文/張英英

近年來(lái)，智能制造的理念在制造行業(yè)逐步推廣應(yīng)用，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級(jí)新常態(tài)、工業(yè)4.0加速發(fā)展以及各行業(yè)紛紛推動(dòng)“智能制造”等眾多因素的催化下，智能倉(cāng)儲(chǔ)物流裝備的研發(fā)和應(yīng)用成為中國(guó)物流裝備行業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)。

智能倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)與生產(chǎn)線的融合，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程物料的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸送，輔助完成較復(fù)雜的生產(chǎn)輸送和配方工藝，甚至成為生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所研制的智能高速元件庫(kù)，通過(guò)與生產(chǎn)線的深度融合，實(shí)現(xiàn)了物料的智能緩存和高效精準(zhǔn)配送，開(kāi)辟了智能緩存技術(shù)的新模式，具有一定的應(yīng)用前景。

一、智能高速元件庫(kù)的用途及發(fā)展現(xiàn)狀

智能高速元件庫(kù)是一種新型的自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備，主要用于存放電子元器件、標(biāo)準(zhǔn)件等小型物料，該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)出入庫(kù)，而且能夠與生產(chǎn)線進(jìn)行對(duì)接聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能制造。該智能高速元件庫(kù)還可以通過(guò)增加溫濕度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部溫濕度的恒定，適用于對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境有溫濕度特殊要求的物料。

縱觀國(guó)內(nèi)外，目前還沒(méi)有應(yīng)用在智能制造生產(chǎn)線上針對(duì)電子元件等物料存放的設(shè)備，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所設(shè)計(jì)的智能高速元件庫(kù)能夠與智能生產(chǎn)線進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)物料在線上自動(dòng)出入和存放。該設(shè)備還能有效控制物料存儲(chǔ)環(huán)境，滿足各種電子元件對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境的需求。

二、智能高速元件庫(kù)的工作原理及結(jié)構(gòu)

1.智能高速元件庫(kù)的工作原理

智能高速元件庫(kù)以特定的料盒為存儲(chǔ)單元，采用伺服控制技術(shù)，由上下兩個(gè)行走伺服電機(jī)通過(guò)同步驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)行走機(jī)構(gòu)做水平運(yùn)動(dòng)，由提升伺服電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)貨叉機(jī)構(gòu)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，由貨叉機(jī)構(gòu)上的伸縮伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨叉做掛取運(yùn)動(dòng)。

圖1：智能高速元件庫(kù)的外形

圖2：智能高速元件庫(kù)的結(jié)構(gòu)

圖3：行走機(jī)構(gòu)示意圖

圖4：貨叉機(jī)構(gòu)

圖5：入貨、出貨機(jī)構(gòu)

圖6： 貨架、防靜電隔板和防靜電物料盒

圖7：智能高速元件庫(kù)電氣控制系統(tǒng)示意圖

通過(guò)上述三維運(yùn)動(dòng)可將指定貨位的貨物取出或?qū)⒇浳锼腿胫付ㄘ浳?。入貨時(shí)，由入貨機(jī)構(gòu)的輸送伺服電機(jī)和定位組件共同將料盤送到入貨口指定位置，再由貨叉機(jī)構(gòu)取走；取貨時(shí)，則由貨叉機(jī)構(gòu)將指定料盤送到出貨口，再由出貨機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)將料盤輸送到下個(gè)工序。所有伺服電機(jī)采用絕對(duì)值編碼器定位，采用總線控制方式，控制系統(tǒng)還配備條碼識(shí)別系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)工控機(jī)與生產(chǎn)線的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)由整個(gè)智能生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)對(duì)智能高速元件庫(kù)的控制管理和狀態(tài)監(jiān)控。

2.智能高速元件庫(kù)的結(jié)構(gòu)

智能高速元件庫(kù)由骨架、底座、行走機(jī)構(gòu)、貨叉機(jī)構(gòu)、入貨機(jī)構(gòu)、出貨機(jī)構(gòu)、面板、貨架、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。智能高速元件庫(kù)的外形，如圖1。智能高速元件庫(kù)的結(jié)構(gòu)，如圖2。

①骨架：所有立柱、橫梁均采用鋁合金型材，受力穩(wěn)定、均勻，確保滿足承載的情況下盡可能使得整個(gè)設(shè)備的重量輕量化。

②行走機(jī)構(gòu)：行走機(jī)構(gòu)由上下兩個(gè)水平運(yùn)動(dòng)模組和1個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)模組組成，上下兩個(gè)模組由兩個(gè)伺服電機(jī)采用同步方式驅(qū)動(dòng)，如圖3。

③貨叉機(jī)構(gòu)：貨叉機(jī)構(gòu)是智能高速元件庫(kù)的關(guān)鍵部件，該機(jī)構(gòu)由取貨板、滑軌、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、伸縮電機(jī)等部分組成，如圖4。

④入貨、出貨機(jī)構(gòu)：進(jìn)出貨口由傳送部件、物料定位部件和抽屜等部分組成，如圖5。物料入庫(kù)時(shí)，將物料放入特定的料盒中，將料盒放入抽屜中，定位傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將關(guān)閉抽屜，再由貨叉機(jī)構(gòu)將料盒取到貨叉上，然后做水平和提升定位運(yùn)動(dòng)，放入貨架上。物料出庫(kù)時(shí)，由行走機(jī)構(gòu)做水平和提升定位運(yùn)動(dòng)從某個(gè)貨位將物料的料盒取到貨叉上，再由貨叉送到出貨口，通過(guò)抽屜傳送部件將料盒送出。

⑤貨架：貨架骨架均采用鋁型材，在確保貨架強(qiáng)度和承載的同時(shí)，既能滿足安裝精度要求，又能達(dá)到減輕設(shè)備重量的目的。貨架采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)貨架分成三個(gè)模塊：左框架模塊、右框架模塊和標(biāo)準(zhǔn)框架模塊，如果想擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，只需要在左、右模塊中間加入標(biāo)準(zhǔn)框架模塊即可。物料存放層格為防靜電隔板制作，防靜電隔板采用激光切割和鈑金折彎加工，具有良好的尺寸一致性，能保證安裝精度，并滿足電子元件防靜電要求，如圖6。

⑥電氣控制系統(tǒng)：智能高速元件庫(kù)電氣控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、I/O模塊、通訊模塊、人機(jī)界面（工控機(jī)）、傳感器、條碼識(shí)別系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等部分組成，如圖7。

三、智能高速元件庫(kù)的主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸：6 0 0 0 m m（長(zhǎng)）×2420mm（寬）×2850mm（高）；

料盒尺寸：6 0 0 m m（長(zhǎng)）×400mm（寬）×120mm（高）；

料盒容量：400個(gè)；

提升運(yùn)行速度：1.0m/s；

水平運(yùn)行速度：2.0m/s；

定位精度：±0.5mm；

貨格層間距：200mm；

存儲(chǔ)節(jié)拍：25s/次；

電源：380V±10%，50Hz，三相五線；

單料盒載重：80公斤。

四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

智能高速元件庫(kù)控制系統(tǒng)以工控機(jī)為控制中心，主要由運(yùn)動(dòng)控制、條碼識(shí)別、監(jiān)控系統(tǒng)和存儲(chǔ)管理軟件系統(tǒng)等組成。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)部件的高速精確定位；條碼識(shí)別則是采集物料的基本信息；監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示和記錄全自動(dòng)緩存庫(kù)內(nèi)部動(dòng)作情況，并具有回放功能；存儲(chǔ)管理軟件系統(tǒng)與智能生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)對(duì)接，使全自動(dòng)緩存庫(kù)能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行自動(dòng)化存取管理，達(dá)到全自動(dòng)的控制效果。為達(dá)到全自動(dòng)存儲(chǔ)、智能存儲(chǔ)的功能，運(yùn)動(dòng)控制、條碼識(shí)別和存儲(chǔ)管理軟件設(shè)計(jì)為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

圖8：智能高速元件庫(kù)自動(dòng)操作軟件界面

圖9：物料入庫(kù)流程圖

1.控制系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)組成

（1）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部分：安川PLC+通訊模塊+I/O模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器+伺服電機(jī)+絕對(duì)值編碼器+傳感器信號(hào)反饋校驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)控制采用總線控制技術(shù)，PLC與I/O模塊及各伺服驅(qū)動(dòng)采用MECHATROLINK方式進(jìn)行通訊。為確保全自動(dòng)緩存庫(kù)高速高效存儲(chǔ)和精確定位，行走機(jī)構(gòu)采用上下兩臺(tái)伺服電機(jī)同步差補(bǔ)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了高速運(yùn)行，水平運(yùn)行速度達(dá)到了2.0米/秒。

（2）條碼識(shí)別部分：二維條碼識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以Ethernet方式與工控機(jī)進(jìn)行通訊。

圖10：物料出庫(kù)流程圖

（3）工控機(jī)存儲(chǔ)管理軟件部分：工控機(jī)由工控機(jī)（人機(jī)界面）與PLC通過(guò)Ethernet方式進(jìn)行通訊，工控機(jī)（人機(jī)界面）與條碼系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程服務(wù)器均采用Ethernet方式進(jìn)行通訊。

2.存儲(chǔ)管理軟件設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)管理軟件采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，以數(shù)據(jù)庫(kù)SQL SERVER2008作為平臺(tái)，可方便嵌入企業(yè)ERP系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的管理。該存儲(chǔ)管理軟件通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中間表的方式，與智能生產(chǎn)線的服務(wù)器的MES系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。智能高速元件庫(kù)自動(dòng)操作軟件界面，如圖8。

智能高速元件庫(kù)的入庫(kù)流程，如圖9。

智能高速元件庫(kù)的出庫(kù)流程，如圖10。

五、結(jié)語(yǔ)

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所研制的智能高速元件庫(kù)，通過(guò)與生產(chǎn)線深度融合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化全自動(dòng)出入庫(kù)操作和信息化管理，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也節(jié)約了人員成本，減少了人為因素而出現(xiàn)的各種狀況，提高了生產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性。

就目前情況來(lái)看，智能高速元件庫(kù)系中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所首創(chuàng)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相同產(chǎn)品，從目前市場(chǎng)的需求信息分析，智能高速元件庫(kù)適用于其它智能生產(chǎn)線和物流配送線，比如太陽(yáng)能行業(yè)、電子行業(yè)等等。當(dāng)然，針對(duì)不同用戶，智能高速元件庫(kù)仍有需要改進(jìn)和完善的地方，比如與機(jī)器人和AGV智能搬運(yùn)車相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同物品的揀選和存放。

總之，隨著工業(yè)4.0迅猛發(fā)展以及智能制造技術(shù)革新，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)正向著全自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，而智能高速元件庫(kù)也將逐漸在各行各業(yè)普及應(yīng)用。