壁爐自動化製造 4.0：焊接機器人的數位雙生

自動化焊接坯爐以及提供廣泛的產品組合——這是位於德國特里爾城的 HASE Kaminofenbau GmbH 的目標。這家來自德國西南部的創新壁爐製造商每年都會推出一到兩款新機型上市。歸功於 KUKA 數位雙生技術與焊接機器人之間的完美合作，HASE 現在可以輕鬆因應不斷增長的市場需求。

自動化技術帶來舒適溫暖：現代化壁爐正流行

舒適的暖意，劈啪作響的木柴，熊熊燃燒的火焰——對越來越多的人來說，壁爐體現了純粹的舒適，是客廳裡的必備品。這就是為什麼來自特里爾的壁爐製造商 HASE 正面臨市場需求不斷增長的原因。這家家族企業成立於 1979 年，目前每年生產多達 15,000 個壁爐——而且由於製造過程採用了自動化，速度比以前更快、更有效率。特點是：HASE 的所有壁爐均在其位於萊茵蘭-普法爾茨州的工廠生產，該廠房擁有約 200 名員工。除了「Made in Germany」（德國製造）之外，壁爐專家也加強應用多項創新的技術解決方案——無論是每年推出的新壁爐型號、用於產生乾淨火焰的智慧型 iQ 軟體，還是透過機器人實現生產自動化，都大幅促進了流程效率。實體機器和數位應用之間的介面發揮了關鍵作用。

由於我們越來越缺乏焊接專家，因此只有透過生產自動化才能從蓬勃發展的市場中獲益。

Florian Fischer，HASE 生產開發主管

自動化生產滿足高市場需求

現今市場對現代化和乾淨的壁爐的需求不斷增長，為這家在地製造業者帶來了許多挑戰。「一個壁爐上有無數的焊縫，而用手工方式製作焊縫非常花時間，」HASE 生產開發主管 Florian Fischer 說。「由於我們越來越缺少焊接專業人員，而且我們的設備也越來越老舊，因此我們只有透過生產自動化才能從蓬勃發展的市場中獲益。」透過讓機器人負責在高溫下執行困難的基爐焊接工作，我們的同仁可以更專注於他們的手工藝，例如燃燒室門的焊接，這裡的工作區域對於焊接機器人來說已經太窄了。

數位雙生是焊接系統的核心

因此，這家製造商的目標很明確：使用焊接機器人可以提高生產力、確保品質，同時減輕員工的工作負擔。然而，若創新壁爐製造商 HASE 不以未來導向的思維方式思考，就不會是 HASE 了。「我們希望打造一個先進、靈活的機器人系統，然後這系統還可以處理尚不存在的未來模型，同時又不會限制我們的設計師的工作或導致生產停頓，」菲舍爾解釋道。「這就是為什麼數位雙生也扮演著極重要的角色。」

在特里爾的 HASE Kaminofenbau 公司裡，傳統工藝與創新自動化完美結合。

過去 20 年來，HASE 持續信賴 KUKA 機器人的效能，因此也為其最新專案選擇了智慧機器人技術領先供應商。這項合作最引人矚目之處不僅在於可以使用 KUKA 硬體——兩架 KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW、KUKA KL250-3 線性滑軌和定位器。而這些高科技硬體與 KUKA.Sim 軟體和數位雙生的互動，才真正是使 HASE 發生明顯變革的重要元素。模擬軟體以虛擬的方式將機器人應用延伸至現實生活，——遠在系統投入運行之前。離線程式設計的機器人運動流程會即時呈現，並根據其週期時間進行分析和製程優化。此外，還可利用 KUKA.Sim ArcWelding AddOn 模擬自動焊接應用。例如：可設定焊接機器人的接近位置或最佳定位。

壁爐模型的離線程式設計更快速

「在與實際系統完全隔開的狀態下，我們使用 KUKA.Sim 事先模擬了兩個機器人在線性滑軌上的所有焊接順序和運動流程，」HASE 程式設計師 Martin Altmeier 說道，「在離線的狀態下，我們可以使用數位雙生在兩小時內寫出一個壁爐程式；若是在線上，我們必須讓系統停止運作兩週。由此可見：如果不利用模擬軟體進行離線程式設計，我們的生產過程和新模型的開發就不可能如此輕鬆快速。」

兩架 KR CYBERTECH nano ARC 焊接機器人在線性導軌上對零件的接縫進行焊接。

製圖師也可以在原型階段很早就透過 KUKA.Sim 將新壁爐模型的構思與現實進行比較。借助數位雙生，Hase 可以一對一地模擬焊接流程，製圖師因此可以獲得後續生產過程的相同影像。HASE 也可以使用數位雙生來試驗新壁爐的焊接流程，並最後以此為基礎，為機器人單元建立相應的焊接程式。

自動化與靈活性的結合

一旦壁爐模型的程式編寫完成，機器人就可以立即開工。機器操作員使用起重裝置將壁爐放入系統中，啟動程式，然後定位器將已預先大略定型的基爐（重量根據型號不同在 20 至 100 公斤之間）提升到所需位置。在線性軌道上，兩架連接到兩個 TPS 500i Fronius 電源的焊接機器人 KR CYBERTECH nano ARC 按照指定順序自動焊接組件的接縫。「在這之前，我們會使用模擬軟體來準確確認哪一架機器人何時最適合製作哪一條焊縫，」程式設計師 Altmeier 解釋說，「這樣就不會出現任何延遲，而且可確保焊縫緊密，並且達到最佳的週期時間。」

故障風險被降到最低限度。

另一個優點：透過使用角色設定明確的不同使用者等級（例如操作員），HASE 將因操作失誤導致的故障風險降低到幾乎為零。此外，所有當下使用的程式均在 KUKA 軟體中備份，因此即使發生錯誤，所有資料也可以立即復原。「我們希望將虛擬世界與現實世界完美地連接起來，」KUKA 的長期系統合作夥伴 Paul von der Bank GmbH 的 Bernd von der Bank 在描述他對該專案的目的時說道，「無論我在系統上或模擬中進行更改，兩者都會發生相同的變化。線上世界和現實世界如此協調一致，這在市場上是獨一無二的。」

HASE 的壁爐專家、KUKA 的自動化專家和系統合作夥伴 Paul von der Bank GmbH 攜手合作。

KUKA 的應用解決方案提供一致的虛擬和實境控制

為了讓 KUKA.Sim 和焊接機器人能夠完美協作，HASE、整合商 Paul von der Bank GmbH 和 KUKA 客戶服務部門攜手合作，進一步開發了這套軟體並編寫了一套客制化的程式。HASE 的專業知識對於最終的成功尤其發揮了關鍵作用。「電焊的挑戰在於，虛擬世界沒有公差，」von der Bank 說，「然而，現實中的連接技術卻有——而且影響還不小。」

軟體的模組化產品架構讓客戶的願望能夠成真

為了確保焊縫模擬和焊接參數能與機器人控制器的操作完美配合，並儘可能減少「事後教導工作量」，所有相關人員齊心協力，根據 HASE 的需求調整 KUKA.Sim——而該軟體的模組化產品架構能夠實現這一點！重要優勢之一：資料 100 % 一致，這表示虛擬控制器和真實控制器使用的是完全相同的數據。透過這種方式，KUKA.Sim 為虛擬啟動奠定了基礎。

高階機器人系統提高生產力

由於數位雙生和KUKA機械手臂之間的完美合作，HASE 能夠將每個壁爐的焊接時間從 45 分鐘縮短至 15 分鐘。有鑑於從這套系統中獲得了良好經驗，HASE 目前又建立了第二個系統，與第一個系統完全相同，藉此降低了程式設計和控制的工作量。這兩套新系統取代了五套舊系統，大大增加了生產空間！

精準、高效能：由於數位雙生和機器人之間的完美合作，每個壁爐的焊接時間從 45 分鐘縮短至 15 分鐘。

在離線狀態下，我們可以使用數位雙生在兩小時內寫出一個壁爐程式；若是在線上，我們必須讓系統停止運作兩週。

Martin Altmeier，HASE Kaminofenbau GmbH 的程式設計師

該壁爐製造商現在年產量可多達 25,000 座壁爐，而之前最多只能生產 15,000 座。「對我們來說，這兩套高階機器人系統是我們迄今為止擁有過最偉大的焊接創新技術，」Fischer 總結道，「自動化最困難的地方在於找到一種可以同時兼顧多種產品組合的方法。我們與 KUKA 和 Paul von der Bank GmbH 攜手成功克服了這項挑戰。」該專案成功的秘訣在於通力合作：KUKA 為 HASE 提供了全方位解決方案，並與客戶和本地系統合作夥伴共同開發了量身定制的解決方案。

以自動化為契機

鑑於技術人員短缺的問題日益嚴重，HASE 的員工並不認為自動化解決方案對他們的工作構成威脅，而是將其視為保障雇主生計的手段。HASE 致力於始終如一地追求紮實工藝和創新自動化之間的平衡，並且已經與 KUKA 就自動修邊和塗漆以及組件焊接的概念展開合作。打造更多現代化、乾淨的壁爐，讓客廳更加舒適愜意。