朱 磊，劉會(huì)祥，曹 燕

(中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 金壇 213200)

1 前言

碼垛是指按集成單元化的思路，通過特定的方式把單個(gè)分散的物料碼垛成堆，以便完成物料的轉(zhuǎn)移、倉儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng)[1]。在傳統(tǒng)的碼垛作業(yè)中，由人工將包裝完成的物料抬起堆垛，等待叉車運(yùn)至倉庫儲(chǔ)存。在現(xiàn)代工業(yè)中，機(jī)械手碼垛機(jī)作為一種智能型碼垛機(jī)，可以獨(dú)立完成碼垛作業(yè)，完全取代人工碼垛[2-3]。通過設(shè)定相關(guān)程序設(shè)置碼垛編組和碼垛層數(shù)，將物料用爪子抓到托盤的指定位置完成堆疊，通過PLC和觸摸屏控制實(shí)現(xiàn)智能化控制，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高碼垛效率，促進(jìn)效益提升[4]。

中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司(以下簡稱“公司”)的編織袋包裝鹽的碼垛作業(yè)原先由人工完成，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較高且作業(yè)人員流失嚴(yán)重。公司新引入了一臺(tái)機(jī)械手設(shè)備用于大包裝車間生產(chǎn)的50 kg及25 kg編織袋鹽的碼垛。編織袋包裝鹽通過皮帶從生產(chǎn)車間輸送至機(jī)械手處進(jìn)行碼垛。發(fā)現(xiàn)引入機(jī)械手設(shè)備后，鹽包碼放不平整、鹽包堆疊等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致垛形不整齊，需要人工調(diào)整，嚴(yán)重影響了入庫效率。

以鹽包碼放不平整、鹽包堆疊以及鹽包四周超出托盤3 cm作為判定碼垛不良的依據(jù)，以碼垛不良鹽包數(shù)量在產(chǎn)量中占比來計(jì)算碼垛不良率，經(jīng)過6個(gè)月的數(shù)據(jù)跟蹤，平均碼垛不良率達(dá)0.932 2%,如圖1。

2 影響碼垛的主要因素

2.1 袋子尺寸

根據(jù)碼垛要求及現(xiàn)場測量結(jié)果，25 kg包裝鹽為6包/層，采用交錯(cuò)堆積法[5]，即奇數(shù)層和偶數(shù)層的碼垛方向不一樣，縫口交錯(cuò)，該種碼垛方式可以防止鹽包散落。但在該種碼垛方式中，同一側(cè)面奇數(shù)層為三包寬并列，偶數(shù)層為兩包長并列，由于25 kg包裝鹽的三包寬度之和大于兩包的長度之和，導(dǎo)致碼包有縫隙。50 kg包裝鹽為4包/層，采用中空堆積法[5]，奇偶數(shù)層縫口錯(cuò)開，錯(cuò)位堆積，但50 kg包裝鹽的尺寸(長+寬)大于116 cm，而現(xiàn)場托盤尺寸為110 cm×110 cm，鹽包突出托盤多，造成碼垛不良。

圖1 2018-07～12碼垛不良率統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of poor palletizing rates from July to December in 2018

2.2 機(jī)械手的碼垛手爪

機(jī)械手碼垛機(jī)的末端執(zhí)行器也叫碼垛手爪，是直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件[6]，一般可分為吸附式取料手、夾鉗式取料手和仿生多指靈巧手[7]。公司機(jī)械手碼垛機(jī)為夾鉗式取料手。在碼垛過程中，機(jī)械手的碼垛手爪反復(fù)執(zhí)行抓放操作，從傳送帶上抓取鹽包，按預(yù)定路徑放到托盤指定位置。通過現(xiàn)場觀察及測量機(jī)械手爪子，發(fā)現(xiàn)爪子的軸距固定為370 cm。統(tǒng)計(jì)灌裝后25 kg編織袋成品鹽包寬為390 cm，50 kg編織袋成品鹽包的寬為470 cm，現(xiàn)有爪子抓取25 kg包裝鹽會(huì)造成抓包不緊，在機(jī)械手移動(dòng)過程中位置發(fā)生偏移，鹽包在托盤上的實(shí)際落包位置與預(yù)定位置存在偏差，導(dǎo)致碼垛不良。抓取50 kg包裝鹽會(huì)導(dǎo)致包裝鹽收縮太緊，造成破包。

2.3 擋板設(shè)計(jì)

機(jī)械手碼垛機(jī)大部分是按預(yù)先設(shè)定程序運(yùn)行，其運(yùn)行環(huán)境預(yù)先設(shè)定完畢，重復(fù)執(zhí)行設(shè)定程序。在實(shí)際生產(chǎn)中，編織袋包裝的生產(chǎn)為流水線作業(yè)，鹽包的位置和姿態(tài)不完全一致。在鹽包通過運(yùn)輸皮帶運(yùn)送至機(jī)械手處的過程中，通過轉(zhuǎn)彎皮帶使鹽包轉(zhuǎn)向，由整形擋板對(duì)鹽包在皮帶上的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行調(diào)整、修正以保證運(yùn)動(dòng)中的鹽包與皮帶平行，以及鹽包在機(jī)械手抓取點(diǎn)停止時(shí)位置正中無歪斜[8]。經(jīng)過觀察，在鹽包運(yùn)動(dòng)過程中，由于行車上方的整形擋板不可調(diào)節(jié)，在進(jìn)行大包和小包切換時(shí)易造成橫包。同時(shí)，觀察包裝鹽的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)現(xiàn)包裝鹽的擋板都設(shè)在同一邊，造成一邊的摩擦力較大，鹽包變形、不平整，無法使包裝鹽水平進(jìn)入，導(dǎo)致機(jī)械手抓取點(diǎn)歪斜，導(dǎo)致碼垛不良。

3 改善措施及效果

3.1 統(tǒng)一規(guī)定袋子尺寸

針對(duì)袋子尺寸問題情況，通過反復(fù)測算比較鹽包灌裝前后尺寸變化，確定了25 kg編織袋尺寸為75 cm×43 cm，50 kg編織袋尺寸為83 cm×55.5 cm。與廠家溝通后統(tǒng)一規(guī)定了編織袋的規(guī)格。并根據(jù)編織袋尺寸的變化，設(shè)備維養(yǎng)人員對(duì)機(jī)械手設(shè)備的原點(diǎn)(機(jī)械手碼垛手爪的中心位置)和模塊重新校準(zhǔn)，以確保修改編織袋尺寸后機(jī)械手運(yùn)行正常。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，碼垛不良率由0.932 2%降為0.395 2%，對(duì)包裝鹽碼垛不良的改善效果顯著，見表1。

表1 袋子尺寸變化后鹽包碼垛不良率統(tǒng)計(jì)Tab.1 Poor rate statistics of salt packet palletizing after bag size changed

3.2 更換可調(diào)節(jié)碼垛手爪

碼垛手爪作為碼垛機(jī)械手重要的執(zhí)行部件，必須適應(yīng)處理多種袋裝物料的搬運(yùn)作業(yè)。面對(duì)多種少量的市場需求，機(jī)械手的碼垛手爪不僅有多種形式，而且可調(diào)節(jié)性大大提高[9]。可調(diào)節(jié)四桿機(jī)械手爪子可以通過旋動(dòng)轉(zhuǎn)輪，調(diào)節(jié)爪子寬度[10]，從而滿足不同的生產(chǎn)需求。聯(lián)系機(jī)械手廠家針對(duì)大包裝車間生產(chǎn)線設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)四桿機(jī)械手爪子，并綜合鹽包在托盤上的落包位置設(shè)置機(jī)械手爪子開度。在生產(chǎn)線上安裝使用后，平均碼垛不良率降低至0.350 5%。見表2。

表2 碼垛手爪更換前后碼垛不良率Tab.2 Palletizing failure rate before and after replacement of the palletizing gripper

3.3 增加整形裝置

針對(duì)擋板設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的橫包、鹽包不平等整形不良的情況，在運(yùn)輸皮帶轉(zhuǎn)彎處增加可調(diào)節(jié)阻擋鋼板和氣缸推進(jìn)裝置，為方便人員操作，給氣缸推進(jìn)裝置加裝閥門，品種鹽切換只需要將閥門調(diào)整到指定開度即可，避免人員因操作不統(tǒng)一造成碼包不良的情況。同時(shí)，在機(jī)械手前端增加整形設(shè)備，在鹽包進(jìn)入機(jī)械手抓包裝置前進(jìn)一步調(diào)整鹽包姿態(tài)，以保證所有鹽包進(jìn)入機(jī)械手抓包裝置后停在同一位置。所有整形設(shè)備安裝好以后，基本無橫包和整形不良情況，所有包裝袋經(jīng)過整形裝置到達(dá)機(jī)械手抓包設(shè)備點(diǎn)都能停在指定位置，碼垛不良率降至0.340 5%，見表3。

表3 增加整形裝置后鹽包碼垛不良率統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of defective rate of salt packet palletizing after adding the shaping device

4 結(jié)語

針對(duì)引入新機(jī)械手設(shè)備后碼垛不良率居高不下的問題，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)主要影響因素為袋子尺寸不一、碼垛手爪不可調(diào)節(jié)及鹽包整形不到位。通過改進(jìn)袋子尺寸、更換四桿可調(diào)節(jié)碼垛手爪及增加整形裝置，公司碼垛不良率顯著降低，由0.932 2%降至0.340 5%，滿足公司生產(chǎn)需要，提高了碼垛效率，成品入庫效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。