王正偉

湯臣倍健成品輸送碼垛及物流周轉(zhuǎn)系統(tǒng)

王正偉

（湯臣倍健股份有限公司 珠海 519040）

棧板是目前制造業(yè)、物流業(yè)常見(jiàn)的物資運(yùn)輸存儲(chǔ)載體，全自動(dòng)AGV、高架庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)等，都是以繞棧板形式實(shí)現(xiàn)物資周轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)、管理的實(shí)際應(yīng)用。近年人工成本的升高以及智能制造的興起，物流自動(dòng)化已延伸到生產(chǎn)端的成品碼垛。滿(mǎn)足食品行業(yè)多品種多規(guī)格、小批量多線(xiàn)生產(chǎn)的成品碼垛系統(tǒng)研發(fā)，有助于促進(jìn)后段包裝自動(dòng)化。配套軟件系統(tǒng)完成產(chǎn)品信息采集、綁定、傳輸，打破企業(yè)內(nèi)部信息孤島，利于生產(chǎn)企業(yè)由制造端至物流端的信息智能化。

棧板；制造業(yè)；成品碼垛；自動(dòng)化；智能化

1 引言

工業(yè)4.0智能制造在全球范圍的興起，中國(guó)制造2025國(guó)家戰(zhàn)略方向的逐漸清晰[1]。湯臣倍健作為中國(guó)膳食營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑行業(yè)非直銷(xiāo)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)品牌，繼2012年打造行業(yè)首家“透明工廠”后，正式開(kāi)啟“透明工廠”智能化升級(jí)，并與多家企業(yè)戰(zhàn)略合作形成“透明工廠智能化研發(fā)平臺(tái)”。

成品輸送碼垛及物流周轉(zhuǎn)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)）正是基于這一契機(jī)，將原有包裝車(chē)間8條生產(chǎn)線(xiàn)人工碼垛，升級(jí)為自動(dòng)分揀碼垛。建立更加機(jī)械、智能的成品分揀、輸送及物流周轉(zhuǎn)的智能分揀碼垛系統(tǒng)，提高原有生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率、降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)更加智能、透明、數(shù)字、自動(dòng)的后段包裝管理。

2 項(xiàng)目整體規(guī)劃

包裝車(chē)間位于整棟廠房四層，三層是已建成投產(chǎn)的另一車(chē)間，成品碼垛區(qū)域規(guī)劃在跨一、二層的區(qū)域內(nèi)。系統(tǒng)啟用前，成品在四樓完成人工碼垛并繞膜緊固，經(jīng)貨梯輸送至一樓，叉車(chē)上貨到廠內(nèi)周轉(zhuǎn)貨車(chē)，送往成品倉(cāng)。多段聯(lián)合運(yùn)輸，需較多人員參與，各工段之間銜接不力導(dǎo)致成品積壓滯留的可能性高。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為，四層8條生產(chǎn)線(xiàn)裝箱成品穿過(guò)樓板，在三層與四層之間夾層匯流，經(jīng)螺旋輸送機(jī)至一樓碼垛區(qū)域分揀碼垛，以最大限度的降低對(duì)三層現(xiàn)有車(chē)間的干涉。4臺(tái)機(jī)器人完成8條產(chǎn)線(xiàn)成品碼垛，繞膜后分18棧板一組待裝車(chē)，廠內(nèi)周轉(zhuǎn)車(chē)經(jīng)改造可直接與系統(tǒng)對(duì)接，自動(dòng)完成貨物裝車(chē)。由此，成品在生產(chǎn)線(xiàn)完成裝箱直至裝車(chē)周轉(zhuǎn)連貫無(wú)滯留，幾乎無(wú)需人為干預(yù)。

達(dá)到這一預(yù)期設(shè)計(jì)設(shè)想，需對(duì)設(shè)備、軟件以及系統(tǒng)綜合難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)。

3 硬件設(shè)備

3.1 速度匹配

包裝車(chē)間承擔(dān)各劑型、各規(guī)格產(chǎn)品分裝，單箱產(chǎn)品重量、單線(xiàn)生產(chǎn)速度差異明顯。以最大輸送需求設(shè)計(jì)主輸送通道運(yùn)行速度，分段啟停控制避免不必要的能耗浪費(fèi)。本項(xiàng)目最終以42箱/min的輸送速度設(shè)計(jì)。

3.2 規(guī)格差異

不同產(chǎn)品的服用量差異，導(dǎo)致產(chǎn)品分裝規(guī)格多樣。90ml、120ml、150ml、200ml、250ml、500ml瓶決定了成品大箱的尺寸差異。各輸送段需兼容各尺寸紙箱，小尺寸紙箱在轉(zhuǎn)彎處可能出現(xiàn)的紙箱旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑有一定要求。

3.3 垛型設(shè)計(jì)

通常，成品高架庫(kù)對(duì)成品碼垛尺寸有一定要求，各瓶裝規(guī)格紙箱尺寸差異，也決定需對(duì)各規(guī)格紙箱滿(mǎn)垛產(chǎn)品進(jìn)行垛型設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足滿(mǎn)垛產(chǎn)品長(zhǎng)、寬、高在高架庫(kù)要求范圍以?xún)?nèi)，同時(shí)符合成品紙箱噴碼信息僅可能朝外的要求。

3.4 設(shè)備自控

系統(tǒng)設(shè)備跨樓層、跨區(qū)域的特性，不同于生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)設(shè)備可由現(xiàn)場(chǎng)操作人員隨時(shí)監(jiān)控、調(diào)整。系統(tǒng)較多設(shè)備位于廠房技術(shù)夾層、垂直高度落差12m的樓層間，由此系統(tǒng)設(shè)備前后端異常信息傳遞及聯(lián)動(dòng)控制顯得尤為重要，報(bào)障的準(zhǔn)確及時(shí)也是系統(tǒng)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。故障點(diǎn)表必須覆蓋所有設(shè)備異常情況。

3.5 物料平衡

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，各生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品匯總一起后再分道碼垛，導(dǎo)致產(chǎn)品有較大風(fēng)險(xiǎn)相互混淆碼垛。雖已設(shè)計(jì)兩道掃描頭復(fù)核確認(rèn)，基于將風(fēng)險(xiǎn)最大限度降低，本系統(tǒng)對(duì)各線(xiàn)產(chǎn)品物料平衡提出了上下復(fù)核的要求，即將包裝車(chē)間與碼垛區(qū)域視為兩個(gè)不同區(qū)域，包裝車(chē)間各線(xiàn)輸送至碼垛區(qū)域各機(jī)器人工位的產(chǎn)品，具備數(shù)量實(shí)時(shí)比對(duì)的功能。

URS中對(duì)此點(diǎn)需求描述如下：①切換批號(hào)或品種應(yīng)確保上一次批次成功碼完，四樓生產(chǎn)數(shù)量與一樓碼垛數(shù)量需計(jì)數(shù)平衡，該批次所有產(chǎn)品碼垛完成后方可結(jié)束生產(chǎn)；②實(shí)時(shí)信息播報(bào)：輸送后端碼垛信息與包裝線(xiàn)后端信息實(shí)時(shí)傳送（即：某線(xiàn)已生產(chǎn)10000瓶，碼完成品9000瓶，輸送線(xiàn)還有1000瓶這些信息上下共享，共享信息在系統(tǒng)上操作屏可顯示。

3.6 硬件設(shè)備其他要求

硬件設(shè)備的機(jī)械電氣防護(hù)要求、施工安裝日常維護(hù)便利、配件品牌規(guī)格、各功能段的單機(jī)速度，以及根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估識(shí)別出的其他風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)均需一一說(shuō)明詳細(xì)的設(shè)計(jì)需求。

硬件設(shè)備整體外觀與廠房其他設(shè)備設(shè)施的協(xié)調(diào)美觀，借助3D設(shè)計(jì)軟件可以得到更加直觀的反饋。

4 軟件開(kāi)發(fā)

4.1 合流分流

成品由8條生產(chǎn)線(xiàn)匯流后分為4臺(tái)機(jī)器人碼垛，這一功能需由系統(tǒng)軟件，通過(guò)掃描成品箱條碼識(shí)別產(chǎn)品、線(xiàn)號(hào)，判定后給出執(zhí)行信號(hào)由硬件設(shè)備實(shí)施分道。掃描不成功產(chǎn)品經(jīng)由回流通道二次掃描。

同一產(chǎn)品、同一批次必須在同一托盤(pán)，不允許混批碼垛。這是分流控制最基本也是最重要的一點(diǎn)要求。

4.2 成品信息與棧板綁定

實(shí)現(xiàn)成品箱碼與棧板條碼綁定，設(shè)計(jì)工藝流程如下：①掃描棧板條碼，并開(kāi)始該棧板碼垛（棧板條碼掃描失敗，給出棧板剔除信息，更替棧板）；②掃描成品箱條碼，并建立“箱棧關(guān)聯(lián)”。

4.3 碼垛產(chǎn)品入車(chē)

碼垛完成產(chǎn)品以18棧板為最小單位入車(chē)，所有18棧板信息綁定并虛擬車(chē)號(hào)，以流水號(hào)形式記錄次序與入車(chē)時(shí)間，以便必要時(shí)追溯查詢(xún)。

4.4 節(jié)能智能排班

因8條生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)線(xiàn)數(shù)量及開(kāi)線(xiàn)時(shí)間不確定性，導(dǎo)致一樓四臺(tái)機(jī)器人工作負(fù)荷不一致。本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)之初提出根據(jù)8條生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)機(jī)情況，決定一樓碼垛機(jī)器人啟用數(shù)量的智能算法需求，以降低機(jī)器人及其配套設(shè)備的待機(jī)能耗。以滿(mǎn)足如下要求：

（1）開(kāi)最少機(jī)器；

（2）優(yōu)先分配-高低速度搭配；

（3）支持最優(yōu)生產(chǎn)線(xiàn)號(hào)配置，優(yōu)先將預(yù)設(shè)線(xiàn)號(hào)生產(chǎn)的產(chǎn)品優(yōu)先安排到對(duì)應(yīng)的碼垛機(jī)。

以上，需根據(jù)各線(xiàn)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，各品種、各規(guī)格生產(chǎn)特性，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取維護(hù)進(jìn)軟件系統(tǒng)，成為軟件系統(tǒng)“思考”的基本邏輯。

5 整合開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)硬件、軟件并非獨(dú)立的孤島系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)物與信息由包裝車(chē)間向成品倉(cāng)庫(kù)傳遞，硬件需與前端的生產(chǎn)設(shè)備、后端周轉(zhuǎn)裝車(chē)、全自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)接；軟件系統(tǒng)需采集防偽防串貨系統(tǒng)噴碼信息，與WMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)端口對(duì)接和信息傳遞?！罢扒邦櫤蟆钡恼w設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思維是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)從前期可行性分析調(diào)研，到立項(xiàng)實(shí)施，得到了各硬件設(shè)備、軟件開(kāi)發(fā)供應(yīng)商的支持和幫助。本文僅對(duì)成品輸送碼垛系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，提出了實(shí)施思路和難點(diǎn)把控，整體開(kāi)發(fā)中仍有很多細(xì)節(jié)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)值得關(guān)注。本系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2017年正式投入使用，在此也歡迎各界友人到我司參觀交流。

[1]金 碚.中國(guó)制造2025[M].北京：中信出版集團(tuán)，2015.

TP278

A

1004-7344（2016）33-0309-02

2016-11-13

王正偉，學(xué)士學(xué)位，主要研究包裝自動(dòng)化。