無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)新聞紙輸送系統(tǒng)詮釋報(bào)業(yè)集團(tuán)高新技術(shù)運(yùn)用的新理念

深圳報(bào)業(yè)集團(tuán)于2010年11月發(fā)布了無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)了深圳市市場(chǎng)監(jiān)督管理局標(biāo)準(zhǔn)備案。該系統(tǒng)不僅符合深圳市“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)文化工程建設(shè)項(xiàng)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(dòng)化、高科技含量工廠的面貌，而且在技術(shù)上充分反映了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)載機(jī)器人技術(shù)和新聞紙自動(dòng)化物流技術(shù)的新發(fā)展，具有一定的超前性，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)的技術(shù)跨越。

基于廠房的布局、印報(bào)機(jī)的需求和方便生產(chǎn)的組織，無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)在物理結(jié)構(gòu)上分為兩大相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)：柔性紙卷預(yù)處理系統(tǒng)和無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸紙系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模較大，但核心是無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸紙系統(tǒng)，柔性紙卷預(yù)處理系統(tǒng)只是為了事先對(duì)新聞紙卷進(jìn)行一些必要的處理，做輸送前的準(zhǔn)備。系統(tǒng)平面布置示意圖如圖。

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

無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸紙系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，首先是低托盤運(yùn)載機(jī)器人的集成度高、技術(shù)含量高，包含了無(wú)線通訊技術(shù)、ARM嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、磁導(dǎo)航技術(shù)、安全控制技術(shù)、電池電源技術(shù)等；其次是通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)輸紙系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控，根據(jù)印報(bào)機(jī)各個(gè)紙架的要紙信號(hào)，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)，調(diào)度各運(yùn)載機(jī)器人完成紙卷自動(dòng)裝載、自動(dòng)尋跡運(yùn)行、自動(dòng)稱重、自動(dòng)上下紙、自動(dòng)回收紙芯、自動(dòng)充電等工作，并監(jiān)控系統(tǒng)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、自診斷和指示故障；再次就是系統(tǒng)能夠通過(guò)稱重系統(tǒng)設(shè)備，完成紙卷信息的收集和處理，實(shí)現(xiàn)紙卷使用資料的記錄和統(tǒng)計(jì)，并能夠連接到公司ERP系統(tǒng)。另外系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行模式，滿足生產(chǎn)組織的需要，具有一定的靈活性。無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸紙系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的具體功能包括停車場(chǎng)管理，接收要紙信號(hào)，定向裝載紙卷，定位輸送紙卷，自動(dòng)上下紙功能，自動(dòng)收回紙芯，AGV自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大、紙張損耗無(wú)法控制、占地面積大、環(huán)境質(zhì)量差，無(wú)法提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理水平等不足，最重要的是無(wú)法與大型印刷機(jī)相配套。無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)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(shù)、新工藝，具有自動(dòng)化程度高、集成度高、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)合理、選件優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，節(jié)省了人力和人力費(fèi)用，減少了紙卷的浪費(fèi)和消耗，提升了環(huán)境質(zhì)量和管理水平，節(jié)省了運(yùn)行開支，提高了企業(yè)的效益，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新，達(dá)到了“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)新聞紙輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在提出了面向大規(guī)模高速新聞紙自動(dòng)輸送的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、紙卷預(yù)處理系統(tǒng)柔性控制技術(shù)、無(wú)線群控運(yùn)載機(jī)器人的設(shè)計(jì)技術(shù)，研制了無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)，制定了無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，行業(yè)帶動(dòng)性強(qiáng)。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(dòng)輸送的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。①在國(guó)內(nèi)同行業(yè)首創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了柔性紙卷預(yù)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(shè)計(jì)了低托盤運(yùn)載機(jī)器人，充分配合印報(bào)機(jī)自動(dòng)上下紙對(duì)運(yùn)載機(jī)器人身高的需要，也是國(guó)內(nèi)同行業(yè)首創(chuàng)?？梢詫?shí)現(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)化。③多層次多網(wǎng)絡(luò)融合的系統(tǒng)集成優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將復(fù)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(yù)處理系統(tǒng)的柔性控制技術(shù)。柔性控制技術(shù)建立在網(wǎng)絡(luò)化的硬件結(jié)構(gòu)和模塊化的軟件編程的基礎(chǔ)上，特別是在軟件設(shè)計(jì)上，采用基于需求的有限元?jiǎng)討B(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(wù)的紙卷預(yù)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(yùn)載機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)。身高只有250mm，總荷重達(dá)2噸的運(yùn)載機(jī)器人是目前國(guó)內(nèi)最矮小的新聞紙運(yùn)載機(jī)器人。機(jī)器人通過(guò)MOXA無(wú)線網(wǎng)卡接受上位機(jī)的指令，車載ARM嵌入式計(jì)算機(jī)通過(guò)加權(quán)平均偏移量算法和左右電機(jī)最優(yōu)差速偏移量糾正數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)、安全運(yùn)行；通過(guò)雙地址探測(cè)方法和有限時(shí)段脈沖積分?jǐn)?shù)學(xué)模型，來(lái)保證地址檢測(cè)的可靠性。

4）研制了無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)?；谙到y(tǒng)的集成和多種技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，首先是將以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)分區(qū)和分層使用，實(shí)現(xiàn)了多層次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖形仿真現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，智能化管理在線設(shè)備。第三是通過(guò)上位機(jī)、無(wú)線以太網(wǎng)和車載MOXA無(wú)線網(wǎng)卡等組成的群控系統(tǒng)，完成了對(duì)運(yùn)載機(jī)器人群控系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行、定向裝紙、定點(diǎn)輸送、自動(dòng)上下紙等的全過(guò)程智能控制。

5）制定了無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。這是國(guó)內(nèi)報(bào)業(yè)行業(yè)第一個(gè)新聞紙自動(dòng)輸送系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)深圳市市場(chǎng)監(jiān)督管理局備案登記。該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，對(duì)規(guī)范國(guó)內(nèi)報(bào)業(yè)新聞紙輸送系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等提供了參照和依據(jù)，對(duì)促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重大意義。

印刷能力和印刷設(shè)備的現(xiàn)代化是報(bào)業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要物質(zhì)條件，無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)充分利用了各種成熟的新技術(shù)、新工藝，使系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、集成度高、運(yùn)行穩(wěn)定、安裝、維養(yǎng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。適合全國(guó)報(bào)業(yè)印刷廠的應(yīng)用，從而推動(dòng)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(shì)：

1）適用范圍廣、造價(jià)合理。系統(tǒng)配置無(wú)線群控機(jī)器人數(shù)量為1至50臺(tái)，柔性紙卷預(yù)處理系統(tǒng)做紙工位也可靈活增減，運(yùn)輸路線可根據(jù)廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此系統(tǒng)可在全國(guó)的任何一家報(bào)紙印刷廠的新老廠房安裝使用。系統(tǒng)的價(jià)格只是國(guó)外同類產(chǎn)品的價(jià)格的30%，為全國(guó)報(bào)業(yè)印刷廠提供了物美價(jià)廉的設(shè)備。

2）減少了人員的配置，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。新聞紙紙卷的重量最大達(dá)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(chǎn)時(shí)操作人員只需在電腦操作界面進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，便可完成對(duì)各類新聞紙紙卷按規(guī)格進(jìn)行分類儲(chǔ)備，當(dāng)紙架向輸紙系統(tǒng)發(fā)出要紙信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可在15分鐘內(nèi)把滿足紙架使用要求的紙卷自動(dòng)送達(dá)，并自動(dòng)安裝新紙卷和把舊紙卷的紙芯自動(dòng)回收，全部過(guò)程無(wú)需人工操作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)也明顯降低。

3）良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。系統(tǒng)投入運(yùn)行后減少了人員的配置、降低設(shè)備維修和保養(yǎng)成本和生產(chǎn)過(guò)程紙張的破損、優(yōu)化物流，降低庫(kù)存，減少資金占有率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，每年可新增利潤(rùn)上千萬(wàn)元，新增稅收近百萬(wàn)元。系統(tǒng)成功應(yīng)用促進(jìn)了印刷設(shè)備現(xiàn)代化，加快了企業(yè)設(shè)備的升級(jí)換代，使企業(yè)的信息化水平和管理水平得到提高；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)更加整潔、干凈，減少叉車尾氣排放，空氣質(zhì)量得到提高，有效保護(hù)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(jìng)爭(zhēng)水平。

2010年11月28日深圳市中衡信資產(chǎn)評(píng)估有限公司主持了“無(wú)線群控機(jī)器人自動(dòng)輸送新聞紙系統(tǒng)”科技成果鑒定會(huì)，鑒定意見(jiàn)認(rèn)為，該系統(tǒng)以ARM芯片嵌入式系統(tǒng)控制的低托盤磁導(dǎo)航運(yùn)載機(jī)器人為載體，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)集群控制，實(shí)現(xiàn)新聞紙紙卷定向、定規(guī)格裝載和定位輸送，自動(dòng)尋跡運(yùn)行、稱重、上下紙、回收紙芯、充電等功能；并通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件，動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，智能管理在線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了新聞紙輸送全過(guò)程的自動(dòng)化控制與管理。該系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)于一體，其中多層次網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)線群控低托盤運(yùn)載機(jī)器人組的設(shè)計(jì)，低托盤運(yùn)載機(jī)器與印報(bào)機(jī)配合自動(dòng)上下紙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，具有顯著的集成創(chuàng)新性。該系統(tǒng)投入運(yùn)行兩年多以來(lái)，運(yùn)行可靠，自動(dòng)化程度高，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，用戶反映良好，市場(chǎng)潛力較大。

綜上所述，該系統(tǒng)整體水平在報(bào)紙印刷行業(yè)內(nèi)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，部分技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。