以機器人為基礎(chǔ)的自動化幫助塑料工業(yè)實現(xiàn)增效節(jié)能

增效節(jié)能是提高工廠總體效率的重要因素。有效管理能源，需要所有人員和部門的參與。同時也意味企業(yè)必須樹立目標和明確方向，能源消耗必須進行計量，以求得不斷改進。為了實現(xiàn)增效節(jié)能，工廠必須將注意力集中在生命周期成本，而不是前端的成本費用。

Cantex公司通過改用75 kW、 90 kW 和 110 kW 的ABB傳動增強了三臺螺桿擠塑機的混料螺桿，從而使產(chǎn)量提高了30%。

“多數(shù)塑料加工廠可通過采取無成本、低成本以及投資等綜合措施，將能源費用降低10%至30%。”加拿大Husky 注塑系統(tǒng)公司工廠計劃小組經(jīng)理Santiago Archila說。這個小組專門負責工廠效率的改進工作，同時還研究機器的有效使用，而這也是節(jié)能潛力巨大的一個重要領(lǐng)域。精簡可行的計劃，可以減少機器數(shù)量，節(jié)約更多能源。

注塑機生產(chǎn)廠正對整個注塑工藝進行研究，以期提高能源效率。正確協(xié)調(diào)使用注塑機、模具和外圍設(shè)備，正確選擇和安裝工藝流程都會降低能源與材料消耗（如殘次品數(shù)量）。對工藝進行優(yōu)化處理，可減少停機時間以及減少安裝調(diào)試、加熱和啟動階段，縮短高耗能的非生產(chǎn)時間。在此，不僅模具和機器的維護起著重要作用，而且功能性能良好的自動化解決方案也會產(chǎn)生重大影響。

減少單位產(chǎn)品能耗

塑料行業(yè)的一個重要趨勢是注塑機從液壓傳動轉(zhuǎn)向電傳動。瑞典塑料材料和設(shè)備供應(yīng)商Materialdepån開展了一項研究，比較了每年運行相同時間的160公噸的液壓和電動注塑機。采用電傳動的，運行成本可以節(jié)省7,000美元。在總運行時間相同的情況下，液壓傳動注塑機耗電16 kWh，而電傳動注塑機僅耗電7 kWh。

生產(chǎn)工藝方面的另外一大趨勢是減少浪費，這正好是采用機器人單元的主要優(yōu)點。

一家日本注塑機生產(chǎn)廠商TOYO聲稱，采用電傳動注塑機，用戶有望節(jié)省30%至70%的能源。通過比較每年運行時間一樣的80噸液壓和電傳動注塑機，發(fā)現(xiàn)每年可節(jié)約的費用（包括液壓油和潤滑油脂成本）高達4,600美元。液壓注塑機耗電5.65 kWh，而電傳動注塑機只耗電1.85 kWh。如果推廣到多臺注塑機，則節(jié)約力度會非常大。

與這個結(jié)論相關(guān)聯(lián)的是，人們增加了對電機在工業(yè)領(lǐng)域扮演角色的認識。例如，Cantex公司是美國聚氯乙烯（PVC）管的主要生產(chǎn)廠商。Cantex采用ABB的工業(yè)傳動產(chǎn)品對工廠18條擠塑生產(chǎn)線中的3條進行了升級改造。擠塑生產(chǎn)線原先采用非ABB產(chǎn)的DC傳動。由于采用了75 kW、90 kW 和110 kW 的ABB傳動對三條生產(chǎn)線混料螺桿的電機進行了改造，公司產(chǎn)量提高了30%。

ABB的 Machine Sync是一個節(jié)能節(jié)時的系統(tǒng)，由于機器人與注塑機的工作流程部分并行運行，因此提高了機器人的產(chǎn)量。

減少廢品

生產(chǎn)工藝方面的另外一大趨勢是減少廢品，這也正好是采用機器人工作單元的主要優(yōu)點。國際汽車零部件公司（IAC)是汽車行業(yè)一級供應(yīng)商，該公司通過使用機器人成功減少了廢品。在安裝最新的自動化工作單元之前，其瑞典Skara的工廠發(fā)運給客戶的產(chǎn)品缺陷率為百萬分之一百五十。安裝機器人后，這個數(shù)字下降到百萬分之五十，因此成為競爭高度激烈的汽車行業(yè)的一大優(yōu)勢。質(zhì)量改進意味著廢品減少，材料浪費減少。

“像瑞典這樣一個高成本國家，要在世界市場上進行競爭，我們不得不盡量提高效率。機器人恰好改善了效率、質(zhì)量和并增強了我們對產(chǎn)品的信心。在我們這個行業(yè)，機器人是必備的。”IAC Skara工廠經(jīng)理Steve Hammond如是說。

在新加坡第一工程公司，可以找到機器人提高生產(chǎn)率的另一個范例。這家公司生產(chǎn)超高精度模具和塑料零件，用于諸如硬盤驅(qū)動器和PC外設(shè)裝置等高技術(shù)產(chǎn)品。自從公司在生產(chǎn)中引進了6自由度的ABB 機器人，產(chǎn)量增加了75%，從每月170,000 件增加到 300,000件。零件質(zhì)量提高了，勞動力成本降低了，公司能夠更加有效地利用能源。

在機器人動作之前，采用ABB的RobotStudio軟件來模擬機器人的實際運行動作，成為精益制造的范例。

優(yōu)化周期時間

在生產(chǎn)過程中，還有其他節(jié)能方法。例如，ABB的 Machine Sync是一個節(jié)能節(jié)時的系統(tǒng)。由于機器人與注塑機的工作流程部分并行運行，增加了機器人工作單元的生產(chǎn)產(chǎn)量。當塑料零件從模具中取出時，協(xié)調(diào)好注塑機的開啟和閉合時間，就可縮短生產(chǎn)周期，生產(chǎn)更多零件。這種同步還可減少機器人磨損，有助于避免碰撞。一個典型的例子涉及IRB 6650機器人和3000噸注塑機，生產(chǎn)一個典型的汽車零件，采用同步早進-早閉合功能時，零件提取時間可節(jié)省10%。如果推廣到一臺長年連續(xù)運轉(zhuǎn)的機器，這臺機器的零件提取節(jié)約時間將達10秒，完整周期時間為30秒，因此每年可多生產(chǎn)35,000個零件。

減輕負荷

影響塑料行業(yè)的另外一個重大趨勢是汽車行業(yè)都在努力生產(chǎn)重量更輕，耗能更少的汽車。這給汽車行業(yè)及其零部件供應(yīng)商帶來了巨大的挑戰(zhàn)，他們需要從以鋼鐵和鋁材為主的材料轉(zhuǎn)向重量更輕的鎂和塑料復(fù)合材料。

人們正在探索新技術(shù)，將復(fù)合材料與玻璃纖維、布和金屬等結(jié)合起來，獲得剛性、沖擊強度和抗老化性能都類似于金屬的材料。為了生產(chǎn)這樣的零件，要求使用纖維、金屬和埋入紡織品進行加工，還要求具備可控手段使塑料零件在若干個工序之間移動，這些工序涉及到?jīng)_壓機、成型機及二次成型等。

由于整個過程中零件必須精確定位，所以只有使用6自由度的機器人才能滿足這些要求。因此，在開發(fā)設(shè)計精簡和環(huán)境友好型產(chǎn)品領(lǐng)域，6自由度機器人扮演著關(guān)鍵角色。

新產(chǎn)品和新方法幫助客戶在超越目標的同時，減少對環(huán)境的影響。

精益制造

激光、水射流或機械切割用于為模型、熱成型或泡沫零件進行清理、除毛刺和鉆孔。這些切割技術(shù)經(jīng)常用于修整汽車內(nèi)飾和外部零件，如地毯、保險杠和安全氣囊的刻劃工藝以及白色家電和大型零件，如椅子、桶等。做好這些工作仍需大量的反復(fù)試驗，既浪費能源又報廢了大量塑料零件。通過對工藝流程進行模擬仿真，所有類似問題都可避免。

機器人開始運行之前，模擬仿真機器人動作，是精益制造的一個范例。ABB的RobotStudio軟件可讓應(yīng)用工程師在計算機虛擬三維世界，先編制機器人的動作程序，并對所有步驟進行微小修改，然后再把信息直接傳送至機器人。因此不需要進行反復(fù)試驗，避免由此造成的浪費，節(jié)約了材料和能源。

瑞典公司ABB Kabeldon安裝了一條裝配生產(chǎn)線，制造不同規(guī)格的熔斷器開關(guān)隔離裝置。系統(tǒng)成套商AVT-Specma使用RobotStudio軟件模擬仿真復(fù)雜工藝過程，不僅節(jié)省了大量能源和材料，而且還為系統(tǒng)成套公司及用戶節(jié)約了大量時間。在將程序裝載到機器人控制器之前，所有試驗都在虛擬環(huán)境中進行。

節(jié)省原材料

各種形狀和尺寸的塑料零件在涂漆車間完成最終修飾，因此肯定存在節(jié)省能源和減少浪費的潛力。噴漆是一道困難的工藝流程，但在這個領(lǐng)域內(nèi)，ABB有著豐富經(jīng)驗。采用機器人可以優(yōu)化整個噴漆工藝，減少油漆用量。ABB已經(jīng)開發(fā)出噴漆車間使用的空氣再循環(huán)系統(tǒng)和最先進的能源節(jié)約工藝，完全符合環(huán)保要求。這種解決方案將空氣再循環(huán)、溶劑處理與能源節(jié)約相結(jié)合，可把新鮮空氣用量減少至十分之一，因而減少了能源消耗。與人工噴漆相比，自動化系統(tǒng)可節(jié)省的油漆高達30%。

新型非靜電霧化器Robobel021-MINI可將油漆消耗降低30%。它體積小，重量輕，適合小型噴漆機器人噴涂小型塑料零件。新的噴漆工藝使每個霧化器的流量增加一倍，因此，可將油漆霧化器和噴漆機器人的數(shù)量減少一半。噴漆車間占地面積因此可減少50%，噴漆工藝所需時間也減少了一半，因而可以節(jié)省能源，降低油漆消耗和二氧化碳排放。這些新產(chǎn)品和新方法幫助客戶在超越目標的同時，同時減少對環(huán)境的不良影響。

涉及每個工藝過程

生產(chǎn)過程的任何一個方面，無論是注塑成型、吹塑成型、擠壓成型或是在切割和噴漆等下游工藝的應(yīng)用上，機器人自動化在提高能源效率方面都能夠發(fā)揮它們的作用。因此，無論是優(yōu)化周期，節(jié)省原材料，減少廢次品，還是生產(chǎn)重量更輕的產(chǎn)品等方面，生產(chǎn)塑料制品的每個工藝步驟都可以節(jié)省能源，堪稱真正的綠色思想。