KR AGILUS在內(nèi)視鏡生產(chǎn)過(guò)程中提供了清晰見(jiàn)解

自 2021 年夏季以來(lái)，位於瑞士Widnau的 KARL STORZ 公司開(kāi)始為內(nèi)視鏡的接目鏡生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施自動(dòng)化。從那時(shí)起，一臺(tái) KR AGILUS 不僅減輕了人員的負(fù)擔(dān)，並且在瑞士Swabian加快了生產(chǎn)速度使其成為一個(gè)成功案例。

「我們以前有一臺(tái)焊接機(jī)，使用了多年，但後來(lái)實(shí)在因老舊而無(wú)法繼續(xù)提供可靠的工作效能。」KARL STORZ 位於Widnau分公司的基地負(fù)責(zé)人 Sarah Mühleck 說(shuō)明了實(shí)施自動(dòng)化的原因。當(dāng)時(shí)是 2020 年年底，她的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始尋找一個(gè)高效率的創(chuàng)新產(chǎn)品。KARL STORZ 公司成立於 1945 年，致力於製造最高品質(zhì)的的內(nèi)視鏡、醫(yī)療儀器和設(shè)備。全球總共有大約 8,300 位員工，負(fù)責(zé)將近 15,000 種產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和售後服務(wù)工作。該公司的財(cái)務(wù)中心位於德國(guó)的Tuttlingen，除了在瑞士有生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)之外，在美國(guó)和愛(ài)沙尼亞也有設(shè)立製造廠。在距離Constance湖不遠(yuǎn)的Widnau鎮(zhèn)裡，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)內(nèi)視鏡的接目鏡等光學(xué)元件，由於這些元件被用於探視人體內(nèi)部，因此需要採(cǎi)用可消毒的極密封設(shè)計(jì)。

拾取和放置：一臺(tái) KR AGILUS 是Widnau製造廠中內(nèi)視鏡生產(chǎn)過(guò)程的一部份。它負(fù)責(zé)放入胚料，並且將完成的工件取出 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

從單調(diào)的手工作業(yè)到雷射焊接設(shè)備

具體來(lái)說(shuō)，必須採(cǎi)用新焊接系統(tǒng)的製作過(guò)程，是要將一個(gè)不鏽鋼套管和一個(gè)鑲嵌在不鏽鋼環(huán)裡的玻璃蓋接合。兩者均屬於所謂內(nèi)視鏡接目鏡的組件。藉由內(nèi)視鏡，外科醫(yī)生可以在檢查時(shí)清楚地看到中空器官或是體腔內(nèi)部的情形。在此之前，手工作業(yè)是不可或缺的。工作人員將零、組件放入加工機(jī)中，然後在焊接過(guò)程完成後再次取出 – 每次都是先放一個(gè)套管，然後再放上一個(gè)要焊接的玻璃蓋環(huán)。「我們要讓我們的員工逐漸從這種單調(diào)且壓力大的重複工作中解脫出來(lái)」，Sarah Mühleck 表示。

玻璃蓋必須非常精準(zhǔn)地放到套管上，不得有釐米之差，而機(jī)器人在拾取和放置時(shí)，也必須達(dá)到如此標(biāo)準(zhǔn)。這正是 KR AGILUS 的理想任務(wù) © Stefan Hobmaier, TRUMPF

自動(dòng)化的第一步：找到合適的焊接系統(tǒng)

位於Widnau製造廠的團(tuán)隊(duì)有目標(biāo)性地尋找一套自動(dòng)化解決方案。就具體的焊接過(guò)程而言，首選系統(tǒng)已經(jīng)確定了：自數(shù)個(gè)月以來(lái)，KARL STORZ 公司持續(xù)測(cè)試使用來(lái)自 TRUMPF 公司的 3D 雷射系統(tǒng) TruLaser Station 7000，並且對(duì)結(jié)果非常滿意。TRUMPF 公司成立於 1923 年，是一家以雷射和系統(tǒng)技術(shù)聞名全球的成功企業(yè)，如今也提供自動(dòng)化解決方案，同樣備受青睞。重點(diǎn)技術(shù)為雷射切割、雷射焊接和雷射雕刻。

在Widnau的 KARL STORZ 團(tuán)隊(duì)很快就熟悉了 3D 雷射焊接系統(tǒng)的作業(yè)方式 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第二步：來(lái)自鄰居的好建議

TRUMPF 擁有 15,000 名員工，與 KARL STORZ 的合作關(guān)係長(zhǎng)達(dá)將近 30 年。在談到採(cǎi)用 TruLaser Station 7000 實(shí)施自動(dòng)化時(shí)，TRUMPF 團(tuán)隊(duì)推薦了一家系統(tǒng)整合商，而且就位於附近，非常方便。這家名為wbt automation的公司位於德國(guó)Gosheim，目前擁有 18 名員工。Wbt 的總經(jīng)理 Joachim Burkert 很快就接受了這個(gè)想法，同意為接目鏡生產(chǎn)的局部自動(dòng)化提供支援。「『Wbt』這個(gè)名字也代表了『我們移動(dòng)零件』（德語(yǔ)：Wir bewegen Teile），我們很高興能參與其中」，Burkert 回想道，「即使技術(shù)要求非常高」。

Joachim Burkert，wbt automation 總經(jīng)理KUKA 機(jī)器人是公司的首選 © wbt

第三步：釐清雷射焊接設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié)

Joachim Burkert 更進(jìn)一步描述：「我們必須在最狹小的空間裡設(shè)置一個(gè)小型工業(yè)機(jī)器人單元，同時(shí)還要容納非常多工件，而且還要將這些工件非常精準(zhǔn)地放到焊接裝置裡。此外，我們也必須協(xié)調(diào)好機(jī)器人要如何精準(zhǔn)地搬運(yùn)零組件，因?yàn)槲覀兿Ｍ麢C(jī)器人能夠以一個(gè)動(dòng)作抓起兩個(gè)工件並將之接合。」Burkert 另外表示，在 wbt automation 的自動(dòng)化專(zhuān)案裡，有 98 ％是採(cǎi)用 KUKA 機(jī)器人。「為了能達(dá)到此處所需的精確度，我們需要一個(gè)量身訂製的機(jī)器人，而非現(xiàn)成產(chǎn)品。我們選擇了一架 KR10 R1100 型的KR AGILUS，而且在送到我們這裡之前，KUKA 還額外將它送到訓(xùn)練營(yíng)裡特別調(diào)校。」現(xiàn)在，這架機(jī)器人可以利用它的雷射感測(cè)系統(tǒng)檢查組件的位置，且除了使用四個(gè)夾持器之外，還可以利用一個(gè)小型伸縮真空吸盤(pán)來(lái)將每一個(gè)玻璃蓋準(zhǔn)確放置到位。

合作無(wú)間的團(tuán)隊(duì)：KR AGILUS 機(jī)器人負(fù)責(zé)抓取移動(dòng)，TRUMPF 的 TruLaser Station 7000 則負(fù)責(zé) 3D 雷射焊接的部分 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第四步：完美結(jié)合

工業(yè)機(jī)器人單元連接在 TruLaser Station 7000 上，但是可以靈活拆下，以便於保養(yǎng)。工作單元的工件庫(kù)有四個(gè)拉盒，總共可容納最多 960 個(gè)工件。KR AGILUS 就是從這裡取出工件，然後移運(yùn)到雷射焊接設(shè)備中 – 每一次焊接過(guò)程處理兩個(gè)套管並精準(zhǔn)放置在上方的玻璃蓋。焊接完成的接目鏡則會(huì)由機(jī)器人再次放回工件庫(kù)中。Joachim Burkert 表示，KUKA 機(jī)器人具有最優(yōu)良的技術(shù)先決條件。「我們將技術(shù)成熟的 KUKA 控制器和著名的操作面板與我們公司的元件完美結(jié)合。機(jī)器人安裝在專(zhuān)門(mén)為其研發(fā)的工作單元 MRC flextray 裡。我們透過(guò) Profibus與我們的西門(mén)子控制系統(tǒng)建立安全連線，因此可以毫無(wú)阻礙地與 TRUMPF 系統(tǒng)進(jìn)行通訊。」

利用由 wbt automation 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的特殊夾持器來(lái)拾取和放置。機(jī)器人利用一個(gè)伸縮真空吸盤(pán)來(lái)將胚料確實(shí)放置到位 © wbt

第五步：說(shuō)服懷疑者

Wolfgang Karl 為 KARL STORZ 效力已四十年，是這家公司的雷射技術(shù)專(zhuān)家，他承認(rèn)他起初的確抱持著懷疑態(tài)度。「我對(duì)於研發(fā)過(guò)程當(dāng)然有疑問(wèn)。機(jī)器人要如何抓住零件？有多安全？夾持器每次都應(yīng)該要移出兩個(gè)零件，如果發(fā)生錯(cuò)誤而只放了一個(gè)呢？我們要如何百分百確保不會(huì)發(fā)生問(wèn)題？」對(duì)於這些疑問(wèn)，wbt automation 的回應(yīng)是：「採(cǎi)用模擬軟體 KUKA.Sim在事前進(jìn)行全面模擬」，Joachim Burkert 這麼敘述。借助這個(gè)數(shù)位雙胞胎，系統(tǒng)整合商能夠「在尚未建立起硬體之前，就事先展現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品」，Burkert 說(shuō)。「這完全消除了我的疑慮」，Wolfgang Karl 強(qiáng)調(diào)。

Wolfgang Karl 是 KARL STORZ 裡所有雷射過(guò)程的專(zhuān)家 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

第六步：為日常使用持續(xù)供應(yīng)高品質(zhì)

搭配了合適的雷射機(jī) (此處為一臺(tái)功率 500 Ｗ的 TruFiber 500 光纖雷射機(jī)) 便可以開(kāi)始自動(dòng)化生產(chǎn)。最後，要做的就是說(shuō)服員工，他們不必再替焊接機(jī)上料和卸料，而是改為在拉盒中補(bǔ)充工件、操作機(jī)器人和負(fù)責(zé)品質(zhì)管理。Sarah Mühleck 說(shuō)道：「沒(méi)有人因此被解僱，事實(shí)上，自動(dòng)化能彌補(bǔ)人員退休所造成的空缺。但是有些員工也懷疑自己是否能夠適應(yīng)新的技術(shù)。」wbt 公司為 KARL STORZ 在Tuttlingen 和 Widnau的員工提供訓(xùn)練課程，消除了他們心中的不安。

靈活的 3D 雷射焊接設(shè)備：機(jī)器人可以隨時(shí)從雷射系統(tǒng)上快速拆下 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

「焊縫的品質(zhì)非常非常好」

在所有參與者第一次見(jiàn)面後六個(gè)月，TruLaser Station 7000 和 KR AGILUS 工業(yè)機(jī)器人單元開(kāi)始在Widnau正式上工。成效顯著且優(yōu)良：裝卸作業(yè)若以人工手動(dòng)執(zhí)行平均需花費(fèi) 10 秒鐘，機(jī)器人只需要 2 秒鐘便能完成。但對(duì)於 Sarah Mühleck 來(lái)說(shuō)，最重要的是：「品質(zhì)無(wú)可挑剔。焊接的品質(zhì)非常非常好。而且系統(tǒng)運(yùn)作可靠，沒(méi)有任何問(wèn)題。」大約半年後，Sarah Mühleck 的結(jié)論是：「每位員工都能夠操作機(jī)器人，而且在我們的輪班制裡，這個(gè)工作站甚至特別受歡迎。」

Sarah Mühleck 正在檢查品質(zhì)：只有當(dāng)玻璃蓋和套管之間的焊接品質(zhì)完美時(shí)，接目鏡才能使用 © Stefan Hobmaier，TRUMPF

結(jié)論：聚光燈效應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)

TRUMPF 的產(chǎn)品經(jīng)理 Axel Frey 博士也對(duì)這個(gè)自動(dòng)化專(zhuān)案深表讚賞。「將零件放入雷射焊接系統(tǒng)裡然後再取出，而且過(guò)程達(dá)到最高級(jí)的安全性，雖然工作人員也能辦得到，但是絕對(duì)無(wú)法如此快速，而且也無(wú)法 100 % 穩(wěn)定。再者，這個(gè)過(guò)程必須每天 24 小時(shí)穩(wěn)定進(jìn)行，同時(shí)還要保持高品質(zhì)。」位於Widnau的 TruLaser Station 7000 辦得到這一點(diǎn)。不僅如此：「我也將這個(gè)專(zhuān)案介紹給美國(guó)的醫(yī)療技術(shù)員，他們也給予非常正面的迴響。這個(gè)自動(dòng)化技術(shù)在許多方面都突顯出了自動(dòng)化的價(jià)值。」

拾起 – 放下 – 焊接！雷射焊接設(shè)備為內(nèi)視鏡帶來(lái)最高品質(zhì) © Stefan Hobmaier，TRUMPF

每位員工都能夠操作這架 KUKA 機(jī)器人，而且在我們的輪班制裡，這個(gè)工作站甚至特別受歡迎。

Sarah Mühleck，KARL STORZ Widnau製造廠負(fù)責(zé)人

坦然接受新挑戰(zhàn)

就 Joachim Burkert 來(lái)看，雷射系統(tǒng)和機(jī)器人可以隨時(shí)快速分開(kāi)，讓這個(gè)解決方案更符合未來(lái)需求。「如果 KARL STORZ 在五年後要讓機(jī)器人執(zhí)行別的任務(wù)，工作人員只需要花幾分鐘的時(shí)間，就可以將機(jī)器人拆下，讓 KR AGILUS 去解決其他的工作。或是將 KR AGILUS 分配給兩個(gè)不同的雷射機(jī)：白天它為雷射機(jī)一號(hào)工作，晚間就替雷射機(jī)二號(hào)服務(wù)。」不過(guò)，在Widnau的 KARL STORZ 員工目前沒(méi)有人想要改變?nèi)魏螙|西。所有人都對(duì)人員、加工機(jī)和 KUKA 機(jī)器人解決任務(wù)的方式非常滿意。製造廠負(fù)責(zé)人 Sarah Mühleck 總結(jié)道：「這是一次非常好的合作。這讓人有意願(yuàn)再次做類(lèi)似的事。」