以机器人为基础的自动化帮助塑料工业实现增效节能

  绿色思想是精简的思想，至少政府、工商界和消费者都一致同意。对环境的担忧也不再是少数人关心的次要问题，产业界（包括塑料行业）已经关注这种形势。减少对环境影响常常导致降低成本，特别在改善环境主要因素的节能方面。增效节能是目前工商界中最为引人注目的趋势。在塑料工业，机器人可使工艺流程更加精确和效率更高，同时机器人本身也变得更加准确和有效率，这些都有利于企业实现增效节能。

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Materialdepån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，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、质量和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。

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。

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

影响塑料行业的另外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，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，而且还为系统成套公司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。

¹⁾一级供应商指的是向原始设备制造商直接出售产品的公司，在此所指为汽车制造商。

²⁾.去除毛刺是指从铸造或机加工零件上去除毛边（即凸起边缘）。

³⁾ “白色家电”：家用电器产品的统称。

图片：

1  在瑞典的Axjo 工厂，IRB 4400正从注塑机上提取零件，并装配塑料卷盘。

2  在瑞典Tidaholm的IAC，两台IRB 2400机器人用于水射流切割汽车内饰件。

3  ABB的 RobotStudio软件可让应用工程师在计算机上的虚拟三维世界里编制机器人动作程序。

4. 在澳大利亚墨尔本的D&M公司，ABB机器人在给汽车零件喷漆。

5.在比利时的 deSter ，IRB 6650机器人正从注塑机上取出汤匙

资料库：生命周期分析法

在塑料行业，“增效节能”可说明多个问题，包括减少废次品（减少废品，因而减少能源用量）、节省喷漆、涂敷和密封零部件等的用料，减少周期，提高生产率等。它涉及生命周期分析法，统筹考虑从获取原材料到塑料零件回收等各个步骤。

智能喷漆

在澳大利亚，喷漆专业公司D&M专门从事喷涂小型汽车零件的工作。三台IRB 5400机器人轮次工作，每次工作12小时，采用了专门为减少浪费而开发的ABB专利的模拟控制锥口(Robobel 951)，不仅将生产率提高80%，还将油漆消耗降低35%。

芬兰的Fiskars公司是另外一家已经看到自动化喷涂巨大优越性的公司。除了生产其他产品以外，Fiskars公司生产特形轴具。叶片有聚四氟乙烯涂层，使其重量更轻，更便于使用。用于喷涂叶片的IRB 540机器人极其准确，因此，可比先前的解决方案节省30%的聚四氟乙烯。所以，这个工艺不仅对员工更加安全，而且还更加环境友善。

高效包装解决方案

ABB提供几种专门为拾取、包装和装载托盘而设计的机器人，这些工序是食品饮料行业的基础工序。令人特别感兴趣的是FlexPicker机器人，它可帮助食品生产厂减少废品，提高生产率。废品是资源和能源的主要浪费因素。

糕点生产厂商Roland Murten AG见证了废品率的大幅下降，公司易碎品的坏损率从15%降低到2.3%，主要生产线的耗电率因此降低了12%（每年节省17,000美元）。Roland Murten公司生产负责人Walter Fuchs说：“你必须考虑的不单是采购成本，运行成本的节约也是一个考虑因素。就我们的情况而论，我们在人员、能源和废品方面都大幅降低了成本。”

机器人是提高效率的工具，这是生态友好生产和持续发展的核心问题。Ben Miyares是包装机械制造商协会(PMMI)负责行业公关的副理事长，同时也是2007年ABB环球包装论坛的主题演讲人，他说：“我们不应只从机器人成本方面考虑定价问题，而应该考虑运行总成本。”

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