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1、ABB：机器人“巨头”炼成记-机械制造论文ABB：机器人“巨头”炼成记 文/董静 九年前，ABB将全球机器人总部迁入中国，足以凸显ABB对中国市场的重视。凭借在电力、电机、系统集成方面的优势，ABB在机器人领域的成功案例不断增加。而作为世界500强之一，ABB集团的机器人技术业务，也早已在中国声名大噪。 身为全球四大机器人制造商之一，ABB机器人业务已经走过了近半个世纪的风风雨雨。如今，ABB在上海与瑞典分别建设了全球两大机器人生产基地，其中在上海康桥的生产基地是中国累积装机量最高的工业机器人生产基地，同时这里也成为了ABB全球唯一的喷涂机器人生产基地、ABB全球首个机器人质量中心，以及中国首
2、个机器人整车喷涂实验中心。 从1969年售出世界首台喷涂机器人, 到1974年发明全球首台投入商用的电动机器人IRB 6，ABB机器人发展的同时见证了世界机器人产业发展的创新之路。同年，ABB率先推出全球首款全电动微处理器控制工业机器人，开启了现代机器人革命。如今，ABB机器人业务单元已经发展成拥有近30种型号、满足各行各业的生产需求，同时具备强大的系统集成能力的超大型机器人制造商。目前已有超过25万台ABB机器人在世界各地被安装并投入使用。 ABB为多个行业提供全方位的解决方案，包括汽车整车及零部件制造、电子3C、食品饮料、金属加工、基础化工、金属铸造、基础金属等。ABB掌握各类机器人技术及
3、应用，包括调试和总装、工艺自动化、焊接、搬运、机加工、包装和堆垛等。 2015年4月13日，ABB在世界顶级工业博览会德国汉诺威工业博览会上正式向市场推出全球首款真正实现人机协作的双臂工业机器人YuMi。尽管YuMi的设计是为了满足消费电子产品行业对柔性生产和灵活制造的需求，但它同样可以被应用于小件装配环境中。这得益于其双臂设计、多功能智能双手、通用小件进料器、基于机器视觉的部件定位、引导式编程，以及一流的精密运动控制。而YuMi也凭借一系列优良的产品设计荣获了久负盛名的“红点最佳产品设计奖”。 工业机器人虽然没有各式各样花哨的服务机器人那么有趣, 然而从商业角度来看, 现在工业机器人却仍然占
4、据了整个机器人市场的主流地位。 ABB公司还有一个特殊身份，那就是国际机器人联合会主席，这显然得益于ABB在工业机器人领域的领头羊地位。ABB机器人控制器的广告语就是True-Move。什么意思呢? 就是不管快跑还是慢走, 该走直线就走出直线, 转弯时该走圆就走出个正圆, 就是所谓的“Truely-Right-Move”。知易行难，ABB就是靠着这样过硬的技术在竞争激烈的工业机器人市场拿走数以万计的订单。 糖果背后的机器人军团 食品行业一向是工业机器人的高频应用领域，ABB对此行业自然游刃有余。 吉百利旗下的“Roses and Heroes”系列糖果作为欧洲市面上畅销的食品，其产量正在逐步扩
5、大。2010年2月2日，经过吉百利股东表决，卡夫以117亿英镑将吉百利收购。随着产量需求上升，传统的生产方式已经不能满足高涨的市场需求。经过充分的调研与论证，卡夫选择了ABB自动机器人分拣系统。通过自动机器人分拣系统，卡夫发现此举大大增加了“Roses and Heroes”系列食品的生产效率。 吉百利核心产品“Roses and Heroes”的制造和包装地点在英国伯明翰的伯恩维勒工业基地。传统的分拣方法是把用来混合出不同成分的各种袋装巧克力包在硬纸箱中，然后送到工厂。Roses需要10种巧克力成分，Heroes需要6种巧克力成分，而这就要求工厂在不同的位置使用不同的特定生产线。码垛、识别条
6、形码之后，产品会被运送到两个不同楼层的车间。 码垛好的箱子会被运到指定包装车间的相邻区域。操作员手动操作指定的横向给进储料器，并把货物装进盒子，从而为自动包装操作供料。若干操作员将盒子从托盘栈上取下，打开并将箱子倒进指定的运送斗，空箱子会被压扁，然后从包装区域运走。面对如此复杂的系列操作，ABB是如何通过机器人系统实现替换的呢？ABB为其提供了如下解决方案。 卡夫委托位于格洛斯特市的CKF系统有限公司作为其项目合作方来实现全自动重循环分拣系统，满足卡夫的生产需求，减少纸板的浪费并为分类整体性提供保障。身为自动化和机器人技术领域的专家，CKF已经于近期开发并完成卡夫（谢菲尔德）公司的机器人码垛解
7、决方案，这项合作提升了卡夫的制造能力，其效果是立竿见影的。 但是，伯恩维勒项目的工程非常复杂。CKF系统有限责任公司从设计初始概念起就得到了ABB的鼎力相助，并在伯恩维勒仿真了机器人的动作，以确保4轴IRB 660机器人的机械部件能够达到所有需要抓取的位置。同时，ABB为其提供必要的技术支持，并在瑞典装配了一台机器人，以模仿所有复杂性动作。 4个ABB4轴IRB 660机器人、定制的真空机床模具以对称方式布置。包装车间给出指令后，该装置使得系统能够柔性化地满足包装不同衍生品和调配配方的需求。4个机器人单元通过带有供料托盘的传送带接受货物，并卸下重新码垛的运送斗。托盘的管理也由机器人来处理，并设
8、计了专用模具以对运送斗和托盘进行操作。 IRB 660机器人采用最先进的4轴设计，是一款具有3.15米到达距离和250千克有效载荷的高速机器人。该机器人不仅工作性能优良，还兼备坚固性与耐用性。该机器人系统可实现柔性化集成和生产，可同时负责4条进料输送带、2个货盘料垛、1个滑托板料垛和4条堆垛出料线。IRB 660机器人的通用性、到达距离以及承重能力完全可以胜任像卡夫这样企业的应用需求。 通过屏幕上的信息，两个高清摄像机识别并确认货物，之后货物被载入相应的单元中。这样的布置限定了单个托盘的堆码高度和托盘上运送斗的方向。按照包装车间的需求，机器人使用自定义设计的真空吸头将运送斗拆垛，并将其放在通往
9、包装车间的传送系统上。 传送功能是通过路经两层的大范围传送带系统实现的。这套系统为每个车间配备了螺旋升降机、滤除站、智能堆栈系统、自动倾斜运送斗与手动供料等设备。 这套系统成功的关键在于其物体识别设备。它一共使用了7台高清摄像机，每台均能识别物体颜色与形状，以确保货物准确地送入指定的料斗中。高清摄像机位于每个包装车间分拣系统的入口处，能够分拣正确的货物单元到正确的运送斗生产线中。两个车间之间共有35条具备智能堆栈功能的生产线，在自动倾卸设备之前给予系统足够的缓冲容量。 从包装车间返回的空运送斗被集中在一起，进行最后一遍视频系统检查以确保这些运送斗无载荷，然后机器人系统对其重新码垛。当然，使用过
10、的运送斗会被回收清理。 系统控制使用了Rockwell公司生产的PLC，用以太网组网通信，安全控制由Guard Logix PLC完成。高清摄像机软件与机器人软件的解决方案为该应用的需求而量身定制。 4个封闭的机器人单元由电磁感应圈、光防护罩和安全门屏蔽以保护安全。人机交互面板位于各自生产区域的3个控制间内。特别开发的软件提供灵活自如的交互画面，同时提供手动调节选项。 伴随着这个项目的成功实施，显著的效益开始显现。考虑到这两个包装车间的体积有限，ABB机器人系统通过降低原材料滑动、减少载具振动、减少纸板箱数量的方式进一步提高了工作效率。这套自动化系统优化了企业环境规划，更重要的是，它减少了碳排
11、放量。对于卡夫来说，对ABB机器人与自动化应用的投资是十分必要的。它能帮助卡夫保持竞争力、缩小环境负面影响，并且使卡夫更好地利用劳动力，优化质量控制环节。 ABB，汽车人出发 作为智能制造的重要组成部分，工业机器人是实现产业升级、智慧跨越的关键。而汽车领域是目前机器人产业应用的最大领域，这个领域无疑是ABB机器人的强项。ABB于2013年与沃尔沃签订框架订单，向沃尔沃汽车交付1200台机器人。这些机器人在沃尔沃托斯兰达（瑞典）、根特（比利时）、欧洛夫斯特隆（瑞典）工厂全新的SPA整车平台中，承担传送、焊接和组装车身零部件的工作。 除沃尔沃汽车外，ABB还是多家全球知名汽车制造商的机器人合作伙伴
12、。2008年，ABB成为宝马汽车在工业机器人领域的合作伙伴，多次向宝马汽车提供机器人解决方案。2011年，ABB曾向宝马汽车提供喷涂生产线建设一揽子解决方案；2013年初，再次向宝马汽车提供2400台机器人，用于其位于德国雷根斯堡和莱比锡以及中国沈阳铁西的工厂，主要从事物料搬运、涂胶和点焊工作。 目前，ABB完整地拥有汽车制造四大工艺技术（冲压、焊接、涂装和总装）。2013年，ABB又研发出最先进的柔性化全自动汽车生产系统。 ABB柔性化全自动汽车生产系统不仅能够满足车企的需求，而且有效提高了生产率以及高度生产柔性。该系统涵盖了冲压自动化、车身焊接以及涂装三大领先工艺，配备ABB“即插即用”的
13、自动化工作站StampPack、ABB超柔性化白车身解决方案以及ABB顶尖的汽车喷涂应用解决方案（包括ABB尖端的汽车内喷工艺），从而满足安全、快速、高效、节能、易用以及高柔性的制造要求。该系统获得第十五届中国国际工业博览会金奖。 2014年，ABB宣布向长城汽车股份有限公司提供600余台工业机器人，用于长城汽车位于河北徐水基地二期新厂的新型SUV白车身焊装车间。这是多年来长城汽车与ABB签署的又一机器人采购订单。 车身的焊接工艺会直接影响车身的安全性和整体性能。ABB向长城汽车提供了多种型号的工业机器人，产品型号包括IRB 6640、IRB 7600、IRB 2600等，可装配可靠的、高度自
14、动化的焊装生产线。同时，长城汽车还在分焊线上与ABB白车身业务合作，采用了ABB机器人焊接解决方案，大幅度提高了焊接生产线的自动化水平和柔性化程度。 产学研结合之路 为了提高生产率，降低购买与实施机器人解决方案的总成本，实现教学资源共享，ABB还特别开发了适用于机器人生命周期各个阶段的软件产品。 Technikum大学是位于奥地利首都维也纳的一所著名的理工科大学。Technikum于1994年开始授课。这里的学生来自五湖四海，拥有不同的文化背景。当这些学生完成所有科目，他们会被授予 Engineer FH证书，并且将会任职于程序设计、系统服务或是系统规划。 Technikum的机器人实验室拥有
15、一台ABB IRB140型机器人和一台ABB IRB 2400，可同时供48名学生使用。对于人数众多的学生来说，两台机器人远远不能以满足其需要，绝大部分时间学生都没有机会实际操作真实的机器人并为其编程。教师在示教器上展示如何编程，然后只有其中一部分学生能够有机会尝试真实操作。高昂的成本成为了Technikum发展教育的瓶颈。这时，Technikum选择了 RobotStudio。 ABB RobotStudio是优秀的计算机仿真软件。在规划与定义阶段，RobotStudio可让你在实际构建机器人系统之前先进行设计和试运行，还可以利用该软件确认机器人是否能到达所有编程位置，并计算解决方案的工作周
16、期。在编程的设计阶段，ProgramMaker可帮助用户在PC机上创建、编辑和修改机器人程序及各种数据文件。而ScreenMaker能帮用户定制生产用的ABB示教悬臂程序画面。 这也就是为什么Technikum应用技术大学选择RobotStudio进行机电一体化以及机器人教学的原因。RobotStudio软件具备易于使用的界面，可直观地反映出机器人系统的工作状态。有了RobotStudio，教学就可以尽可能地接近现实，并且每位学生都能够拥有自己的“虚拟机器人”，对学生来说大有裨益。RobotStudio使得所有错误都可以在没有任何伤害的情况下被检测出来，学生们对此十分欢迎，它调动了学生的主观能动性。这也就保证了真实机器人系统不会发生意外故障，同时学生也不必为了给机器人编程而苦等上好几个星期。 使用RobotStudio进行离线编程很简单。操作者很快
