UR cobot, 協作機器人

  為什麼需要協作機器人?協作有何優勢?

任何新產品的推出,若不是現有產品有些地方做不好、做不夠,就是客戶有新的需求。

協作機器人的興起也是如此。歸納以下三點:

(1) 工業機器人購入價錢並不高 但”導入”成本高,換言之,協作機器人沒有比較貴

工業使用的機器人,根據負載能力不同,售價區間在40萬~180萬。用個10年,以 一般工業設備來講並不算貴。相對來講,協作機器人反而比較貴而工業機器人本身的價格並不高。

但是傳統工業機器人貴的地方是”導入” (Deployment)–裝機部署上線(將機器人安裝到產線並可以穩定正常運行),原因有三 ( 工業機器人有三高):

  1. <學習曲線高>工業機器人不易使用,只有經過培訓的專業機器人工程師才能熟練使用機器人完成設定、配置、編程以及維護的工作,普通工程師很少具備這樣的能力。
  2. <服務收費高>只有廠內機器人工程師還不行,還需要專精設備的系統整合商( SI)才能擔保產線順暢運作。假設工業機器人一台購入成本100萬,加上SI的安裝、設定、配置,則還要100萬甚至200萬 ( 1:2 or 1:3)
  3. <占地成本高>目前的工業機器人主要負責工廠中(定點定位)重複性的工作,以便機器人每次都可以到同一個地方準確的拿取或者執行某項操作。對於現代複雜的流水線作業來講,在整個產線上為搭配每一個機器人生產管理所需”圈定”的操作環境需要耗費大量的時間與資源—-占用大片寶貴的廠房面積(尤其在東亞地狹人稠的國家)以及長達數月的導入。

(2) 傳統工業機器人根本扼殺了台灣中小企業的絕殺密技–快速搶單

福特汽車的銷量大爆發就是因為1930年代革命性的大規模生產,是20世紀最流行的生產方式,以生產過程的分解、流水線組裝、標準化零部件、大批量生產和機械式重複勞動等為主要特徵。一般稱呼為工業2.0。

傳統工業機器人的目標客戶就是可以進行大規模生產的企業, 這就解釋了迄今全世界將近一半的工業機器人是汽車廠所使用

汽車廠等大型企業對工業機器人高昂的部署費用之所以相對不是那麼敏感,是因為在產品構型定型之後,在足夠長的時間內生產線可以不做大的變動(一款新車從發布到退出市場,一般會經歷3~6年時間(德國車則因為底子夠硬6~8年))。這期間,即使有改款,也只是對外型、內裝進行小改或拉皮,這些變動一般不會影響到機器人的工作(車身焊接、噴漆、主要零部件搬運)),機器人基本不需要重新編程或者重新部署,可以最大化利用機器人標準化、高效率的特點,執行投資價值最大化。

相對而言,3C電子產品就沒有這種福分了,小米手機2012開始出貨,2016就已經出到Mi 5,也就是一年一機,工業機器人以這樣的週期頻率來使用是比較吃力的。

另外,中小企業(SME)是目前工業機器人新興市場的主要客戶,目前傳統的工業機器人無法很好的滿足SME的需求是因為中小企業所生產的產品一般以客製化、小批量、接急單、短生產周期為特徵,沒有太多的資金(更重要沒那個美國時間)去對生產線進行大規模改造,並且對產品的ROI更為戒慎恐懼。

所以3C製造業、中小企業便會要求自動化生產線具有較低的整體成本(Total Cost)、快速部署/重部署能力、現場一般工程師簡單上手的使用方法,而這些,傳統機器人很難達成。

此外,如果使用的工業機器人比較多,則大部分情況下需要對原有的生產線進行修正,甚至另外重頭、重新架設,不僅需要巨大的投資,可能還涉及到停產改造,那珍貴的大訂單可就早就被其他代工廠搶光了,這也是很多台商工廠遲遲不上機器人的最主要原因。

除了資金投入,3C行業很多時候更關心Lead time時間,常見機器人自動化改造方案耗時1個月到數個月不等,但3C產品是無法等的。太平洋對岸水果如果說「下個月哀鳳 8 的玻璃外殼開始拉貨」,你這邊如果回應「等我1個月把產線改造一下」,顯然結果就跟川普說 「蘋果現在必須在美國製造」是一樣不現實的。EMS代工廠在這種情況下還是人定勝天,研發連續加班一週、產線魔鬼特訓3天,立馬上崗,甚麼機器人! ? 但是隨著中國、 東協工資的急漲,願意從事製造業的人也越來越少,簡單講就是願意待工廠的人越來越少了。給錢不好找人還有辦法,但安裝個工業機器人卻不能快速搶單這可是無法原諒。

(3) 製造業勞動力已經消耗殆盡, 台商沒地方搬了、 產線也不得不採用部分機器人與越來越少的工人一起協作

工業機器人一直以來都是高速度自動化設備的典範,但是由於歷史和技術原因,與人在一起作業的安全性不是機器人原始發展的重點( 也可以說是因為機器人原本是要替代3D工作,髒(Dirty)、累(Difficult)、危險(Dangerous)),因此在絕大多數工廠中出於安全性考慮,一般都要使用圍欄把機器人和人員進行隔離。幸好對於大部分之前機器人所從事的工作來講,並不需要人的參與,機器人可以獨立完成。

但是隨著中國、 東協人力成本的上升,很多其他以前沒有或很少使用機器人的行業也開始尋求機器人自動化解決方案,例如提到的3C行業、中小企業,還有醫藥、食品、物流等行業或是空間普遍緊迫的CNC車間、 塑膠射出廠等。

這些新興行業中的特點是產品種類很多、體積普遍不大、對操作人員的靈活度/柔性要求高。現有的機器人很難在成本、時間可控的情況下給出性能滿意的解決方案,那怎麼辦?

由人類來擔任感官(Sense)負責對視覺、觸覺、靈活性要求比較高的生產步驟,機器人則利用其快速、準確、的特點來負責重複性的工作。

例如組裝手機/電腦,協作機器人負責把主要零配件、螺絲放到合適的位置(Pick& Place),人來負責排線安裝,卡扣,鎖螺絲的工作再交給協作機器人的鎖螺絲機來完成。比如組裝鍵盤,可以由人把按鍵放置到位,協作機器人來進行卡扣的工作。

如果人跟機器要合作,中間還要隔一個柵欄就太不方便了,人和機器人之間要進行交互,還要先通過安全門(開、關門也要用電、耗時)整體效率還不如單獨使用人來得高。這個時候就需要一些額外的技術來保證機器人與人類可以安全的在同一個區域工作,而不需要柵欄這樣礙事的東西擋在中間,即要求機器人具有安全協作的特性,而且現場的工程師不懂程式語言也一樣依照臨時的狀況快速因應。

人機協作機器人是一種新型的機器人,它能夠直接和人類一起並肩工作而無需使用安全圍欄進行隔離。人機協作機器人有望填補全手動裝配生產線與全自動生產線之間的差距。過去人們常說的是機器人代替人類勞動,而現在機器人更多地被認為是輔助工具。一成不變的自動化和手動勞動之間的嚴格界限正在逐漸取消。高效的感測器、智慧的控制技術和最先進的軟體技術集成在機器人上,確保了人和機器人之間無需防護欄可安全合作,也可以不限定地點和任務靈活地應用。通過這種方案,員工可以根據要求的件數在不同的生產位置和出於不同的目的使用所需數量的機器人。

 

協作機器人的規範可參考如下:

協作機器人規範: ISO10218-1、ISO/TS15066

技術規範 ISO10218-1,ISO/TS15066對於協作工業機器人主要有四點規範:

Safety-rated monitored stop: 安全等級的受控制動,人員碰觸,機器人應停止動作
Hand Guiding:機器人可由人直接的操作引導來動作
Speed and separation monitoring:警戒區域動作調控,人員進入作業區自動減速
Power and force limiting:在一定範圍內,機器人的力道和功率都應有所限制

川普可以把製造業搬回美國、Make America great again;台商不用再整天往便宜國家搬、不用再擔心缺工、即使產線臨時有人請假也不怕了。就算擔心人的感官會隨著疲勞而出現失誤,需要工業機器人視覺,外掛的視覺模組也能應急了。