人与机器专家
03.04.2019

人机协作 MRC 开始起航

人机协作造就食品工业美好未来

概述

瑞士 Migros 集团的子公司 Bischofszell Nahrungsmittel AG 目前正在探索一些新技术的潜力。在限期开展的开创性人机协作 MRC 试点项目中,管理层致力于实现两大目标:高效的食品生产和工作场所的人性化。

Bischofszell Nahrungsmittel AG 公司位于瑞士圣加仑附近的同名小镇,专注于即食食品生产。工厂全天候运作,生产美味可口的即食食品,食品品质即便在高档餐厅也不失档次。客户对这些产品品质和制作便利性的需求持续增长。

Bischofszell Nahrungsmittel AG 技术项目经理兼自动化专家 Steffen Knoll 是人机协作 MRC 概念的主要倡导者,这不仅仅是因为它能提高产能:“ MRC 提供了一系列全新的可能性,让我们有机会比较轻松地升级产能,我们也能够通过机器人,在柔性智能生产方面,为员工发挥自身优势提供针对性支持,最大限度地降低健康危害和紧张高压活动成的伤害风险。”

当观察运行中的生产过程,Knoll 所指的内容就显而易见了。这包括从生产线上直接取下包装完好的即食食品,依次码放在层层金属托盘上,再将托盘放入手推车中,运送到巴氏杀菌/灭菌单元。如果这些环节始终采用人力执行,就会给员工带来伤害和健康风险。

安全生产最大化——受伤风险最小化

相比较人工将即食食品分发到铝制托盘上并在每隔层之间放置垫片尚属轻松,但是将大型铝质托盘堆叠到推车上绝不是一道令人愉悦的工序。托盘的尺寸为 900*900 mm,重达 5 kg,人工搬运轮班超过 8 小时,是一项非常繁重的工作。此外托盘必须准确插入手推车中,这会造成手指压伤的风险。

“我们的员工在这方面有丰富经验,但仍无法避免受伤的风险,” Knoll 补充道。“在人和机器之间对整个搬运流程进行分工,没有比这更合理的方式。人与机器可以共享同一个狭小工位,直接协作不需要安全栅栏。涉及伤害风险的繁重作业交给机器人,操作人员只负责轻松愉快的任务。所以在我们看来,MRC 提供了一个有效的解决方案。”

Stäubli industrial robot in food application at Migros Group
史陶比尔 TX2-90L 机器人把托盘和垫片放在推车上。

内部开发的智能解决方案

实施规划的场景比预期要困难得多。公司最初咨询的系统集成商深入分析后也对该应用的可行性表示怀疑。风险评估、界面定义、区域保护、选择合适的机器人——很多疑虑让工厂一些谨慎的工程师们退出了这个开创性的项目。

而 Steffen Knoll 和他的团队依然相信该项目的优点,他们唯一能做的就是:自己努力来实施 MRC 概念。公司已经在其他应用中使用过不同机器人,拥有成熟的专业知识,满足实施 MRC 的先决条件。不过 MRC 应用当初对公司来说还是未知领域。

在寻找合适机器人供应商的过程中,Knoll 回忆起 2016 年的一次展会,当时史陶比尔是其中一家参展商:“在机器人会议上,我看到了全新的 TX2 系列。史陶比尔称在安全机器人类别中,这些六轴机器人是世界上速度最快的,具备模块化 PLe/SIL3 安全特性,非常适合 MRC 应用。这种快速、易于编程的机器人,在适当高的负载下能直接进行人机交互——我们意识到这可能就适合我们这个特定环境应用的解决方案。”

得益于多重安全功能, 这些六轴机器人成为 MRC 应用的理想选择。
TX2-90 industrial robot with safety functions

完美的人机交互机器人

公司立即与史陶比尔瑞士办事处取得联系,此后一切进展迅速。经过协商,公司确定了适合这项人机交互特定实例的机器人:配备 CS9 控制器的 TX2-90L。与典型的协作机器人相反,这台协作型六轴机器人的有效负载可满足应用要求。缺少的是既适合铝制托盘又适合垫片的通用夹爪。为了不再浪费时间,史陶比尔利用自己的资源设计并制造了夹爪以及整套系统。

该应用包括四个主要组成——机器人、托盘料盒、垫片输送带和堆叠推车。当操作人员在铝制托盘上铺放一层即食食品,并放上垫片需要铺放下一层时,史陶比尔六轴机器人会在安全限速(SLS)模式下运行,从进料带上拾取四块垫片放在料盒中最上方的铝制托盘上。然后,机器人将金属托盘以及垫片举出料盒,沿着堆叠推车的方向挪动托盘,并等候在指定位置,直到操作人员放好当前一层的即食食品、按下按钮确认流程完成并离开工作区域。此时,机器人进入高速运转模式,将新托盘插入堆叠推车中,以便操作人员铺放下一层。新的周期再次开始。一旦操作人员重新进入系统的限定边界,机器人会自动减慢到安全限速

学徒为复杂的 MRC 应用编程

前来 Bischofszell 参观开创性 MRC 概念的访客几乎不敢相信整个系统——包括风险评估、区域保护、程序设计等——在没有任何外部专家介入的情况下,仅用四个月就完成开发。强化的培训使 Migros 团队能够很快根据自己的经验制定风险评估,同时积累相关专业知识为更复杂的 MRC 流程编程。令访客们印象深刻的还有一位对自动化充满热情的学徒 Raphael Merz,他在 Migros 已工作四年,在史陶比尔完成为期四天的 VAL3 编程课程和为期两天的安全培训后,就已经能够在几周内编写出完整的 MRC 应用程序。

Steffen Knoll 完全有理由为他的团队在该系统设计方面取得的成就而自豪。作为 MRC 爱好者,Knoll 对系统完全符合最严格的安全标准感到非常兴奋:“ MRC 代表着未来,但前提是安全得到保证。在我看来,史陶比尔协作型机器人是市场上最安全的,还具备如此高的负载。我们能够利用史陶比尔 TX2 独特的模块化 PLe/SIL3 安全特性,包括安全限速、安全停止、安全区域和安全工具,和两个 Sick 激光传感器,满足整个区域保护的技术要求。所以即使没有一个工位安装安全防护栏,我们的员工也能够与机器人并肩工作。”

通过这项人机协作应用试点,Bischofszell 的开发团队已经证明,人机协作在 Migros 集团的许多生产和装配线上都具有巨大潜力。“当然,系统正式推出前还需最终的细节改进,确保生产环境中持久服务。” Knoll 补充道。“不过我们的主要目标是证明试点项目会带来诸多好处,这一点已经完全实现。” Migros 因此即将成为全球第一批将人机协作应用作为生产设施标准技术的食品制造商之一。

Man robot collaboration with Stäubli TX2 robot
Raphael Merz 是一名已工作四年的学徒,通过一个短期培训课程,现在能够自行为完整的 MRC 应用编程。

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