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KR AGILUS在內視鏡生產過程中提供了清晰見解

自 2021 年夏季以來,位於瑞士Widnau的 KARL STORZ 公司開始為內視鏡的接目鏡生產過程實施自動化。從那時起,一台 KR AGILUS 不僅減輕了人員的負擔,並且在瑞士Swabian加快了生產速度使其成為一個成功案例。


「我們以前有一臺焊接機,使用了多年,但後來實在因老舊而無法繼續提供可靠的工作效能。」KARL STORZ 位於Widnau分公司的基地負責人 Sarah Mühleck 說明了實施自動化的原因。當時是 2020 年年底,她的團隊開始尋找一個高效率的創新產品KARL STORZ 公司成立於 1945 年,致力於製造最高品質的的內視鏡、醫療儀器和設備全球總共有大約 8,300 位員工,負責將近 15,000 種產品的開發、生產、銷售和售後服務工作。該公司的財務中心位於德國的Tuttlingen,除了在瑞士有生產據點之外,在美國和愛沙尼亞也有設立製造廠。在距離Constance湖不遠的Widnau鎮裡,專門生產內視鏡的接目鏡等光學元件,由於這些元件被用於探視人體內部,因此需要採用可消毒的極密封設計。
拾取和放置:一台 KR AGILUS 是Widnau製造廠中內視鏡生產過程的一部份。它負責放入胚料,並且將完成的工件取出 © Stefan Hobmaier,TRUMPF

從單調的手工作業到雷射焊接設備

具體來說,必須採用新焊接系統的製作過程,是要將一個不鏽鋼套管和一個鑲嵌在不鏽鋼環裡的玻璃蓋接合兩者均屬於所謂內視鏡接目鏡的組件。藉由內視鏡,外科醫生可以在檢查時清楚地看到中空器官或是體腔內部的情形。在此之前,手工作業是不可或缺的。工作人員將零、組件放入加工機中,然後在焊接過程完成後再次取出每次都是先放一個套管,然後再放上一個要焊接的玻璃蓋環。「我們要讓我們的員工逐漸從這種單調且壓力大的重複工作中解脫出來」,Sarah Mühleck 表示。
玻璃蓋必須非常精準地放到套管上,不得有釐米之差,而機器人在拾取和放置時,也必須達到如此標準。這正是 KR AGILUS 的理想任務 © Stefan Hobmaier, TRUMPF

自動化的第一步:找到合適的焊接系統

位於Widnau製造廠的團隊有目標性地尋找一套自動化解決方案就具體的焊接過程而言,首選系統已經確定了:自數個月以來,KARL STORZ 公司持續測試使用來自 TRUMPF 公司的 3D 雷射系統 TruLaser Station 7000並且對結果非常滿意。TRUMPF 公司成立於 1923 年,是一家以雷射和系統技術聞名全球的成功企業,如今也提供自動化解決方案,同樣備受青睞。重點技術為雷射切割、雷射焊接和雷射雕刻
在Widnau的 KARL STORZ 團隊很快就熟悉了 3D 雷射焊接系統的作業方式 © Stefan Hobmaier,TRUMPF
醫療技術的強大拾取團隊:TruLaser Station 7000 和 KR AGILUS 在 KARL STORZ 合作生產內視鏡

第二步:來自鄰居的好建議

TRUMPF 擁有 15,000 名員工, KARL STORZ 的合作關係長達將近 30 。在談到採用 TruLaser Station 7000 實施自動化時,TRUMPF 團隊推薦了一家系統整合商,而且就位於附近,非常方便。這家名為wbt automation的公司位於德國Gosheim,目前擁有 18 名員工。Wbt 的總經理 Joachim Burkert 很快就接受了這個想法,同意為接目鏡生產的局部自動化提供支援。「『Wbt』這個名字也代表了『我們移動零件』(德語:Wir bewegen Teile),我們很高興能參與其中」,Burkert 回想道,「即使技術要求非常高」
Joachim Burkert,wbt automation 總經理KUKA 機器人是公司的首選 © wbt

第三步:釐清雷射焊接設備的技術細節

Joachim Burkert 更進一步描述:「我們必須在最狹小的空間裡設置一個小型工業機器人單元,同時還要容納非常多工件,而且還要將這些工件非常精準地放到焊接裝置裡。此外,我們也必須協調好機器人要如何精準地搬運零組件,因為我們希望機器人能夠以一個動作抓起兩個工件並將之接合。」Burkert 另外表示,在 wbt automation 的自動化專案裡,有 98 是採用 KUKA 機器人。「為了能達到此處所需的精確度,我們需要一個量身訂製的機器人,而非現成產品。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 還額外將它送到訓練營裡特別調校。」現在,這架機器人可以利用它的雷射感測系統檢查組件的位置,且除了使用四個夾持器之外,還可以利用一個小型伸縮真空吸盤來將每一個玻璃蓋準確放置到位
合作無間的團隊:KR AGILUS 機器人負責抓取移動,TRUMPF 的 TruLaser Station 7000 則負責 3D 雷射焊接的部分 © Stefan Hobmaier,TRUMPF

第四步:完美結合

工業機器人單元連接在 TruLaser Station 7000 上,但是可以靈活拆下,以便於保養。工作單元的工件庫有四個拉盒,總共可容納最多 960 個工件KR AGILUS 就是從這裡取出工件,然後移運到雷射焊接設備中 – 每一次焊接過程處理兩個套管並精準放置在上方的玻璃蓋。焊接完成的接目鏡則會由機器人再次放回工件庫中。Joachim Burkert 表示,KUKA 機器人具有最優良的技術先決條件。「我們將技術成熟的 KUKA 控制器和著名的操作面板與我們公司的元件完美結合。機器人安裝在專門為其研發的工作單元 MRC flextray 裡。我們透過 Profibus與我們的西門子控制系統建立安全連線,因此可以毫無阻礙地與 TRUMPF 系統進行通訊。
利用由 wbt automation 專門設計的特殊夾持器來拾取和放置。機器人利用一個伸縮真空吸盤來將胚料確實放置到位 © wbt

第五步:說服懷疑者

Wolfgang Karl 為 KARL STORZ 效力已四十年,是這家公司的雷射技術專家,他承認他起初的確抱持著懷疑態度。「我對於研發過程當然有疑問。機器人要如何抓住零件?有多安全?夾持器每次都應該要移出兩個零件,如果發生錯誤而只放了一個呢?我們要如何百分百確保不會發生問題?」對於這些疑問,wbt automation 的回應是:「採用模擬軟體 KUKA.Sim事前進行全面模擬」,Joachim Burkert 這麼敘述。借助這個數位雙胞胎,系統整合商能夠「在尚未建立起硬體之前,就事先展現整個產品」,Burkert 說。「這完全消除了我的疑慮」,Wolfgang Karl 強調。 
Wolfgang Karl 是 KARL STORZ 裡所有雷射過程的專家 © Stefan Hobmaier,TRUMPF

第六步:為日常使用持續供應高品質

搭配了合適的雷射機 (處為一臺功率 500 TruFiber 500 光纖雷射機) 便可以開始自動化生產。最後,要做的就是說服員工,他們不必再替焊接機上料和卸料,而是改為在拉盒中補充工件、操作機器人和負責品質管理Sarah Mühleck 說道:「沒有人因此被解僱,事實上,自動化能彌補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新的技術。」wbt 公司為 KARL STORZ Tuttlingen Widnau的員工提供訓練課程,消除了他們心中的不安
靈活的 3D 雷射焊接設備:機器人可以隨時從雷射系統上快速拆下 © Stefan Hobmaier,TRUMPF

「焊縫的品質非常非常好」

在所有參與者第一次見面後六個月,TruLaser Station 7000 KR AGILUS 工業機器人單元開始在Widnau正式上工。成效顯著且優良:裝卸作業若以人工手動執行平均需花費 10 秒鐘,機器人只需要 2 秒鐘便能完成。但對於 Sarah Mühleck 來說,最重要的是:「品質無可挑剔。焊接的品質非常非常好。而且系統運作可靠,沒有任何問題。大約半年後,Sarah Mühleck 的結論是:「每位員工都能夠操作機器人,而且在我們的輪班制裡,這個工作站甚至特別受歡迎。」

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

結論:聚光燈效應的自動化技術

TRUMPF 的產品經理 Axel Frey 博士也對這個自動化專案深表讚賞。「將零件放入雷射焊接系統裡然後再取出,而且過程達到最高級的安全性,雖然工作人員也能辦得到,但是絕對無法如此快速,而且也無法 100 % 穩定。再者,這個過程必須每天 24 小時穩定進行,同時還要保持高品質。」位於Widnau TruLaser Station 7000 辦得到這一點。不僅如此:「我也將這個專案介紹給美國的醫療技術員他們也給予非常正面的迴響。這個自動化技術在許多方面都突顯出了自動化的價值。
拾起 – 放下 – 焊接!雷射焊接設備為內視鏡帶來最高品質 © Stefan Hobmaier,TRUMPF

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

Sarah Mühleck,KARL STORZ Widnau製造廠負責人

坦然接受新挑戰

Joachim Burkert 來看,雷射系統和機器人可以隨時快速分開,讓這個解決方案更符合未來需求。「如果 KARL STORZ 在五年後要讓機器人執行別的任務,工作人員只需要花幾分鐘的時間,就可以將機器人拆下,讓 KR AGILUS 去解決其他的工作。或是將 KR AGILUS 分配給兩個不同的雷射機:白天它為雷射機一號工作,晚間就替雷射機二號服務。」不過,在Widnau KARL STORZ 員工目前沒有人想要改變任何東西。所有人都對人員、加工機和 KUKA 機器人解決任務的方式非常滿意。製造廠負責人 Sarah Mühleck 總結道:「這是一次非常好的合作。這讓人有意願再次做類似的事

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