工業(yè)用機(jī)器人通常都是從事一些重復(fù)性甚至是危險性的工作。但是隨著機(jī)器人變得越來越有效率，成本越來越低，今天的包裝業(yè)已越來越依賴于自動機(jī)器人的靈活性和可靠性來完成以前由傳統(tǒng)設(shè)備所進(jìn)行的工作。

看一下相關(guān)的數(shù)據(jù)，機(jī)器人(特別是包裝機(jī)器人)正獲得飛速的發(fā)展。來自美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：與2003年相比，2004年應(yīng)用于包裝和碼垛領(lǐng)域的機(jī)器人數(shù)量增加了50%，而整個機(jī)器人行業(yè)的增長率只有20%。

“包裝商對靈活性和快速產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的要求很高。”美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會的市場與公關(guān)副總裁JeffBurnstein解釋說：“隨著越來越多的機(jī)器人在這些領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，終端用戶們看到了效果，他們希望能再多安裝一些。”

“我們看到機(jī)器人市場正在飛速地發(fā)展，其增長曲線是陡直的曲棍球棒形狀。”LangenPackaging公司總裁StuartCooper說：“在過去的幾年中，我們大約有三分之一的業(yè)務(wù)已由傳統(tǒng)的設(shè)備轉(zhuǎn)向了自動機(jī)器人。”

可能機(jī)器人能獲得迅速應(yīng)用的原因是它們的靈活性。包裝加工商需要應(yīng)付來自客戶的各種各樣的產(chǎn)品需求，而與傳統(tǒng)的包裝設(shè)備相比，機(jī)器人可以更容易地處理不同尺寸、不同形狀的產(chǎn)品。例如，在一條可能使用兩種不同尺寸包裝袋的薯片生產(chǎn)線上，只需簡單地調(diào)整一下夾取單元和設(shè)置程序，就可以用同一臺機(jī)器人來完成包裝生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的包裝設(shè)備可能需要進(jìn)行一個長時間的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換過程，才能完成任務(wù)。

“首要的一點是，終端用戶希望通過靈活性來滿足其客戶的各種要求，”FanucRobotics公司碼垛與包裝部的工程經(jīng)理L.P.Musunur說：“同一臺機(jī)器人可以非常靈活地處理包裝袋、糖果及其他各種不同的產(chǎn)品，用戶為獲得這種靈活性所需付出的成本是可以接受的。”

“越來越多的消費品是以混裝形式銷售的，特別是個人護(hù)理品和電子消費品更是這樣，這種情況對機(jī)器人的推廣應(yīng)用起到了很大的推動作用。”AdeptTechnology公司副總裁TimDeRosett表示：“在過去，你可能會持續(xù)幾個星期或幾個月的用一條生產(chǎn)線生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，然后才會轉(zhuǎn)而生產(chǎn)別的產(chǎn)品。但現(xiàn)在需要轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的時間已縮短到了幾天，甚至只有幾個小時。有了非常靈活的機(jī)器人，這種轉(zhuǎn)換就變得十分容易了，通常只需要對工具和軟件進(jìn)行微小的調(diào)整即可。機(jī)器人仍然進(jìn)行相同的基本操作。”

用戶可能會對碼垛尺寸之類的提出自己的特定要求，這個時候機(jī)器人的靈活性就可以派上用場了。例如，雖然大多數(shù)飲料企業(yè)都使用36英寸×36英寸的貨盤，但沃爾瑪卻以48英寸×48英寸作為貨盤的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，這通常都會在物流中心對商品進(jìn)行重新碼垛。

可重新配置的資產(chǎn)

“對于那些擁有傳統(tǒng)碼垛設(shè)備的用戶來說，靈活性正成為一個問題，因為這些設(shè)備只能適用一種尺寸的貨盤。”AIDCOInternational公司總裁SalKhan說：“當(dāng)他們考慮采用機(jī)器人時，他們必須確信這些機(jī)器人具有一致性、靈活性和所需要的吞吐量。”

“這些用戶考慮機(jī)器人的原因是把它看作是一項可以重新配置的資產(chǎn)。”Cooper接著又說：

“他們可以用同一臺機(jī)器人處理兩或三種不同的產(chǎn)品，然后可以把這臺機(jī)器人再安排到其他的生產(chǎn)線上。”

方便的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換能力部分要歸功于機(jī)器人設(shè)置軟件的快速發(fā)展。今天的機(jī)器人可以非常迅速地重新設(shè)置，不需要過多的編程方面的知識。

今天的機(jī)器人軟件的一個突出優(yōu)點是使用了離線設(shè)置和虛擬功能。一個通常需要機(jī)器人花30～40個小時“學(xué)習(xí)”的過程現(xiàn)在可以被離線“傳授”，然后再被集成到系統(tǒng)中，這樣停機(jī)的時間可以盡可能的短。

“虛擬功能早已應(yīng)用了一段時間，但現(xiàn)在我們可以提供設(shè)備其他部件的模型，這樣用戶就可以進(jìn)行重新設(shè)置，并可通過模版自動地創(chuàng)建處理過程。”Mo-toman的高級市場總監(jiān)CarlTraynor說：“如果你的碼垛機(jī)器人在一個小時內(nèi)需要進(jìn)行過多的拾取動作，你可以通過這種功能來驗證一下，然后可能會發(fā)現(xiàn)你需要改變一下碼垛模式。虛擬功能可以把機(jī)器人所要進(jìn)行的操作非常精確地模擬出來。”

機(jī)器人視覺系統(tǒng)

機(jī)器人所具有的另一個優(yōu)點是最新的視覺技術(shù)。帶有視覺功能的機(jī)器人可以“看到”所要拾取物體的形狀或方向，并根據(jù)看到的結(jié)果改變自己的動作，例如，在物體被包裝前將其放在正確的位置。視覺技術(shù)也使得機(jī)器人更加容易地學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的產(chǎn)品，另外還可以被用于檢驗產(chǎn)品的質(zhì)量。

“如果你添加了視覺系統(tǒng)，你就會預(yù)先知道需要混裝的是什么樣的產(chǎn)品，然后你就能夠作好計劃，并訓(xùn)練視覺系統(tǒng)來識別這些產(chǎn)品。”DeRosett解釋說：“這樣，機(jī)器人就可以識別出一個新的產(chǎn)品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。但即使不能提前知道產(chǎn)品的混裝形式，你仍可以很靈活迅速地適應(yīng)不同的產(chǎn)品。”

采用一臺帶有視覺功能的單步機(jī)器人可以消除傳統(tǒng)應(yīng)用中的多個步驟。例如，如果用戶所要處理的是袋裝的冷凍食品，它可能會使用一種傳統(tǒng)的包裝系統(tǒng)來將其放入到包裝盒中。但是如果這種包裝要求內(nèi)裝食品具有一定的方向，那么一臺機(jī)器人就可以識別出傳送帶上袋裝食品的方向，然后拾起它，并按正確的方向放入到包裝盒中。

“帶有視覺跟蹤功能的機(jī)器人可以隨時知道某個產(chǎn)品的位置。”Musunur說：“機(jī)器人看到這個物體，得到它的方向，然后從移動的傳送帶上拾起它。這具有無與倫比的靈活性，同時又沒有傳統(tǒng)自動化設(shè)備那樣的限制。”

一個機(jī)器人視覺系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于與機(jī)器人運動控制器之問的連接。雖然大多數(shù)的視覺系統(tǒng)可以提供關(guān)于物體位置之類的細(xì)節(jié)信息，但視覺系統(tǒng)與運動控制器之間的緊密連接是達(dá)到0.04精確度的關(guān)鍵。

“過去這種視覺系統(tǒng)通常是集成的，但最近你可以發(fā)現(xiàn)在單獨的PC中運行的視覺系統(tǒng)。”DeRosett說：“無論它是集成的還是單獨的，機(jī)器人視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵元素是將各個環(huán)節(jié)結(jié)合在一起的校準(zhǔn)程序。因為沒有已證明的和易于使用的校準(zhǔn)工具，人們花費了大量的時間和金錢來試圖得到從視覺系統(tǒng)到機(jī)器人控制器的可靠數(shù)據(jù)。”

機(jī)器人的設(shè)計技術(shù)仍然在不斷發(fā)展。例如，有些系統(tǒng)甚至只用一個相機(jī)來為幾臺不同的機(jī)器人提供數(shù)據(jù)。譯碼器的分辨力也在提高，另外隨著制造商利用更好的軟件來提升相應(yīng)的技術(shù)，導(dǎo)致機(jī)器人的誤差也越來越小了。

“軟件和硬件中的許多先進(jìn)技術(shù)幫助我們能夠命令機(jī)器人移動到更精確的位置，而后者正是包裝領(lǐng)域中所需要的。”DeRosett說：“對于小的物品來說，這種精確性是十分重要的。例如醫(yī)療用品和消費電子產(chǎn)品常常需要先被組裝起來，然后再由同一條生產(chǎn)線上的下游設(shè)備進(jìn)行包裝。”包裝機(jī)器人的另一個賣點是可靠。因為它們采用了伺服電機(jī)，而不是鏈條和齒輪。今天的機(jī)器人的無故障時間可達(dá)60，000多個小時，并且在運用了40，000個小時之后才需要進(jìn)行第一次保養(yǎng)。

另外推動機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也是速度的要求，盡管有人認(rèn)為這項技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了許多應(yīng)用的極限。

“有些人曾說過，用一個機(jī)器人達(dá)到每分鐘100多次的拾取速度。”Traynor說：“但對于像小餅干這樣的物晶所具有慣性來說，如果你移動得那么快的話，你肯定會把它扔得滿屋子都是。現(xiàn)在你可以用幾臺機(jī)器人來達(dá)到更快的速度，并且還具有更高的靈活性和可靠性。”

“最終，它是具有最高速度的最優(yōu)運動。”GSMASystems公司的副總裁兼總經(jīng)理MarkSenti說：“機(jī)器人可以以一種精確控制和平滑的運動來達(dá)到較高的速度，從而發(fā)揮作用。”

機(jī)器人訓(xùn)練

隨著機(jī)器人變得越來越易于使用(因為有基于WindowsCE操作系統(tǒng)的控制器和直觀的圖形用戶界面GUI)，它們?nèi)匀恍枰�一定量的，預(yù)先和及時的訓(xùn)練。

“它們很容易使用，也很容易維護(hù)。”Cooper說：“但是公司必須要負(fù)責(zé)訓(xùn)練，這樣其工程人員才會明白細(xì)微的差別。這是一個學(xué)習(xí)過程，但不是很難。”

“人們越來越關(guān)心工廠員工維護(hù)這樣的機(jī)器人系統(tǒng)的能力，因為它比機(jī)器系統(tǒng)具有更多的程序。”Cooper表示：“你必須要訓(xùn)練他們，以便讓這樣的設(shè)備發(fā)揮作用，并要看到它們的成本及收益。”

大多數(shù)機(jī)器人的成本在100，000美元左右。對于上面所有這些收益來說，機(jī)器人正變成得越來越有價值，根據(jù)聯(lián)合國2004年全球機(jī)器人報告，自1990年以來，人工勞動力的價格指數(shù)上升了50%，而機(jī)器人的成本在同一時間卻下降了80%。

“一般來說，每家公司開始時的目標(biāo)都是要保持贏利，并能為用戶提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品，這其實是一個矛盾。”Musunur說：“我們也試圖通過降低包裝成本來解決這個矛盾，而機(jī)器人提供了很好的解決方案。”

比價格更值得關(guān)心的是投資所帶來的回報。隨著機(jī)器人的價格一直在下降，計算回報的過程就變得越來越讓人愜意了。

“坦白地說，在今天的期望下，很難賣出一個需18個月才能得到回報的項目。這個回報期必須要在一年之內(nèi)，但我們正逐漸接近這個目標(biāo)。”

“一個很大的好處是你可以對具有標(biāo)準(zhǔn)價格和一定功能的系統(tǒng)進(jìn)行定制。”Senti補充說：“解決方案可以是一臺帶有單一工具和簡易防護(hù)的簡單機(jī)器人，或者是帶有觸摸屏界面的機(jī)器人。我們看到的投資回報周期可以是從六個月到兩年。”

因此，在傳統(tǒng)包裝設(shè)備與自動包裝機(jī)器人之間的戰(zhàn)斗中，誰才是真正的贏家?與機(jī)器人相比，傳統(tǒng)的設(shè)備仍然具有很大的市場份額，但是機(jī)器人正在迅速地擴(kuò)張，有的時候它們正被集成到傳統(tǒng)的設(shè)備里。

“有了可以處理任何類型貨盤的機(jī)器人，你可以做得更多。”SalKhan說，“在我們現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了一臺半自動機(jī)器，它可以很靈活地處理36英寸到48英寸的貨盤，所以當(dāng)客戶必須要處理不同類型的貨盤時，這臺機(jī)器就能足夠靈活地完成任務(wù)。”

與傳統(tǒng)設(shè)備相比，機(jī)器人在處理特別重的物體上具有特別的優(yōu)勢。

“我們有家客戶的業(yè)務(wù)是生產(chǎn)240磅重的烤肉，并把它放到包裝容器里面去。”FLEXiCELLRoboticSolutions公司市場與銷售副總裁HansSchouten說：“一臺六軸機(jī)器人就具有把許多不同的物品放人到容器的能力，加上一個重物提升單元，機(jī)器人是很好的解決方案，特別是當(dāng)處理速度也需要考慮的時候。”

“現(xiàn)在機(jī)器人與傳統(tǒng)設(shè)備之間界限有點模糊了。”AIDCO公司市場副總裁OliviaKhan解釋說：“我們考慮拾取－放置機(jī)器人時，它們看起來并不像是機(jī)器人，只是一臺正常的機(jī)器而已。我想隨著將傳統(tǒng)設(shè)備升級成半自動設(shè)備，這個界限還會進(jìn)一步模糊。”

但是機(jī)器人仍然也有障礙需要克服。例如，有幾家公司正在強(qiáng)調(diào)衛(wèi)生的食品級機(jī)器人的問題。用戶也總是期望機(jī)器人具有更好的靈活性和易用性。

但是盡管目前的技術(shù)已比較穩(wěn)定，許多人認(rèn)為機(jī)器人在包裝領(lǐng)域仍未得到充分利用。“機(jī)器人所面臨的挑戰(zhàn)是遇到那些知道如何整合它們并能看到成本所帶來的回報的人。”Senti說：“這種設(shè)備是如此的可靠以致于你實際上能簡化整個生產(chǎn)系統(tǒng)。”

“有了機(jī)器人，你可以做更多的事情，但是我們需要看到那些沒有發(fā)揮到最大效率的地方。”Cooper說：“機(jī)器人不僅僅只是可以把物品放入到盒子中這么簡單，它還可以做更多的事，終端用戶應(yīng)該認(rèn)識到這一點。”

機(jī)器人所帶來的甜蜜

當(dāng)全球最大的糖果藤生產(chǎn)商在1989年購買了第一臺包裝機(jī)器人時，他們一定很喜歡它。公司目前已擁有32臺機(jī)器人來包裝這種糖果。

美國俄亥俄州Bryan市的Spangler糖果公司生產(chǎn)的糖果產(chǎn)品，包括從Dum－Dum棒棒糖到CircusPeanuts糖到Saf－T糖，另外還有糖果藤。該公司采用帶有視覺導(dǎo)引功能的機(jī)器人來檢查和拾取每一塊糖，并把它正確地放置到包裝盒中。

“我們一直在尋找各種不同的方式來應(yīng)用機(jī)器人。”Spangler的生產(chǎn)工程師DavidBauer說：“這曾經(jīng)是一個不尋常的項目，因為它是一種重復(fù)性的運動，而我們可以把糖果以一種統(tǒng)一的方式傳送給機(jī)器人。”

Spangler公司所用的Adept機(jī)器人會為每一個糖果藤拍一張照片，檢查它們的長度和彎曲程度是否正確。然后就會把通過檢查的產(chǎn)品拾取起來，而不合格的糖果藤會被忽略掉，直接被送往生產(chǎn)線末端的回收器中。

按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，購于1989年的第一臺機(jī)器人是很簡單的，它帶有一個20M的硬盤，內(nèi)有用Fortran和BASIC兩種語言混合編譯的程序代碼。“每件事情都必須通過可靠的代碼來完成。”Bauer說：“我請Adept公司的應(yīng)用工程師們編寫了這些代碼，因為它是一種保證。”“現(xiàn)在所有的系統(tǒng)都是基于win-dows的，非常簡單，就像做填空題一樣。”他補充說：“在Adept的MotionWare軟件中有大量的程序代碼，這給予了我們非常好的靈活性和控制能力，現(xiàn)在我可以自己來完成所有工作。”

雖然機(jī)器人在糖果藤這種產(chǎn)品上的應(yīng)用情況很好，但還是不太適用于其他的糖果產(chǎn)品，后者是通過傳統(tǒng)的包裝設(shè)備裝在大的散裝袋中。但是根據(jù)Bauer的看法，機(jī)器人非常適用于連續(xù)包裝生產(chǎn)線這樣的場合。

對于其他正在考慮購買機(jī)器人的包裝商，Bauer的建議是機(jī)器人必須要適合應(yīng)用場合的需要。“當(dāng)我考慮選擇機(jī)器人的時候，我會仔細(xì)研究應(yīng)用場合，看看機(jī)器人是否是最好的方法。”Bauer說：“以我們公司為例(很多其他的公司也是類似的情況)，回報是看它是否節(jié)省了勞動力，以及能節(jié)省多少。另外你還必須有合適的系統(tǒng)集成人員，以確保它能正常地工作。”