CNC上下料痛點(diǎn)的解析以及智能柔性的升級指南

導(dǎo)語：數(shù)控加工制造產(chǎn)線紛紛選擇由數(shù)控車床、CNC加工中心搭配機(jī)器人組成生產(chǎn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更緊湊的產(chǎn)線布局，更智能柔性生產(chǎn)。部分企業(yè)也希求以機(jī)器人代替人工的方式，解決招工難、工人流動(dòng)性強(qiáng)等問題。墨影科技移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人依托自主核心算法及多機(jī)調(diào)度系統(tǒng)，為CNC加工車間提供“機(jī)器人換人”的柔性智能產(chǎn)線升級解決方案。

1 時(shí)代：中國數(shù)控加工制造業(yè)發(fā)展迅速

20世紀(jì)40年代末，美國啟數(shù)控機(jī)床研究開端。1952年，美國麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)出第一臺(tái)數(shù)控銑床，并于1957年投入使用。1958年，美國卡尼-特雷克公司首先研發(fā)成功第一臺(tái)加工中心，標(biāo)志著制作領(lǐng)域開始進(jìn)入數(shù)控加工時(shí)代。

1958年我國也開始數(shù)控機(jī)床研發(fā)，1965年開始批量生產(chǎn)三坐標(biāo)數(shù)控銑床。五十多年發(fā)展，我國的數(shù)控加工制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展變化極大，如今擁有上萬臺(tái)CNC加工中心的企業(yè)不在少數(shù)。

然而這些企業(yè)在社會(huì)及終端行業(yè)變化發(fā)展大潮之下，不得不面對很多問題。

2 難題：傳統(tǒng)上下料方式逐漸不適合行業(yè)發(fā)展需求

除去人工，當(dāng)前市場常見的機(jī)床上下料還有交換托盤、桁架機(jī)械手、工業(yè)機(jī)械臂、AGV小車、復(fù)合機(jī)器人等形式，這些自動(dòng)化設(shè)備將原料工件送至機(jī)床內(nèi)，待加工完畢取出，重復(fù)操作。

圖為桁架機(jī)械手上下料

使用上述自動(dòng)化設(shè)備或人工進(jìn)行機(jī)床上下料的方式，在產(chǎn)品相對單一、產(chǎn)量需求不高的情況下相對合適。然而，隨著社會(huì)變化，3C制造業(yè)、汽車電子等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，這類自動(dòng)化設(shè)備及人工上下料方式逐漸暴露出了其不足。

首先，以上自動(dòng)化設(shè)備大多需要現(xiàn)場改造或較長調(diào)試周期，占地面積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便，不利于自動(dòng)化流水線的生產(chǎn)；

其次，3C類產(chǎn)品更新迭代速度快，而部分自動(dòng)化設(shè)備物料輸送需要依托流水線，柔性不夠，不利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整；

再次，即便使用工業(yè)機(jī)械臂+地軌、天吊方式，上下料仍然受限于單軌道行走方式，無法面對車間內(nèi)布置的成百上千臺(tái)數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化上下料。

移動(dòng)機(jī)器人倒是可以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航作業(yè)，在多臺(tái)數(shù)控機(jī)床車間精準(zhǔn)找到點(diǎn)位，但是后續(xù)上下料依舊需要做定制化改造，或加入接駁裝置。

為了滿足柔性、節(jié)約成本，不少移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)械臂企業(yè)采用“移動(dòng)機(jī)器人+機(jī)械臂”在CNC加工廠內(nèi)進(jìn)行嘗試。但實(shí)際調(diào)查表明，單一的移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)或機(jī)械臂企業(yè)對其他機(jī)器人產(chǎn)品融合使用的技術(shù)底蘊(yùn)不足，如移動(dòng)機(jī)器人與機(jī)械臂依舊由各自機(jī)箱控制，協(xié)同作業(yè)反應(yīng)速度較慢，效果不佳。

再以人工為例：人工上下料勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人員較疲憊，其上下料操作精密程度卻又決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性受到影響；人工有一定概率出現(xiàn)工傷事故，增加企業(yè)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

3 革新：基于移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人的解決方案

CNC加工車間問題諸多，龐大的市場吸引了一批優(yōu)秀的機(jī)器人企業(yè)，針對特定環(huán)節(jié)（如最需改良的“機(jī)床上下料”）做出探索，在深圳墨影科技有限公司的潛心研究下，移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人（MCR）誕生。

墨影移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人是一種全新形態(tài)的機(jī)器人，它兼容移動(dòng)運(yùn)輸和多工位操作功能，相對于復(fù)合機(jī)器人，采用一體化設(shè)計(jì)，所有執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)控制由一個(gè)統(tǒng)一的控制器實(shí)現(xiàn)，能做到2000Hz同步協(xié)同控制，是復(fù)合機(jī)器人50-100Hz控制頻率的十倍甚至幾十倍。

技術(shù)對比

基于墨影移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人提供的解決方案，也最大程度上解決了CNC加工車間上下料的痛點(diǎn)。

其整體解決方案具體優(yōu)勢如下

①快速部署：客戶現(xiàn)場安裝調(diào)試及調(diào)度調(diào)試，只需15個(gè)工作日完成，驗(yàn)證期為7個(gè)工作日，整體工程總計(jì)22天。

②無需停工：整個(gè)方案施工過程中，無需對地面破壞式改造；設(shè)備安裝時(shí)，車間無需停止生產(chǎn)，人工自由操作。

③安全可靠：移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人使用協(xié)作機(jī)械臂，可參與人工環(huán)境，無需特設(shè)柵欄，多傳感器保障安全；底盤設(shè)有激光雷達(dá)、深度相機(jī)多種類監(jiān)測設(shè)備，根據(jù)路障距離設(shè)置安全區(qū)、減速區(qū)、停止區(qū)，讓事故發(fā)生率下降99.99%。

④實(shí)現(xiàn)無休生產(chǎn)：車體狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，搭載自動(dòng)充電系統(tǒng)，狀態(tài)不佳即刻充電。搭配作業(yè)實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)生產(chǎn)，全年無休。

以國內(nèi)某龍頭企業(yè)為例

國內(nèi)某上市龍頭企業(yè)，在其工廠有2萬多臺(tái)CNC，主要生產(chǎn)手機(jī)玻璃，該企業(yè)想從勞動(dòng)密集型行業(yè)轉(zhuǎn)向智能化工廠。

其中一條線總共118臺(tái)精雕機(jī)，分2個(gè)區(qū)，CNC1區(qū)有34臺(tái)設(shè)備，加工節(jié)拍16Pcs/H;CNC2區(qū)84臺(tái)設(shè)備，加工節(jié)拍26Pcs/H，車間無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，但無ERP系統(tǒng)。以往該車間每臺(tái)加工中心都需要人工搬運(yùn)物料，存在以下痛點(diǎn)：

①人工作業(yè)為主，勞動(dòng)力成本逐年上升；

②現(xiàn)場人工作業(yè)強(qiáng)度較大，兩班倒，人員較為疲憊；

③員工離職率較高，人員招募較難，新員工熟練度不夠。

為解決痛點(diǎn)問題，墨影科技基于移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人（型號Q0-6-10、C-3-DS）提出解決方案，用機(jī)器人代替人工進(jìn)行自動(dòng)上下料工作，機(jī)器人末端用電控夾爪實(shí)現(xiàn)料架取放。

墨影移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人Q0-6-10

底盤定位精度±2mm，機(jī)械臂重復(fù)定位±0.05mm，足以滿足上下料精準(zhǔn)度。

墨影機(jī)器人上下料流程示意圖

墨影科技整體方案圖

整體方案共用墨影單臂移動(dòng)協(xié)作機(jī)器人5臺(tái)，最高單臺(tái)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)17個(gè)設(shè)備的上下料作業(yè)；頂升自主移動(dòng)機(jī)器人3臺(tái)。8臺(tái)設(shè)備，完成了118臺(tái)設(shè)備的用工替代，員工減少15人以上，單從用工成本角度來看，便為企業(yè)節(jié)約150萬以上。

墨影科技提供的該解決方案，滿足CNC生產(chǎn)車間復(fù)雜工作環(huán)境，有效代替人工實(shí)現(xiàn)取放料、檢測等功能，將車間一個(gè)個(gè)孤立生產(chǎn)設(shè)備、加工單元、工站、自動(dòng)裝拆、檢測等有機(jī)連接，減少中間環(huán)節(jié)，縮短產(chǎn)品物流周期，使加工、裝配、檢測、物流及取放料等生產(chǎn)過程融為一體。

快速部署、無需停工的安裝調(diào)試特性也滿足了產(chǎn)品產(chǎn)線短周期快更新的需求。據(jù)工廠數(shù)據(jù)分析，本方案回本周期控制在一年半內(nèi)，對產(chǎn)線效率提升達(dá)10%以上，節(jié)約人工90%以上。

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