熟练焊工稀缺 机器人填补差距（下）
制造业是很有魅力的。不需要再预定OPS会议以及供应商主动炫耀卖弄。关于制造设备的幕后图像在电视广告、网络平台和品牌故事中备受瞩目，其中一个原因是——机器人。为什么呢？这是因为机器人的魅力。
从合适的角度拍摄，它们巧妙地展示了先进的技术和工艺，成为了标志性品牌。在网上流传很广的特拉斯工厂参观视频中，机器人和热门汽车是焦点。
（有多个焊接机器人的无夹具弧焊单元，还有两个物料搬运机器人进行零件传送及定位）
全油门摩托车也非常配合。在Ninja H2的宣传视频中，Kawasaki给它们的底盘焊接机器人大特写。 多关节点焊机器人往往更抢风头，连同它们自身烟火闪烁的表演。但是烟火之下是先进的金属连接工艺。未来，我们会从激光钎焊，搅拌摩擦焊以及铝焊接中看到，一种新的、直观的运动学编程将使焊接机器人嵌入到更多角色中。 熟练焊工稀缺 制造商面临的一个主要挑战是新兴技能差距和熟练技工的人口老龄化。熟练的焊工，尤其供不应求。来自彭博社的报告显示：美国焊接协会估计，到2020年将有29万专业焊接工缺口。特别是可以给机器人编程的焊接工人。 对于合约制造商以及小批量生产和频繁转换不同产品的加工车间而言，这个问题更加艰巨。内部焊接和机器人编程专家非常稀缺。 “技工短缺的现实是个大问题，”密歇根州Grand Rapids合约制造商 Rapid-Line 公司的经理Mark Lindquist说：“我们不打算再找到熟练的焊工了，他们只会拿起焊枪和焊接。我们不打算再招聘那种只会拿起焊枪和焊接的熟练焊工了。现在，我们有五个熟练焊工的位置空缺，但是要招到合适的人很难。” 机器人填补差距 Lindquist说熟练工种的短缺是他们工厂广泛使用机器人的原因之一，再就是质量问题。他说机器人焊接一致，提供了品质保障。 “全球大约三分之二的办公家具都是在这个50英里半径范围的地区生产。（西密歇根州是顶级制造商Steelcase公司，赫曼米勒和海沃氏的基地。）我们的客户是办公家具制造商，” Lindquist解释说。 “他们不可能允许坐在椅子上的人，因为部件焊接问题而摔倒在地上。因此，我们对焊接质量的要求也大幅上升。” “机器人焊接的一致性，重复性和可预见性非常好，”他说。“一个机器人可以处理很多工作。它可能没有人焊接快，但运行时间持久。机器人并不需要休息或去讨论足球比赛。它不会犯错或改变工艺。你可以通过这些机器人快速地进行工作。” Lindquist说，大部分的生产工作被转换为机器人MIG焊接。直到最近，机器人编程被工程师或工厂里面训练有素的程序员完成。但他们只有一个熟练的机器人技术人员负责监督11台机器人在工厂中的多次轮流作业，即使是在周末。 “在我们工厂，你一个人是无法完成所有的编程工作。很多时候程序不得不被做修改，例如当你把装置放回、或者你没有把他们正确对齐、或者机器人被撞到。你不得不返回和编程。” 这造成不必要的瓶颈，尤其是像我们这样的工厂。Lindquist说他们的平均批量生产只有40件。多样化、小批量的生产需要一个灵活的解决方案。 直观的机器人焊接编程 机器人制造商Yaskawa Motoman和机器人抓手创新者Robotiq公司联合使用Kinetiq Teaching来解决这些挑战。安川焊接机器人上面有这样的选项，Kinetiq允许操作人员手动指导机器人到期望的焊接位置而不是通过示教盒进行编程。
（一名焊工用创新的技术对机器人进行编程）
首先用于MIG焊接，这个设备本身是由安装在机器人法兰和焊接炬之间的力传感器组成。当你抓住焊接炬，把它拉到某个位置，它可以感应你推或拉的方向，算出矢量位置，然后指示机器人往相应的方向移动。图形用户界面内置于机器人控制器。 “有了Kinetiq Teaching，我们对机器人编程更加容易，它减少了对机器人设定的时间，对工人而言，操作更加直观。”位于俄亥俄州Miamisburg的安川首席助理工程师 Chris Anderson解释道，“它由两个主要部分。一个是简洁的用户界面。屏幕看上去像一个智能手机应用，以一系列照片为图标。另外一个部分是直接教学，它可以抓取机器人，然后引导他们到你所想要焊接的位置和方向。这比用关节坐标操作机器人运动要快速很多。” “对于缺乏经验的程序员而言，想要简单移动机器人到他们预期位置，这种教学非常直观，通过触摸图标记录位置，然后指明他们想要开启或者关闭焊接的地方。”Anderson补充道。Kinetiq Teaching允许小批次快速设置，并且拥有改进机器人质量的优势。” 小批量运行快速设置 今年早些时候，安川介绍它的客户Rapid-Line申请专利技术。在这个案例研究中， Lindquist分享了他们公司的使用经验。 “安装Kinetiq之后，我们挑选了公司里面六名手工焊接者并训练他们半天。”Yaskawa的Anderson解释说。我为他们演示如何执行一个程序。然后他们按照我的演示精确执行，他们能够在15分钟之内编程机器人做一些基本操作。接下来，他们重复了这个操作，每个人又将时间缩短了5分钟。所以它们可以快速学习和迅速精通Kinetiq。” Lindquist说用示教器这种传统方式进行编程，将机器人引入到焊接的位置会多花费两倍到三倍长时间。 “Kinetiq Teaching非常容易操作，”他说。 “大概一个半小时或一个小时的训练，以及一些动手实践，你就可以学会了。” Yaskawa的Anderson说，那些参与机器人编程的人可以很容易地明白，使用Kinetiq Teaching带来的改变。由于80％的焊接仍是手工操作，Anderson认为机器人自动化将会有很大的市场潜力。 “我们把它带到展会，然后设置成了一个围观演示，”Anderson说。“该视频帮助你了解它的操作是多么简单。但是只有你自己能够操作它，才是真正做到了。我们的参观者中有些小孩，甚至他们都可以做到。” “通常，一旦公司购买了一个品牌机器人，那种颜色的机器人就会填满他们工厂。Anderson说。 “但是，一些公司已经购买了带Kinetiq设备的 Motoman品牌机器人，引进不同的机器人品牌到他们工厂，只是因为它更容易教会。” 机器人焊接一体化 在机器人编程上的创新，正在使得中小型规模公司的自动化焊接工艺更容易。其它因素还包括让机器人焊接拥有了更广泛的受众范围。 “随着技术不断进步和提高，我们能够降低成本，开拓较小行业的市场。”Woomer说。“我们深入了解客户和他们正在生产的产品，提供能够帮助他们成功的解决方案。”通过使用模具和内部程序，我们可以提供全钥匙系统给客户。这样解决了最终用户自动化的风险，帮助他们一开始就迈向成功。”
（用于汽车转向部件的三轴双机器人）
Genesis Systems公司是一家拥有RIA认证的机器人集成商，它服务于汽车、铁路、农业、国防和航空航天等行业。Woomer说熔化极气体保护焊是集成商的主要收入来源，但他们开始对激光焊接感兴趣了，特别是在汽车行业。 在以前的文章中，我们探讨过机器人激光熔覆和其他激光焊接工艺。Genesis Systems公司视频展示了一个正在作业的双机器人焊接单元。 VERSA RC3L工作单元描述了一个具有三轴运动的悬挂式机器人正在用MIG方式焊接汽车转向系统部分。双机器人配置有助于缩短周转时间。 焊接机器人仿真 Woomer强调了在机器人焊接一体化中，模具、仿真和离线编程的重要性。 “在自动化中，模具是非常重要。”Woomer解释道。 “你可以使用不是为自动化设计的工具，这意味着你没有合适的焊枪角度来完成一个有质量的焊接。Genesis有专门的模具部门，这个部门的同事能够知道这些焊枪所需要的角度，他们建立模具的时候，参考了焊枪的3D模型。在我们制作实体模具之前，然后我们用仿真去无限靠近这个模具和其他部分，我们在概念阶段围绕机器获取最合适的模型。” “通过电脑屏幕可以真正获取这些概念，这有助于我们和客户之间的谈话更富有成效，”Woomer继续说。“通过仿真，我们可以对理念进行验证。一旦项目被出售，我们使用仿真来证明设计，证明机器人可以达到一切，并确保模具和我们在概念阶段所想一致。” “当我们在内部做离线编程时，我们能够很快启动与客户的对话。我们可以从一开始就进行编程以及和客户协作，取代了等待我们的系统被设计和采购所有材料，然后为制造公司构建系统的流程，我们可以开始编程并与客户协作。用户对话是关键部分。” “有很多方法为编写程序，”他继续说，“但使用一种可让机器人高效并且允许零件变化的编程方式，这才是至关重要的。同时，能够在软件工具中添加零件变化也很重要。” 面向制造的设计是Genesis公司正在开展的重点领域。它包括分析用于焊接的部件以确定他们是否是自动化最优化的设计。 “是否有更好的方法把法兰安装到部件上？连接处有没有更合适的方式来做滑动配合？如何做到接头装配制造更容易，这是一个很大的考验。”Woomer说，“因为同一个位置的连接越好，你花费在用机器人软件修改这些问题的时间就越少。” “我们越早合作（在零件设计过程中），就让我们的客户越容易成功。例如，我们可以使用的工具之一是焊接失真分析。如果我们在早期就深入地看到了这个项目，就可以把这些部分放入到焊接失真分析模型中，并计算出哪部分将会失真。然后，改变输入，改变模具设计，或改变零件设计，最后再重新运行该模型分析。这一切都基于计算机的建模。这类事情不必麻烦人来做，因为这是软件和知识的投资。你需要的是在工艺早期做模型分析。你必须有能力去改变部分设计或改变模具并从中看到奖惩。 “随着技术的进步，有人买机器人，并希望他们都会有效。”Woomer说。“但是一个真正地集成商能够帮助他们获得成功。这是关键部分，将所有的技术、知识和经验集合在一起，提供最适合客户的解决方案。”
机器人焊接技术正持续不断将柔性自动化带入到更多制造厂商中，制造商的质量、生产周期和投资回报率将上升到新高度。这就是了不起的自动化。