尋求自動化的機械加工車間有多種選擇，從棒料送料機、托盤交換機和工業(yè)機械臂等歷史悠久的技術(shù)，到協(xié)作機器人、自主機器人和各種軟件產(chǎn)品等較新的解決方案，不一而足。隨著時間的推移，車間混合使用這些技術(shù)的情況并不少見。醫(yī)療設備制造商rms公司自開始其自動化之旅以來，已裝配了代表四個不同階段的自動化設備：配備工業(yè)機械臂的傳統(tǒng)自動化單元、由自動導引車 (AGV) 負責的單元、配備托盤交換機的機床以及用于實現(xiàn)刀具偏置自動化的軟件。隨著每種技術(shù)的發(fā)展，團隊在自動化方面獲得了更多的知識和經(jīng)驗，最終找到了最適合其特定需求的技術(shù)。

總部位于明尼蘇達州庫恩拉皮茲的rms公司是一家合同醫(yī)療器械制造商，該公司擁有多個業(yè)務部門，共有 850 臺機床（還有更多機床在訂購中）。

rms是Cretex Medical公司旗下最大的公司，Cretex Medical公司是醫(yī)療器械行業(yè)的合同制造商。其能力包括機械加工、增材制造、注塑成型、沖壓、激光加工和無菌包裝。在rms內(nèi)，起搏業(yè)務部為神經(jīng)和心臟刺激市場制造產(chǎn)品。rms公司起搏業(yè)務部的工程經(jīng)理Tom Ries解釋說，起搏業(yè)務部的產(chǎn)品種類少，產(chǎn)量大。“這是我們的面包和黃油”。

傳統(tǒng)機器人單元

rms公司起搏業(yè)務部門的自動化之旅始于2015年的3個傳統(tǒng)自動化單元。每個單元都有2個固定在地面上的大型發(fā)那科工業(yè)機器人，它們負責2臺發(fā)那科機器人鉆孔機，并將完成的零件傳送到清洗站，然后再傳送到坐標測量機。這些單元至今已有10年歷史，但仍在茁壯成長。

10年前，這些機器人單元是rms首次涉足自動化領(lǐng)域。每個單元由2臺工業(yè)機器人組成，它們負責操作2臺立式加工中心，并將完成的零件送至清洗站和坐標測量機。

Ries認為，這些單元的主要缺點是體積龐大，它們需要占用廠房的大量空間，而廠房空間是非常寶貴的。rms 35萬平方英尺的廠房內(nèi)共有850臺機床，還有更多機床正在訂購中。他補充說：“要不了多久，我們的機床數(shù)量就會達到900臺，僅起搏業(yè)務部就達到約200臺。”

自主機器人機器看管

隨著第一個自動化項目的成功實施，團隊開始考慮其他自動化任務。在這個時候，他們萌生了在自動機器人上安裝機械臂的想法。但Ries說，當時沒有供應商提供他們所設想的完全集成的解決方案。然后，在2018 年，團隊發(fā)現(xiàn)了史陶比爾的HelMo系統(tǒng)。“rms于2019年購買了HelMo，并開始將其集成到生產(chǎn)流程中。

HelMo系統(tǒng)由安裝在AGV底座上的工業(yè)機械臂組成。由于底座是AGV而不是自主移動機器人 (AMR)，因此它不能完全自主移動，而是按照預先編程的路徑移動。它的底座上有3個區(qū)域掃描器，可在導航過程中檢測路徑上的障礙物，并在必要時使其停止。如果附近有人，掃描儀還能減慢或停止機械臂的速度。

為了尋找占用空間更小的自動化解決方案，rms采用了史陶比爾的HelMo系統(tǒng)，該系統(tǒng)由安裝在自動導引車上的工業(yè)機器人手臂組成

rms在一個有8個Robodrills的單元中安裝了HelMo系統(tǒng)。該單元運行特定的零件編號，但這是因為起搏業(yè)務部運行的是低混合、大批量的工作。從理論上講，只要與夾具系統(tǒng)配合使用，該單元可以運行任何零件。這些夾具存放在每臺機床外的架子上，用于夾持不完整和完整的零件。

HelMo在有人值班的情況下運行，2名操作員分別操作單元內(nèi)的4臺機床。它還在第二班和第一班之間熄燈運行，為公司提供了3個小時的額外加工時間。rms自動化工程師Abraham Mitchell說：“這比沒人在這里還要快。”

雖然這套系統(tǒng)的前期費用很高，但實際上，由于它可以支持多臺機床，因此成本效益相當高。據(jù)Ries稱，這比在每臺機床上都安裝一個即插即用的自動化系統(tǒng)要便宜得多。它占用的空間也小得多，特別是考慮到 HelMo沒有專門的充電站。無論何時到達機床，它都會插上電源，為電池充電，并連接氣源。

雖然HelMo在節(jié)約成本和空間方面邁出了正確的一步，但rms很快就發(fā)現(xiàn)了實施HelMo的一些困難。Mitchell在HelMo系統(tǒng)到貨后不久就加入了公司，他的職責就是在出現(xiàn)問題時找到問題的根源并加以解決。他解釋說：“這是一個學習曲線，集成商沒有看到。”

一些問題通過物理解決方案得到了緩解，但最大的挑戰(zhàn)是HelMo的導航系統(tǒng)。要確保HelMo能夠有效地移動、轉(zhuǎn)彎、識別障礙物和機床，需要進行大量的微調(diào)。問題之一是搞不清楚為什么HelMo在看似沒有障礙物的情況下會停下來。最終，團隊意識到，HelMo的傳感器會捕捉到漂浮在空中的機床冷卻劑霧氣，并將其理解為障礙物。Ries解釋說：“人類看不到，但這個導航系統(tǒng)卻能看到?，F(xiàn)在，rms在所有機器上都安裝了霧氣收集器，并努力確保它們都能正常工作。”

Mitchell說，總的來說，在兩年內(nèi)，大部分問題都得到了解決。但他和Ries也承認，像這樣復雜的自動化集成，挑戰(zhàn)是意料之中的。Ries說：“如果一個團隊能坐下來，找出每一種可能發(fā)生的故障模式，并確保在構(gòu)建之前100%地減少故障，那將花費數(shù)百萬美元。”

托盤更換器

盡管HelMo取得了成功，但rms認為，在未來的發(fā)展中，自動機器服務機器人并不是滿足其需求的最佳解決方案。Ries指出：“我們發(fā)現(xiàn)，在機床鑄件中內(nèi)置集成自動化裝置似乎是市場上的最佳選擇。”

盡管機器人單元和AGV取得了成功，rms仍將托盤系統(tǒng)作為滿足其需求的最佳自動化形式，因為其占地面積小、成本低且易于實施

就在HelMo出現(xiàn)的同時，rms也開始使用第一臺帶托盤交換機的機器。該車間現(xiàn)在擁有28臺來自GF Solutions的Mikron X400U機床。每個系統(tǒng)可容納18個托盤，而占用的空間僅為機器人單元或AGV的一小部分，這在車間機床密度很大的情況下被證明是非常有價值的。與機器人相比，“我寧愿在那里再放一臺機床，”Ries說：“我寧愿有第二臺機床來加工零件。節(jié)省空間、成本相對較低、易于實施，這些因素促使將托盤交換機作為其未來的主要自動化形式，我們認為這是未來的趨勢。”Ries說。

目前，在決定哪些零件與哪些機器和自動化系統(tǒng)配合使用時，Ries說團隊會考慮零件的幾何形狀以及所需的工具數(shù)量。Robodrill每臺機器可容納21個工具，而帶托盤交換裝置的機器則可容納60個工具。

軟件

rms的自動化工作不僅限于機床操作。2015年底和2016年初，該團隊在其首批發(fā)那科單元中采用了Caron Engineering的AutoComp自動刀具磨損補償軟件。該軟件根據(jù)坐標測量機的測量數(shù)據(jù)自動計算刀具調(diào)整并更新機床控制中的偏置。這非常有用，因為“人總是會過度補償，”Ries說，“補償會讓人疲憊不堪，過度補償以延長再次調(diào)整前的時間的誘惑力很大。如果有必要，軟件可以在每個部件后進行小幅度的增量偏移。”

rms還使用軟件自動補償?shù)毒吣p。所有單元都配備了Caron Engineering的AutoComp，它可根據(jù)坐標測量機的測量數(shù)據(jù)自動調(diào)整機床控制中的刀具偏置。Abraham Mitchell（左）和Tom Ries（右）展示了它在 AGV單元中的工作原理

每個傳統(tǒng)機器人單元都有自己的坐標測量機為AutoComp收集數(shù)據(jù)，HelMo 單元也有一個坐標測量機。經(jīng)過設定的循環(huán)次數(shù)后（每個零件的循環(huán)次數(shù)都不同），機器人或HelMo將夾具從機器中取出，放入清洗站，然后由一個機器人（在HelMo單元中為單獨的工業(yè)機器人）將其移至坐標測量機進行測量。然后，AutoComp 根據(jù)夾具上的RFID芯片更新機床的偏置，該芯片可識別夾具來自哪臺機床。起搏業(yè)務部門尚未在其配備托盤交換裝置的機床上部署AutoComp，但正在研究該解決方案。

這實際上是在機器看管之外增加了一層自動化，增加了自動化集成的復雜性。Ries 說，讓多層機器人進行通信和協(xié)作“不是一件容易的事”。因此，起搏業(yè)務部門更傾向于使用預集成自動化系統(tǒng)，如托盤交換機。

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

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