銷量正在逐步攀升,并成為了開創(chuàng)記錄的行業(yè)主流趨勢。據(jù)工業(yè)貿(mào)易組織——Robotic Industries Association機器人工業(yè)協(xié)會的報告顯示,在2011年,北美地區(qū)機器人公司的產(chǎn)品銷量達到了前所未有的水準——較2005年曾突破的18,228臺機器人的銷量,2011年的總銷量達到了19337臺,總價值為11.7億美金,實現(xiàn)了突破歷史的新高。這些銷量的增長,主要歸功于逐步成長的汽車業(yè)以及包裝業(yè)。根據(jù)RIA的報告,在“物料處理”環(huán)節(jié)中應用的機器人在2012年增長了30%,形成了機器人行業(yè)中的顯著增長點。
“相比于五年之前,當今的機器人承擔著更為快速的生產(chǎn)任務,”Stubli公司食品和包裝工業(yè)的專家Bob Rochelle表示,“伴隨著近期機器人行業(yè)中機器人和視覺系統(tǒng)技術的進展,機器人可以對信號做出快速的回應,并且以更快的速度做出響應。”
圖1 安全及無損:避免了人工操作的風險,一臺模塊化的機器人正在將包裝袋輸送到粉末食品原料的雙頭灌裝閥門處。
美國Premier工業(yè)技術裝備集團的產(chǎn)品總監(jiān)Stephane Marceau認為,機器人技術是包裝行業(yè)中最為重要的主流發(fā)展趨勢,特別是在其完成拾取、包裝、碼垛等生產(chǎn)任務時。“機器人高度的靈活性、可靠性以及生產(chǎn)速度,均支持了其成為主流發(fā)展趨勢。由于針對機器人行業(yè)的技術研究層出不窮,以及創(chuàng)新的末端工具技術的不斷發(fā)展,當前機器人可以勝任針對不同形狀和規(guī)格產(chǎn)品的多種生產(chǎn)任務。”
Stephane Marceau認為,機器人技術相比傳統(tǒng)的自動化技術在碼垛領域中擁有更多技術優(yōu)勢。機器人所需的占地空間更小,適應性更強,可以適應不同型號的托盤以及產(chǎn)品類型,并且可以自動地處理多種不同類型的產(chǎn)品,比如袋包裝、箱包裝、桶包裝以及瓶包裝。
圖2 前端執(zhí)行機構:兩個實例表明,機器人的操作已經(jīng)滲透到了一些其它的操作環(huán)節(jié)中,比如清洗環(huán)節(jié)。
Stephane Marceau同時指出,相對于傳統(tǒng)的自動化設備,機器人系統(tǒng)的機械構造更為簡單,這帶來了很少的設備維護工作量,以及由設備發(fā)生故障而造成停機的概率。Stephane Marceau表示:“機器人通??梢赃B續(xù)工作幾千個小時,而不會發(fā)生故障。”
Motoman公司的高級經(jīng)理Dean Elkins表示,如下的技術優(yōu)勢促進了機器人在包裝領域中的應用:
拾取機器人在操作速度及負重載荷方面擁有顯著優(yōu)勢;
托盤碼垛機器人的負重載荷在持續(xù)增加;
傳送帶跟蹤機器人的性能不斷提升;
機器人在視覺應用方面具有極簡單的優(yōu)勢。
Dean Elkins補充道:“較高的載荷能力,使得機器人可以被應用于碼垛中的堆層操作環(huán)節(jié),而這一工序在過去是由傳統(tǒng)的碼垛機完成的。在一次和二次包裝過程中,由于提升的生產(chǎn)速度和載荷能力,Delta機器人可以適應更為快速的拾取和包裝任務?;跈C器視覺系統(tǒng)的傳送帶跟蹤技術以及調度軟件,可以使機器人的編程工序相比過去更具效率。”
圖3 前衛(wèi)及柔性:機器人領域中末端執(zhí)行器所取得的技術進展以及定位的精確性,意味著機器人可以更為輕柔地將包裝好的產(chǎn)品輸送至二次包裝環(huán)節(jié)。
“食品飲料包裝市場正在尋求‘統(tǒng)一控制’的策略,同時機器人能夠采用可編程邏輯控制器(PLC)的原理實現(xiàn)編程,”Dean Elkins繼續(xù)表示,“這一編程原理可以削減機器人系統(tǒng)的整合成本,降低員工的培訓成本,并將最終降低自動化技術投資的所有權成本。”
環(huán)球機器人公司(Universal Robotics)的首席執(zhí)行官David Peters表示,軟件技術的改進在機器人行業(yè)中至關重要,并且他認為該公司即將發(fā)布的控制系統(tǒng)軟件產(chǎn)品具備非常重要的意義。“此款軟件將使得機器人產(chǎn)品僅需數(shù)分鐘便可以被預定好程序,以適應完全不同的工作任務。而在過去,同樣的過程經(jīng)常需要耗費數(shù)個小時。包裝商可以利用機器人完成短批次的生產(chǎn)任務,并且也可以提升機器人在班次轉換時的生產(chǎn)能力,”David Peters解釋道,“多功能、擁有小型夾具的機器人,可以提升生產(chǎn)效率,以及提升企業(yè)的投資回報率。”
發(fā)那科機器人公司北美分公司的高級客戶經(jīng)理Dick Motley表示,專業(yè)的系統(tǒng)集成商取得了很大的改進,領先的仿真技術、提升的安全性能、改進的傳訊功能,以及與其它系統(tǒng)平臺實現(xiàn)整合的新功能層出不窮。這些技術創(chuàng)新,提升了機器人產(chǎn)品的操作速度以及整體的生產(chǎn)性能,使機器人產(chǎn)品“可應用更為尖端的視覺加工技術實現(xiàn)操作——完全突破了人工操作的視覺局限,并且可以完成載荷更重的工作任務,比如飲料托盤的堆層碼垛工序。”
圖4 適用于軟包裝飲料的裝備產(chǎn)品:RIA的數(shù)據(jù)表明,機器人的應用正在逐步增長,特別是適用于軟包裝飲料包裝的堆垛、碼垛機器人在市場中已非常常見。
Motley公司是機器人業(yè)內特別關注以及注重改進機器視覺系統(tǒng)技術的供應商之一,該公司認為機器視覺技術可以使得機器人系統(tǒng)“看得更好、執(zhí)行穩(wěn)妥”。
美國Premier工業(yè)技術裝備集團的產(chǎn)品總監(jiān)Stephane Marceau認為,“在越來越多的機器人應用場合中,視覺系統(tǒng)技術正在變得愈發(fā)普遍。機器人可以提供高度的靈活性,并且可以提供前所未有的多種應用方向。比如,我們曾應用機器人技術完成針對堆疊的袋包裝和桶包裝的卸垛工藝。機器視覺系統(tǒng)可被用于識別形狀不同和擺放不規(guī)則的產(chǎn)品。”
一些包裝設備供應商也采用了租賃機器人的方式,在其生產(chǎn)線上的多個環(huán)節(jié)執(zhí)行設備操作,比如Bradman Lake公司。該公司的銷售及市場副總裁Nick Bishop表示,當前的生產(chǎn)能力證實了機器人在整條包裝生產(chǎn)線上的應用價值:
針對未包裝產(chǎn)品的識別及檢測,并將其拾取及放置于初級包裝環(huán)節(jié);
針對初級包裝的自動化整理及裝載,將一次包裝放置到紙箱或薄膜等二次包裝之中;
自動將二次包裝整理或放置到箱包裝、托盤包裝、收縮或拉伸裹包包裝之中,以用于后續(xù)的堆碼。
ABB機器人公司美國地區(qū)的消費工業(yè)領域商務拓展經(jīng)理Rick Tallian表示,如下的一些主要技術進展推動了自動包裝機器人技術的創(chuàng)新及拓展:
外圍的視覺系統(tǒng)技術,比如線上掃描設備、彩色及3D機器視覺系統(tǒng);
提升技術的易用性,以簡化復雜的機器人編程工作;
精確的機器人仿真技術解決方案在機器人產(chǎn)品的設計及制造工序之前,便削減了產(chǎn)品的研發(fā)風險及工程缺陷;
采用衛(wèi)生清潔設計理念的機器人產(chǎn)品可用于處理原料及未包裝的產(chǎn)品。
機器人產(chǎn)品的最后一個優(yōu)勢,被數(shù)位業(yè)內專家認為使得機器人可被應用到更多類型的包裝生產(chǎn)線上。
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