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Rosenbauer 採用重載型機器人 KR titan

一架巨大的重載型機器人、一個高度現代化的加工中心、一套量身訂製的自動化解決方案:且看消防裝備製造商 Rosenbauer 如何與 KUKA、Promot 和 Hermle 聯手打造因應未來的生產過程。


包覆在窄小外殼裡的巨大機器人,更顯龐然大物。從環繞周圍的多個快換托盤中,KR titan 一個個地抓起承裝著組件的夾持托盤,送入相連的銑削加工中心,並將加工完成的成品取出。在此受到加工的例如有高度複雜的幫浦零組件或是底盤部件。在這兩個步驟之間,KR titan 還會自動將托盤排列成適合的順序。機器人規模龐大,但所有這些動作都驚人地快速且安靜,而且完全自動:當人們都已經離開之後,位於萊昂丁 (Leonding) 的消防裝備製造商 Rosenbauer 的生產區裡,機器人仍辛勤地繼續工作。這套系統已順利運行數週,這要歸功於多家公司之間的完美合作。

© Rosenbauer International AG

計劃宏大,空間有限

在此之前,同樣的位置上曾站著一台車銑複合加工機。但 Rosenbauer 的機械加工生產負責人 Michael Schöftner 表示,在當時,除了將它更換掉之外,別無選擇。在服役 14 年之後,「小病痛」越來越多,維修的次數也不斷增加。「我們在產能利用率和生產力方面也已達到極限,在我看來,是必須加入無人值守的第三班的時候了。同時,我們的零組件產品範圍也擴大了,尤其是底盤組件,這些組件很難以舊的加工機來製作。」

Rosenbauer 採用 KUKA KR titan

絕不考慮外包生產:許多複雜的零組件都是絕對的專有技術載體,Rosenbauer 無法將其外包生產。恰恰與之相反:當時,新型消防車系列 RT 的零組件加入了行列,還有其他由於其規格尺寸而必須外包加工的組件,都必須回到自家內部生產。
空間問題是從一開始就很明顯的:現有場地最多只能夠提供約 6 x 6 公尺的安裝面積,與 Michael Schöftner 腦海裡不斷擴大的計劃實在相互衝突:他想要一架能夠順暢處理大型組件的加工機,而且還想要一套由一個機器人和 15 個夾持托盤(含兩種尺寸)構成的自動化組合,以實現無需人員值守的第三輪加工班次。他的採購清單越來越長。

KR titan 在 Rosenbauer 效力

生產過程的全新心臟

公司很快就決定採用 Hermle 的車銑複合加工機。Michael Schöftner 說:「十年來,我一直想要一臺 Hermle 的加工機。他們的尺寸和類型都是為我們量身訂製的。」此外,供應商的反應都很正面,因此更堅定了他的選擇決心。
最終決定採用的是一架 C52U-MT。這是一個加工中心,可以加工最大達 1000 x 1100 x 750 mm 的組件,而根據 Schöftner 的說法,可確保「高尺寸精度和加工表面品質」。

Hermle 車銑複合加工機

這臺加工機的工具主軸轉速高達 14,000 rpm刀塔的 HSK100 空心錐承載 302 把刀具,內部冷卻劑供應的冷潤滑劑運行壓力可在 10-80 bar 之間無段式調整,測量探頭和外形檢測系統則是來自 Blum 公司。再加上 Hermle 資訊監控軟體系統,可隨時對機器狀態進行通訊和查詢。

Michael Schöftner 花了許多時間與 Rosenbauer 的董事會爭論這個迄今在機械加工方面最大的投資。他建立了好幾個文件夾,裡面裝滿了有關投資報酬率和商業企劃案的計算,獨立分析了每一個組件。最終還是獲得了上級的同意,可以開始打造一套量身訂製的自動化系統。

至今都找不到我想像中的系統,尤其是要能放在如此有限的空間裡。所以我自作主張,為自己設計了一套量身訂製的自動化方案。

Michael Schöftner,Rosenbauer 機械加工生產負責人

遊戲間裡的巨人

自動化的時候到了。他的作為,可以寫成一篇 Rosenbauer 傳奇:他與他的兒子——一位「樂高技術建築迷」——一起坐在兒童遊戲間裡,用樂高積木、一個 KUKA 機器人模型和幾個小托盤建立了一個設計粗樣,為第一批草圖奠定了基礎,而且與之後的實際成果驚人地相似。
同樣地,他們也很快便曉得,那將會是一架 KUKA 機器人。Michael Schöftner 在尋找的機器人,必須能夠在狹窄的空間裡搬運高達 900 公斤的沉重托盤,同時也需要數公尺的作用範圍。很快地,KUKA 的最大機型 KR titan 便成了不二之選。KR titan 1000 是第一款具有開放式運動系統的六軸重載式機器人,載重能力高達 1,300 kg。

非標準現成產品

自動化之路將 Schöftner 帶到了 Promot 的專家面前。兩者之間其實已有先例,Rosenbauer 在其他多個專案中已認識到來自上奧地利的客製化解決方案的優點。然而,有鑑於複雜的技術要求,並不考慮用「現成的」自動化方案。經過多次與 Hermle、KUKA 和 Promot 協調會談之後,最終成功建立起如今正在萊昂丁運行的解決方案。

系統中心為一架六軸標準型 KUKA KR 1000 titan。受限於托盤的尺寸,這架重載機器人的載重能力「僅」850 公斤,作用範圍最大則達 4 公尺。這位巨人也因此是 Promot Palmaster 的中央運輸元件,其中可以臨時存放 15 個托盤,而且是兩種不同的尺寸,這也是當初的重要選擇條件之一。全套系統中的第三個要素是整備站 Hermle C52-UMT,用來將夾緊在托盤上的零組件送至 Palmaster。KR titan 接過零組件,並將其繼續遞入加工中心,此時會利用到機器人的整個作用範圍。加工完成之後,機器人會再次取出托盤,並送到合適位置以進行裝備、改裝和拆卸。機器人會不斷地依據優先順序拿取零組件,將其交給機臺加工,然後再取出放下。

所有流程步驟都是透過主機軟體 Prosys 3.1 控制,這套軟體亦是 Promot 多年來的發展成果。除了流程步驟之外,這套軟體還能夠管理所有數控程式、計算加工機的產能利用率和刀具使用狀態,以及管理系統中的夾緊工具。Michael Schöftner 表示:「現在,當工作輪到第三班時,真的不需要值班人員也可以運作到底。如此一來,便可以確保最高覆蓋率,緩衝組裝線上的不足。關於自動化和機器人技術本身,我不需要去說服任何人,但這麼大的規模當然會引起疑慮。公司信任我,做出這麼一大筆投資,絕非理所當然。」

KUKA、Hermle 和 Promot 之間的合作

任務進行中

Michael Schöftner 另外強調,這套系統、機器人和加工機其實還有很大的潛能尚未充分利用,「但是我們也希望為未來做好準備。」而在其他地方也還有待辦事項。Schöftner 目前正在計劃另外兩個專案,「我當然會再次和同樣的人聯絡。」

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