绿色机器人帮助塑料工业实现增效节能
发布时间：2009-08-04 来源：ABB评论
增效节能是提高工厂总体效率 的重要因素。有效管理能 源，需要所有人员和部门的参与。 同时也意味企业必须树立目标和明 确方向，能源消耗必须进行计量， 以求得不断改进。为了实现增效节 能，工厂必须将注意力集中在生命周 期成本，而不是前端的成本费用。
Cantex 公司通过改用 75 kW、 90 kW 和 110 kW 的 ABB 传动增 强了三台螺杆挤塑机的混料螺 杆，从而使产量提高了 30%。
“多数塑料加工厂可通过采取无成 本、低成本以及投资等综合措施， 将能源费用降低 10 % 至 30 %。”加拿 大 Husky 注塑系统公司工厂计划小 组经理 Santiago Archila 说。这个小 组专门负责工厂效率的改进工作， 同时还研究机器的有效使用，而这 也是节能潜力巨大的一个重要领 域。精简可行的计划，可以减少机 器数量，节约更多能源。
注塑机生产厂正对整个注塑工艺进 行研究，以期提高能源效率。正确 协调使用注塑机、模具和外围设 备，正确选择和安装工艺流程都会 降低能源与材料消耗 (如残次品数 量)。对工艺进行优化处理，可减少 停机时间以及减少安装调试、加热 和启动阶段，缩短高耗能的非生产 时间。在此，不仅模具和机器的维 护起着重要作用，而且功能性能良 好的自动化解决方案也会产生重大 影响。
减少单位产品能耗
塑料行业的一个重要趋势是注塑机 从液压传动转向电传动。瑞典塑料 材料和设备供应商 Materialdep?n 开 展了一项研究，比较了每年运行相 同时间的 160 公吨的液压和电动注 塑机。采用电传动的，运行成本可 以节省 7,000 美元。在总运行时间 相同的情况下， 液压传动注塑机 耗电 16 kWh，而电传动注塑机仅 耗电 7 kWh。
生产工艺方面的另外一大趋势 是减少浪费，这正好是采用机 器人单元的主要优点。
一家日本注塑机生产厂商 TOYO 声 称，采用电传动注塑机，用户有望 节省 30 % 至 70 % 的能源。通过比 较每年运行时间一样的 80 吨液压 和电传动注塑机，发现每年可节约 的费用 (包括液压油和润滑油脂成 本) 高达 4,600 美元，液压注塑机耗 电 5.65 kWh，而电传动注塑机只耗 电 1.85 kWh。如果推广到多台注塑 机，则节约力度会非常大。
与这个结论相关联的是，人们增加 了对电机在工业领域扮演角色的 认识。例如，Cantex 公司是美国 聚氯乙烯 (PVC) 管的主要生产厂 商，Cantex 采用 ABB 的工业传动产 品对工厂 18 条挤塑生产线中的 3 条 进行了升级改造，挤塑生产线原先 采用非 ABB 产的 DC 传动。由于采用 了。 75 kW、90 kW 和 110 kW 的 ABB 传动对三条生产线混料螺杆的电机 进行了改造，公司产量提高了 30 %。 ABB 的 Machine Sync 是一个 节能节时的系统，由于机器人 与注塑机的工作流程部分并行 运行，因此提高了机器人的 产量。
减少废品
生产工艺方面的另外一大趋势是减 少废品，这也正好是采用机器人工 作单元的主要优点。国际汽车零部 件公司 (IAC) 是汽车行业一级供应 商 1)，该公司通过使用机器人成功减 少了废品。在安装最新的自动化工 作单元之前，其瑞典 Skara 的工厂发 运给客户的产品缺陷率为百万分之 一百五十。安装机器人后，这个数 字下降到百万分之五十，因此成为 竞争高度激烈的汽车行业的一大优 势。质量改进意味着废品减少，材 料浪费减少。
“像瑞典这样一个高成本国家，要 在世界市场上进行竞争，我们不得 不尽量提高效率。机器人恰好改善 了效率、质量，并增强了我们对产 品的信心。在我们这个行业，机器 人是必备的。”IAC Skara 工厂经理 Steve Hammond 如是说。
在机器人动作之前，采用 ABB 的 RobotStudio 软件来模拟机 器人的实际运行动作，成为精 益制造的范例。
在新加坡第一工程公司，可以找到 机器人提高生产率的另一个范例。 这家公司生产超高精度模具和塑料 零件，用于诸如硬盘驱动器和 PC 外设装置等高技术产品。自从公 司在生产中引进了 6 自由度的 ABB 机器人，产量增加了 75 %，从每月 170,000 件增加到 300,000 件。零件 质量提高了，劳动力成本降低了， 公司能够更加有效地利用能源。
优化周期时间
在生产过程中， 还有其他节能方 法。例如，ABB 的 Machine Sync是 一个节能节时的系统。由于机器人 与注塑机的工作流程部分并行运 行，增加了机器人工作单元的生产 产量。当塑料零件从模具中取出 时，协调好注塑机的开启和闭合时 间，就可缩短生产周期，生产更多 零件。这种同步还可减少机器人磨 损，有助于避免碰撞。一个典型的 例子涉及 IRB 6650 机器人和 3000 吨注塑机，生产一个典型的汽车零 件，采用同步早进早闭合功能时， 零件提取时间可节省 10 %。如果推 广到一台长年连续运转的机器，这 台机器的零件提取节约时间将达 10 秒，完整周期时间为 30 秒，因此每 年可多生产 35,000 个零件。
减轻负荷
影响塑料行业的另一个重大趋势是 汽车行业都在努力生产重量更轻、耗能更少的汽车。这给汽车行业及 其零部件供应商带来了巨大的挑 战，他们需要从以钢铁和铝材为主 的材料转向重量更轻的镁和塑料复 合材料。
人们正在探索新技术，将复合材料 与玻璃纤维、布和金属等结合起 来，获得刚性、冲击强度和抗老化 性能都类似于金属的材料。为了生 产这样的零件，要求使用纤维、金 属和埋入纺织品进行加工，还要求 具备可控手段使塑料零件在若干个 工序之间移动，这些工序涉及到冲 压机、成型机及二次成型等。 由于整个过程中零件必须精确定 位，所以只有使用 6 自由度的机器人 才能满足这些要求。因此，在开发 设计精简和环境友好型产品领域， 6 自由度机器人扮演着关键角色。 新产品和新方法帮助客户在超 越目标的同时，减少对环境的 影响。
精益制造
激光、水射流或机械切割用于为模 型、热成型或泡沫零件进行清理、 除毛刺 2) 和钻孔。这些切割技术经 常用于修整汽车内饰和外部零件， 如地毯、保险杠和安全气囊的刻划 工艺以及白色家电 3) 和大型零件， 如椅子、桶等。做好这些工作仍需 大量的反复试验，既浪费能源又报 废了大量塑料零件。通过对工艺流 程进行模拟仿真，所有类似问题都 可避免。
机器人开始运行之前，模拟仿真机 器人动作， 是精益制造的一个范 例。ABB 的 RobotStudio 软件可让应用工程师在计算机虚拟三维世界 中，先编制机器人的动作程序，并 对所有步骤进行微小修改，然后再 把信息直接传送至机器人。因此不 需要进行反复试验，避免由此造成 的浪费，节约了材料和能源。 瑞典公司 ABB Kabeldon 安装了一 条装配生产线，制造不同规格的熔 断器开关隔离装置。系统成套商 AVT-Specma 使用 RobotStudio 软件 模拟仿真复杂工艺过程，不仅节省 了大量能源和材料，而且还为系统 成套商及用户节约了大量时间。在 将程序装载到机器人控制器之前，所 有试验都在虚拟环境中进行。
节省原材料
各种形状和尺寸的塑料零件在涂漆 车间完成最终修饰，因此肯定存在 节省能源和减少浪费的潜力。喷漆 是一道困难的工艺流程，但在这个 领域内，ABB 有着丰富经验。采用 机器人可以优化整个喷漆工艺，减 少油漆用量。ABB 已经开发出喷漆 车间使用的空气再循环系统和最先 进的能源节约工艺，完全符合环保 要求。这种解决方案将空气再循 环、溶剂处理与能源节约相结合， 可把新鲜空气用量减少至十分之 一，因而减少了能源消耗。与人工 喷漆相比，自动化系统可节省的油 漆高达 30 % [1]。
新型非静电雾化器 Robobel021-MINI 可将油漆消耗降低 30 %。它体积 小，重量轻，适合小型喷漆机器人 喷涂小型塑料零件。新的喷漆工艺 使每个雾化器的流量增加一倍，因 此，可将油漆雾化器和喷漆机器人 的数量减少一半。喷漆车间占地面 积因此可减少 50 %，喷漆工艺所需 时间也减少了一半，因而可以节省 能源，降低油漆消耗和二氧化碳排 放。这些新产品和新方法帮助客户 在超越目标的同时，同时减少对环 境的不良影响。
涉及每个工艺过程
生产过程的任何一个方面，无论是 注塑成型、吹塑成型、挤压成型或 是在切割和喷漆等下游工艺的应 用上，机器人自动化在提高能源效 率方面都能够发挥它们的作用。
因此，无论是优化周期、节省原材 料、减少废次品，还是生产重量更 轻的产品等方面，生产塑料制品的 每个工艺步骤都可以节省能源，堪 称真正的绿色思想。