無線群控機器人自動新聞紙輸送系統(tǒng)詮釋報業(yè)集團高新技術運用的新理念

深圳報業(yè)集團于2010年11月發(fā)布了無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)的企業(yè)標準，并通過了深圳市市場監(jiān)督管理局標準備案。該系統(tǒng)不僅符合深圳市“十一五”規(guī)劃重點文化工程建設項目的總體形象需求和發(fā)展需要，充分反映了現(xiàn)代化、自動化、高科技含量工廠的面貌，而且在技術上充分反映了計算機技術、網(wǎng)絡技術、控制技術、運載機器人技術和新聞紙自動化物流技術的新發(fā)展，具有一定的超前性，實現(xiàn)了國內的技術跨越。

基于廠房的布局、印報機的需求和方便生產的組織，無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)在物理結構上分為兩大相對獨立的子系統(tǒng)：柔性紙卷預處理系統(tǒng)和無線群控機器人自動輸紙系統(tǒng)。整個系統(tǒng)規(guī)模較大，但核心是無線群控機器人自動輸紙系統(tǒng)，柔性紙卷預處理系統(tǒng)只是為了事先對新聞紙卷進行一些必要的處理，做輸送前的準備。系統(tǒng)平面布置示意圖如圖。

系統(tǒng)的根本任務是為印報機輸送所需規(guī)格和開卷方向的新聞紙。由于印報機具有自動上下紙的功能，這就需要在事先對新聞紙紙卷進行齊紙、去包裝、定開卷方向、做紙等預處理方面的工作。柔性預處理系統(tǒng)主要包括進紙上紙臺、環(huán)形軌道輸紙板鏈、板鏈小車、轉盤、做紙工位、擱板輸送帶、推紙機械手、擋紙機械手等，完成紙卷從紙庫出來之后到將做好的紙卷整齊劃一地裝載到運載機器人上之間的全部工作。

無線群控機器人自動輸紙系統(tǒng)相對較為復雜，首先是低托盤運載機器人的集成度高、技術含量高，包含了無線通訊技術、ARM嵌入式計算機技術、系統(tǒng)控制技術、驅動控制技術、磁導航技術、安全控制技術、電池電源技術等；其次是通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對整個輸紙系統(tǒng)的運行監(jiān)控，根據(jù)印報機各個紙架的要紙信號，通過無線局域網(wǎng)，調度各運載機器人完成紙卷自動裝載、自動尋跡運行、自動稱重、自動上下紙、自動回收紙芯、自動充電等工作，并監(jiān)控系統(tǒng)各種設備的運行狀態(tài)、自診斷和指示故障；再次就是系統(tǒng)能夠通過稱重系統(tǒng)設備，完成紙卷信息的收集和處理，實現(xiàn)紙卷使用資料的記錄和統(tǒng)計，并能夠連接到公司ERP系統(tǒng)。另外系統(tǒng)具有自動和手動兩種運行模式，滿足生產組織的需要，具有一定的靈活性。無線群控機器人自動輸紙系統(tǒng)要實現(xiàn)的具體功能包括停車場管理，接收要紙信號，定向裝載紙卷，定位輸送紙卷，自動上下紙功能，自動收回紙芯，AGV自動充電，系統(tǒng)控制功能，系統(tǒng)監(jiān)控功能，集成供紙信息管理。

傳統(tǒng)的新聞紙的輸送辦法主要由人工完成，存在效率低、勞動強度大、紙張損耗無法控制、占地面積大、環(huán)境質量差，無法提高生產現(xiàn)場的管理水平等不足，最重要的是無法與大型印刷機相配套。無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)的開發(fā)，充分利用了各種成熟的新技術、新工藝，具有自動化程度高、集成度高、運行穩(wěn)定、維護保養(yǎng)簡單、經濟適用等特點。系統(tǒng)設計機構合理、選件優(yōu)良，運行穩(wěn)定、可靠，節(jié)省了人力和人力費用，減少了紙卷的浪費和消耗，提升了環(huán)境質量和管理水平，節(jié)省了運行開支，提高了企業(yè)的效益，體現(xiàn)了技術創(chuàng)新，達到了“國內領先、國際先進”的設計目標。

無線群控機器人自動新聞紙輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在提出了面向大規(guī)模高速新聞紙自動輸送的系統(tǒng)設計方案、紙卷預處理系統(tǒng)柔性控制技術、無線群控運載機器人的設計技術，研制了無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)，制定了無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)的標準。擁有自主知識產權，行業(yè)帶動性強。具體體現(xiàn)在以下方面：

圖1 系統(tǒng)平面布置示意圖

1）提出了一種面向大規(guī)模高速新聞紙自動輸送的系統(tǒng)設計方案。①在國內同行業(yè)首創(chuàng)性地設計了柔性紙卷預處理系統(tǒng)，使其作為系統(tǒng)的前置系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)的靈活性和輸送能力。②設計了低托盤運載機器人，充分配合印報機自動上下紙對運載機器人身高的需要，也是國內同行業(yè)首創(chuàng)?？梢詫崿F(xiàn)全過程的自動化。③多層次多網(wǎng)絡融合的系統(tǒng)集成優(yōu)化和創(chuàng)新設計，將復雜的系統(tǒng)模塊化，使系統(tǒng)組織更加優(yōu)化、靈活、有序。

2）提出了一種紙卷預處理系統(tǒng)的柔性控制技術。柔性控制技術建立在網(wǎng)絡化的硬件結構和模塊化的軟件編程的基礎上，特別是在軟件設計上，采用基于需求的有限元動態(tài)化路徑規(guī)劃和靜態(tài)化防沖突控制算法，使多規(guī)格、多路徑、多工位、多維度等多元任務的紙卷預處理流程具有高度的靈活性，處理能力大大提高。

3）提出了一種低托盤運載機器人設計技術。身高只有250mm，總荷重達2噸的運載機器人是目前國內最矮小的新聞紙運載機器人。機器人通過MOXA無線網(wǎng)卡接受上位機的指令，車載ARM嵌入式計算機通過加權平均偏移量算法和左右電機最優(yōu)差速偏移量糾正數(shù)學模型，實現(xiàn)機器人的自動、安全運行；通過雙地址探測方法和有限時段脈沖積分數(shù)學模型，來保證地址檢測的可靠性。

4）研制了無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)?；谙到y(tǒng)的集成和多種技術的開發(fā)、應用，首先是將以太網(wǎng)技術和現(xiàn)場總線技術分區(qū)和分層使用，實現(xiàn)了多層次網(wǎng)絡技術的集成、優(yōu)化和創(chuàng)新；其次是借助組態(tài)王軟件，開發(fā)了上位機監(jiān)控系統(tǒng)，實時圖形仿真現(xiàn)場環(huán)境，智能化管理在線設備。第三是通過上位機、無線以太網(wǎng)和車載MOXA無線網(wǎng)卡等組成的群控系統(tǒng)，完成了對運載機器人群控系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了機器人自動運行、定向裝紙、定點輸送、自動上下紙等的全過程智能控制。

5）制定了無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)的標準。這是國內報業(yè)行業(yè)第一個新聞紙自動輸送系統(tǒng)的技術標準，該標準并經深圳市市場監(jiān)督管理局備案登記。該標準填補了國內空白，對規(guī)范國內報業(yè)新聞紙輸送系統(tǒng)的開發(fā)、設計和生產等提供了參照和依據(jù)，對促進行業(yè)技術進步具有重大意義。

印刷能力和印刷設備的現(xiàn)代化是報業(yè)參與市場競爭的重要物質條件，無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)充分利用了各種成熟的新技術、新工藝，使系統(tǒng)具有自動化程度高、集成度高、運行穩(wěn)定、安裝、維養(yǎng)簡單、經濟適用等特點。適合全國報業(yè)印刷廠的應用，從而推動媒體行業(yè)的發(fā)展。系統(tǒng)的大范圍的推廣具有如下優(yōu)勢：

1）適用范圍廣、造價合理。系統(tǒng)配置無線群控機器人數(shù)量為1至50臺，柔性紙卷預處理系統(tǒng)做紙工位也可靈活增減，運輸路線可根據(jù)廠房的結構進行設計，因此系統(tǒng)可在全國的任何一家報紙印刷廠的新老廠房安裝使用。系統(tǒng)的價格只是國外同類產品的價格的30%，為全國報業(yè)印刷廠提供了物美價廉的設備。

2）減少了人員的配置，降低了員工的勞動強度。新聞紙紙卷的重量最大達1.5噸，傳統(tǒng)紙卷輸送辦法常規(guī)每班需配置操作人員30多名，目前系統(tǒng)每班只需配置操作人員3名，減少了人員的配置。生產時操作人員只需在電腦操作界面進行簡單的設置，便可完成對各類新聞紙紙卷按規(guī)格進行分類儲備，當紙架向輸紙系統(tǒng)發(fā)出要紙信號時，系統(tǒng)可在15分鐘內把滿足紙架使用要求的紙卷自動送達，并自動安裝新紙卷和把舊紙卷的紙芯自動回收，全部過程無需人工操作，操作人員勞動強也明顯降低。

3）良好的經濟和社會效益。系統(tǒng)投入運行后減少了人員的配置、降低設備維修和保養(yǎng)成本和生產過程紙張的破損、優(yōu)化物流，降低庫存，減少資金占有率、實現(xiàn)節(jié)能減排，每年可新增利潤上千萬元，新增稅收近百萬元。系統(tǒng)成功應用促進了印刷設備現(xiàn)代化，加快了企業(yè)設備的升級換代，使企業(yè)的信息化水平和管理水平得到提高；生產現(xiàn)場更加整潔、干凈，減少叉車尾氣排放，空氣質量得到提高，有效保護了環(huán)境和操作人員的健康，大大增加企業(yè)在同行業(yè)中的競爭水平。

2010年11月28日深圳市中衡信資產評估有限公司主持了“無線群控機器人自動輸送新聞紙系統(tǒng)”科技成果鑒定會，鑒定意見認為，該系統(tǒng)以ARM芯片嵌入式系統(tǒng)控制的低托盤磁導航運載機器人為載體，通過無線局域網(wǎng)集群控制，實現(xiàn)新聞紙紙卷定向、定規(guī)格裝載和定位輸送，自動尋跡運行、稱重、上下紙、回收紙芯、充電等功能；并通過上位機監(jiān)控軟件，動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體設備運行狀態(tài)，智能管理在線設備，實現(xiàn)了新聞紙輸送全過程的自動化控制與管理。該系統(tǒng)集計算機技術、通信技術、控制技術于一體，其中多層次網(wǎng)絡控制技術的應用，無線群控低托盤運載機器人組的設計，低托盤運載機器與印報機配合自動上下紙系統(tǒng)的設計等，具有顯著的集成創(chuàng)新性。該系統(tǒng)投入運行兩年多以來，運行可靠，自動化程度高，取得了顯著的經濟、社會效益，用戶反映良好，市場潛力較大。

綜上所述，該系統(tǒng)整體水平在報紙印刷行業(yè)內居國內領先，部分技術指標和性能達到國際先進水平。