机器人在食品包装行业的应用及发展前景
[转贴 2007-03-20 11:14:35]
包装的未来已经可以预见，那就是机器人。工业用机器人非常适合重复性或危险性工作。如果机器人效率更高、使用成本进一步降低，更多人将因为其灵活和可靠的优点而选择使用它，机器人将替代许多传统的设备，成为工业领域的重要帮手。
从数字上看，机器人，特别是包装领域的机器人，数量增长非常快。2004年用于包装和堆垛的机器人总数比2003年增加了50％，而整个机器人工业的涨速是20％。
“包装商需要在各种不同的包装任务间灵活快速的切换。”机器人工业协会市场及人力资源副总裁Jeff Burnstein说，“一旦使用了机器人就会体会到它的好处，逐渐的使用数量越来越多。”
“这一市场潜力非常大，”Langen Packaging公司总裁Stuart Cooper说，“在过去几年中，约有1/3的传统设备承担的工作任务被机器人取代。”
机器人之所以受欢迎，主要是因为它们具有的灵活性。包装商需要满足消费者各种不同的要求，机器人比传统的包装设备更能适应不同尺寸和形状的包装物。例如，一条生产两种包装量的薯片生产线，只需要一个机器人就能完成包装任务，操作人员只需要调整一下抓手即可。传统设备则需要更多的零部件调整。
“首先，食品生产商非常需要这种灵活性很高的机器人。”Fanuc Robotics的堆垛和包装工程部经理L.P. Musunur说，“此外，和普通的软包装袋设备相比，这种机器人的成本已经在用户的可承受范围内，包装形式灵活，运行可靠。”
“如果你需要在同一包装中混入好几种不同的产品，机器人的优势就更能体现出来。”Adept Technology公司的副总裁Tim DeRosett说，“过去，你可能几星期甚至几个月重复同一种产品，而不需要对设备做任何调整。而现在，几小时后就需要改变。有了灵活的机器人，切换的过程大大简化，几把小工具，然后再调整一下软件，整个过程就完成了。”
在堆垛方面，机器人的优势也非常明显。例如饮料生产商，目前都采用36"x36"的码垛，而沃尔玛的标准是48"x48"。这样一来，很多饮料码垛必须在销售中心重新进行堆垛，否则无法满足零售商的要求。
可重复调整的资产
灵活性对于那些使用传统堆垛设备的用户至关重要，因为他们的设备只能完成单一尺寸的码垛。AIDCO International公司的总裁Sal Khan说，“当他们发现机器人能满足他们对稳定、灵活、速度的要求时，就立刻决定要使用机器人。”
“这种当机立断的决定，主要是因为，机器人对他们而言，是一种可重复调整的企业资产。”Cooper说，“有了机器人，可在同一条生产线上加工2-3种产品。不仅如此，还能将机器人移动到其它生产线上工作。” 这种改变得益于灵活的机器人软件。如今，机器人的重新装配非常快捷，不需要掌握复杂的编程技术。
目前，机器人软件的进步体现在离线设置和模拟上。过去，机器人可能需要30-40小时“学会”自己要完成的工作，而现在可以在离线状态完成学习过程，几小时内就可正式加入工作中。
“现在，我们能提供各种设备的模型，用户可利用这些模型进行设置，自动创建各种程序。”Motoman公司市场部高级总监Carl Traynor说，“模型的所有细节跟机器人一模一样。”
展望未来
机器人的另一个优势在于先进的视觉技术。有视觉能力的机器人可以“看见”它们抓取的物体的形状，从而对自己的动作进行调整。这样一来，机器人可以对产品在包装前的摆放位置进行调整。视觉系统还能包装机器人更快的掌握和适应新产品，并对产品质量做出判断。
“如果你添加了视觉系统，还可以教会机器人辨认产品。”DeRosett说，“机器人可以对各种新产品进行辨认，并做出相应的反应。”
选择带视觉系统的机器人可以解决传统包装设备中不能解决的问题。例如，如果你生产的是冷冻食品，需要将包装好的食品放入箱子中。传统的包装设备无法辨认袋子在传送带上的方向，而带视觉系统的机器人可以按照你指定的方向把包装袋放入纸箱中。
“带视觉追踪系统的机器人可以知道物体所处的方位，”Musunur说，“将物体按照要求的方向放在移动的传送带上，这是传送的自动化技术无法做到的。”
机器人的视觉系统的关键在于视觉系统本身与机器人的动作控制器的连接。多数的视觉系统都能提供物体的位置的具体信息，视觉系统和控制器之间的连接非常紧密，精确度高达0.04。
“过去，视觉系统是整合在机器人上的，而新推出的机器人视觉系统都有自己独立的PC。”DeRosett说，“无论这套系统在哪里，关键是必须有标准程序，负责记录所有的信息。如果没有标准的，便于使用的标准工具，使用者将花费大量的时间和金钱将可靠的数据信息从视觉系统传送到机器人控制器上。”
机器人的设计技术不断发展。例如，一些系统可以利用单台照相机提供多个机器人的信息。编码器的技术也在进步，一些生产商不断改进软件质量，从而提高机器人的可操纵性。
“软硬件两方面的共同进步使机器人能准确移动到要求的位置，从而更适应包装业的要求。”DeRosett说。
包装业机器人的主要卖点在于可靠性。由于它们采用伺服系统，运作起来非常可靠，可保持60000小时无故障，首次保养的时间在40000小时后。
另一个推动机器人发展的原因是速度，而在某些领域中，机器人的速度已到了极限。
“有些人要求机器人每分钟完成100件，”Traynor说，“但这要根绝不同的产品而言。有些饼干，如果在那么高的速度下被机器人抓取，早就飞到车间外去了。”
“不能仅仅追求速度，机器人不仅仅是速度快，还能保证在高速运动情况下良好的控制和平稳的运作。”GSMA Systems公司副总裁兼总经理Mark Senti说。
机器人的培训
有了Windows系统和直觉的图形用户界面，机器人的控制变得很简便，当然，它们还是需要一些前期和后续的培训。
“机器人的使用并不麻烦，培训起来也不困难。”Cooper说，“但很多公司还是非常强调培训，因为培训可以帮助工程师更好的理解细微差别。学习虽然需要一个过程，但并不麻烦。”
“当然，工厂里的员工必须也要掌握机器人的维护原理，因为机器人更多的是一大套程序，而不仅仅是机械系统。”Cooper说。
不论从哪个方面分析，机器人都有很高的利用价值，而一般成本在$100000左右。据2004年联合国机器人报道，劳动力成本从1990年开始增长了50％，而机器人的成本则同期下降了80％。
“总而言之，无论什么设备，一开始总是以效益为目标，尽可能提供给消费者最优质的产品。”Musunur说，“而我们就一直在努力降低包装的成本，机器人就是这一问题的解决方案。”
价格是首要的考虑因素，之后就是投资回报问题。据统计，随着机器人售价的不断下降，投资回报的比例也越来越令人满意。
“说实话，以现在人们对机器人的期望程度看，要在18个月内收回成本非常困难。”Traynor说，“基本应该在一年左右。”
“有一个优势非常明显，那就是你可以对一套标准成本的系统进行配置，并且这套系统有多种能力。”Senti说，“一个机器人，用简单的工具或者接触屏就可以维护。”
在传统包装设备和机器人的战争中，谁是赢家？传统包装设备的市场依旧庞大，但机器人的发展速度非常惊人，甚至有些应用环境中，机器人与传统包装设备整合在一起。
“一个机器人可以完成各种形式的码垛。”Sal Khan说，“我们开发了一款半机器人的设备，能完成36"和48"的两种码垛，还可以根据客户需要改成其它规格。”在对于非常沉重的产品上，机器人比传统设备更有优势。
当然，机器人也有弱点。例如，在卫生方面，一些客户提出满足食品等级的机器人的要求。技术虽然在不断进步，但机器人在包装领域的应用还远远不够。最主要的是，用户必须看到成本以外的一些优势。机器人是工厂中最最可靠的系统之一。
“机器人可以做的事情很多很多，但我们必须睁开眼睛来看到。”Cooper说，“用户必须认识到，机器人不仅仅能帮你把产品放到盒子里。”
PACK EXPO将展出最新的自动化技术创新：灵活的机器人
对人类工作环境的关心、劳动力成本的因素以及灵活性的需求都在提高人们对在包装生产线上应用自动化和机器人系统的兴趣。因为价格下降了，可靠性非常高，先进的软件和控制技术简化了设置与操作过程，因此机器人正受到越来越多的关注。根据系统的结构情况，机器人控制器可能会驱动一台伺服电机，也可能会驱动两台伺服电机，这样它就能够控制另一台设备，比如一条整理传送带之类的。同时也就不再需要另外一台独立的电机和控制器了。“我们的总体目标是减少硬件和综合的成本，这样系统的价格也就更加能被接受。” FANUC北美分公司（展位号：C-4034）的工程经理L.P. Musunur博士说道。他主要负责材料的移动、码垛和包装等方面的自动化设备业务。
“每个人都在寻求更低的生产成本，”他解释说，“机器人可以扮演一个重要的角色，因为机器人不仅能导致成本更低，而且也能带来更高的灵活性。”
今天的机器人通常都是某一个特定应用系统的一部分，应用比较广泛的领域是码垛。特别针对码垛而设计的机器人系统包括Motoman公司(展位号：C-3540)的PalletWorld系统。这种交钥匙PalletWorld系统的特点是具有集成的抓爪、基于个人电脑的控制器和菜单形式的码垛应用软件。它也可以与不同的型号相兼容，如SP100X和EPL300（分别能处理100公斤和300公斤的负荷）。集成的电力故障恢复系统可以确保当电力中断时，PalletWorld系统不会丢失任何数据，而完美的编码器也能确保机械臂能够在停止时的位置重新工作，而不是像大多数其他的码垛机器人那样又回到起始位置。这些措施可以消除因为断电、紧急停机或有意停机造成的启动延迟。这台系统另外也提供了一些可选的模块，如预制的喂料传送带，货盘定位器，货盘架和货盘送出传送带等。
Schneider Packaging Equipment公司（展位号：C-1630）是一家FANUC机器人的集成商，它利用了一台具有20公斤负荷能力FANUC M16iB六轴机器人来将空的塑料瓶装入到瓦楞纸箱中。这台自动装箱机器人具有很大的灵活性，可以处理各种不同形状和尺寸的瓶子，也可以处理各种不同尺寸的纸箱以及不同的排列模式，以满足吹塑成型公司的需要。它的占地空间很紧凑，但却具有多功能的装箱解决方案。
Schneider公司制造了一系列传统的纸箱和托盘包装机以及机器人解决方案，它也推出了机器人多生产线码垛系统和机器人装箱/码垛系统。在使用了一台5轴机器人的基础上，这台综合装箱/码垛系统能够用一条机械臂完成装载、贴标、扫描和码垛等工作。“这增加了自动化的程度，同时也保证了较小的占地空间，当然也就节省了工厂的空间。” Schneider公司的控制业务副总裁Pete Squires解释说。用户定制的机械手很灵活，可以拾起和摆放各种尺寸的物品，包括盒、袋、捆扎包、罐、瓶等。
另外，自动化装箱机也可以将不同风味的袋装产品装到同一个纸箱中，以创造出一个展示纸箱或常见的混装纸箱。BluePrint Automation公司 (展位号：C-2708)推出的双列拾取/放置装箱机器人可以进行水平装箱，也可以竖直装箱。它可以将包装袋从其中一列拾起，平放在一个瓦楞纸箱中，然后对另一列的包装袋也重复这个过程。要把包装袋竖直地放在纸箱中，机器人会先拾起一个过渡盒，后者会把包装袋滑入到一个倾斜的纸箱中。
Langen Packaging公司(展位号：C-3134)推出了另外一种灵活的包装解决方案——不锈钢LRC-400i顶部装填机器人系统，它可以处理多种的产品、托盘或纸箱形式。这套系统主要依靠一台FANUC Robotics公司提供的M420i型机器人，另外还有定制的机械手和模块化喂料系统。产品整理和货盘处理模块可以确保有最大的灵活性。LRC-400i型机器人非常适合高速地包装工作，可以很轻松地适应各种不同的食品和其他消费品。
4轴的M410iB/160型机器人是FANUC Robotics公司的伺服驱动M420iB系列机器人的一种，它主要负责包装袋的码垛功能。像PalletTool 和PalletPRO这样的标准机器人软件包可以提供码垛设置、模拟和操作等功能。与其他同类机器人相比，M-410iB型机器人可以加快生产周期，具有更高的负载能力，它可以以28次/分的速度处理100公斤的包装袋。M-410iB的最大接触范围可达3143mm，这可以让它同时为多条生产线服务。
将人工操作自动化
MULTI-FILL公司(展位号：C-2928)制造的六位分配系统可以把通常为人工操作的环节予以自动化，它可以多列成型/充填/封口或充填/封口生产线上将小尺寸的或很难充填的产品（如煮过的大米和通心粉，蔬菜，水果，冷藏沙拉等）装进托盘、杯子或成型的袋子中，速度大约为80包/分。如果用人工操作的话，“这种重复动作可能会引起可靠性和健康问题，” Multi-Fill公司国际营销副总裁Christine Marchadour说。几乎不需要移动零件，这台设备就能很容易清洗，只需最小量的维护。另外也有二、三或四位分配系统。
为了使铲车操作人员的生产时间达到最大化，拉伸包装的过程也越来越多地采用自动化技术。Orion Packaging Systems公司推出的Spectra II型旋转式拉伸包装机在将灵活性和可靠性发挥到最大化的同时，也保证了维护工作的最小化。它所包装的堆垛尺寸可达55×55×90英寸（约合140×140×227厘米——编者），负载重量可达5,000磅（约合2268公斤——编者），包装速度为45垛/小时。Spectra II的特点是采用了由无刷AC电机驱动的数字变频驱动器，与DC电机相比，它所需的维护更少。另外，自动链条张紧系统可以消除定期对旋转驱动链条的调节操作。另外的特点包括一台Allen Bradley Micrologix 1000型可编程逻辑控制器，容易控制的工业级按钮和开关以及可以保护电机、变速箱和电子元件免遭破坏的封闭式设计。Insta-Thread预拉伸架可以加快薄膜卷的更换操作，同时通过260%的预拉伸还可以将薄膜的利用效率提到最高。Insta-cut功能可以在每次拉伸包装完成后自动切断薄膜，这样叉车操作员就不必从车上下来手工切断了。
自动化的质量控制
对自动检测的需求也在持续增长。其中一个原因是包装线上监控人员数目的减少，另外的一个原因是对100%确保无包装错误的需求的增加，特别是在像制药业这样受到严格控制的行业，立法者开始认为间歇式的离线检测已经远远不够了。
Banner Engineering公司(展位号：C-3807)一直在不断扩展它的PresencePLUS P4视觉传感器系列，以适应各种检测的需求，如标签检测、液位检测、日期/批次号验证、方向确认、盖子检测、瓶塞对齐检测、组装验证、整箱检测、注射器组装验证和泡罩包装验证等。设备制造商可以将这种带有高分辨率摄像头的紧凑型视觉传感器安装在新的设备上，但是需要对新设备作一些调整以便能执行新的检测功能。“在制药业，检测更加重要一些，但是我们产品的应用范围比这还要宽广。”国际销售副总裁Bob Schlicksub说，“易用性大大的提高了，而成本却下降了很多。”模块化的设计也使得这种视觉传感器可以同时完成多种检测要求。
所属版块
: 财经
: 财经
本文章引用通告地址(TrackBack Ping URL)为: 
本文章尚未被引用。
下一篇: 机器人协作应用改变了汽车制造的方式
上一篇: 多媒体播放器尺寸自动测量系统