文 / 虞有海 雷敏 盧會(huì)超 王化麟 李成友 林原 王健

煙用印刷是我國(guó)發(fā)展迅猛的行業(yè)之一，尤其近年來消費(fèi)者對(duì)香煙產(chǎn)品的外觀和包裝提出更高要求，精致美觀的包裝往往更能吸引人的眼球，從而促進(jìn)消費(fèi)。市場(chǎng)旺盛的需求極大推動(dòng)了煙用印刷紙卷產(chǎn)業(yè)發(fā)展。更短的生命周期、更高的印刷質(zhì)量、更精美的包裝需求、更短的生產(chǎn)時(shí)間，也對(duì)印刷企業(yè)提出更高要求，促使企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)變化需求調(diào)整企業(yè)的生產(chǎn)模式、調(diào)度模式、管理模式、包裝模式等，從而更快地響應(yīng)市場(chǎng)需求。

一、煙用成品紙卷轉(zhuǎn)運(yùn)及包裝現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的車間煙用成品紙卷物流轉(zhuǎn)運(yùn)采用人工叉車或液壓板車，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的信息管理及傳遞采用人工手寫工藝卡片，煙用成品紙卷碼垛及拆垛需人工完成，纏膜、打帶、打碼和貼碼等包裝工作也需人工完成，作業(yè)效率低，自動(dòng)化程度低，信息管理混亂。

二、煙用成品紙卷堆碼需求分析

表1所為煙用成品紙卷物料堆碼需求分析。根據(jù)煙用成品紙卷物料的外形尺寸特征、重量特征、貨位承載、用戶配送需求等分析成品托盤堆碼規(guī)則。成品幅寬為50mm～80mm的占比超80%以上，按適應(yīng)最大原則，成品托盤貨位高度選擇1350mm，重量不超過1000kg/托盤。成品堆碼層數(shù)、每托盤最大堆碼卷數(shù)、每托盤重量、實(shí)托盤高度，如表1所示。

表1 煙用成品紙卷物料堆碼需求分析表

三、煙用成品紙卷成品包裝車間流量分析

按兩車間末工序設(shè)備峰值產(chǎn)能計(jì)算。

車間1日產(chǎn)成品為7000卷/天，7000/90≈78托盤/天，三坐標(biāo)機(jī)器人每2卷抓取1次，同批次同品規(guī)尾料1卷抓取1次（約100次/天），需抓取3550次/天；

車間2日產(chǎn)成品日產(chǎn)成品為8500卷/天，8500/90≈95托盤/天，三坐標(biāo)機(jī)器人每2卷抓取1次，尾盤1卷抓取1次（約110次/天），需抓取4305次/天；

三坐標(biāo)機(jī)器人完成日抓取托盤次數(shù)為：78+95=173次/天；

三坐標(biāo)機(jī)器人完成日抓取瓦楞紙片次數(shù)為：173×3=519次/天；

三坐標(biāo)機(jī)器人完成日抓取托盤蓋板次數(shù)為：173次/天；

三坐標(biāo)機(jī)器人完成日抓取次數(shù)合計(jì)為：3550+4305+173+519+173=8720次/天；

成品包裝區(qū)日作業(yè)時(shí)間為24小時(shí)，所需三坐標(biāo)機(jī)器人抓取速度為8720/24≈364次/小時(shí)。

三坐標(biāo)機(jī)器人工作時(shí)序計(jì)算，如表2所示。

表2 三坐標(biāo)機(jī)器人工作時(shí)序計(jì)算表

基于以上可得出結(jié)論：按機(jī)器人每次完成一個(gè)動(dòng)作的周期為29秒計(jì)算，單臺(tái)機(jī)器人工作效率為124次/小時(shí)，配置4臺(tái)三坐標(biāo)機(jī)器人，系統(tǒng)總能力為124×4=496次/小時(shí)＞364次/小時(shí)，設(shè)備利用率為73.39%，滿足日常煙用成品紙卷碼垛需求并富裕部分安全能力，確保系統(tǒng)具備一定的冗余性。

四、煙用成品紙卷自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)及包裝系統(tǒng)規(guī)劃

針對(duì)印刷廠，根據(jù)其工藝的不同，其廠房主要功能分區(qū)如圖1所示，分為生產(chǎn)車間1、生產(chǎn)車間2、成品自動(dòng)輸送線、成品自動(dòng)包裝車間。

圖1 印刷廠的廠房主要功能分區(qū)規(guī)劃圖

所應(yīng)用的主要設(shè)備包括：皮帶輸送機(jī)、往復(fù)垂直提升機(jī)、多向視覺識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)分揀系統(tǒng)、自動(dòng)稱重系統(tǒng)、三坐標(biāo)機(jī)器人、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、自動(dòng)纏膜機(jī)、自動(dòng)打帶機(jī)、自動(dòng)打碼及貼標(biāo)機(jī)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其主要設(shè)備的功能規(guī)劃如下：

多向視覺識(shí)別系統(tǒng)主要對(duì)帶式輸送線上的煙用成品紙卷的條碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)識(shí)別，并自動(dòng)將識(shí)別到的條碼物料信息上傳給成品包裝車間自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可自動(dòng)識(shí)別來料紙卷的品種及批次等信息，使自動(dòng)分揀機(jī)能按指定規(guī)則分揀。多向視覺識(shí)別系統(tǒng)還能自動(dòng)識(shí)別煙用紙卷外觀特征，并將識(shí)別到的特征信息上傳至成品包裝車間自動(dòng)化控制系統(tǒng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)條碼信息和真實(shí)物料特征信息的一致性，具備二次校對(duì)防差錯(cuò)功能，杜絕條碼貼錯(cuò)的現(xiàn)象發(fā)生。

自動(dòng)稱重系統(tǒng)主要對(duì)輸送線上經(jīng)過稱重工位的煙用成品紙卷稱重計(jì)量，精度可達(dá)±0.02kg，準(zhǔn)確記錄每一卷成品的真實(shí)重量。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要完成煙用成品紙卷分揀任務(wù)，設(shè)置多個(gè)煙用成品紙卷分揀站臺(tái)，能同時(shí)完成多個(gè)品規(guī)煙用產(chǎn)品紙卷的分揀碼垛需求，100%滿足該企業(yè)車間產(chǎn)能。此外，還設(shè)置不合格品分揀站臺(tái)和人工處理站臺(tái)，便于人工處理不合格品和三坐標(biāo)機(jī)器人系統(tǒng)異常時(shí)人工碼垛作業(yè)。

三坐標(biāo)機(jī)器人主要完成煙用成品紙卷自動(dòng)碼垛需求，針對(duì)該企業(yè)煙用成品包裝車間自動(dòng)包裝需求，開發(fā)專用夾具，具備多項(xiàng)功能，能完成煙用成品紙卷抓取、托盤拆垛、瓦楞紙片抓取和托盤蓋板抓取作業(yè)需求。煙用成品紙卷抓取后，夾具能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，將煙用成品紙卷?xiàng)l碼統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)到指定角度后再堆碼在托盤上。

自動(dòng)纏膜機(jī)主要完成實(shí)托盤纏膜作業(yè)，采用深色薄膜，防止部分光敏性煙用成品紙卷因存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中長(zhǎng)時(shí)間光照造成變色，產(chǎn)生質(zhì)量事故。

自動(dòng)打帶機(jī)主要完成實(shí)托盤打帶作業(yè)，對(duì)托盤4個(gè)側(cè)面打包裝帶，將煙用成品紙卷牢牢固定在托盤和托盤蓋板之間，避免存儲(chǔ)作業(yè)和長(zhǎng)途運(yùn)輸作業(yè)過程中煙用成品紙卷滑動(dòng)、碰撞、摩擦、傾斜等造成產(chǎn)品外觀質(zhì)量受損。

自動(dòng)打碼及貼標(biāo)機(jī)主要完成實(shí)托盤大碼打印和粘貼作業(yè)，對(duì)經(jīng)過該工位的實(shí)托盤4個(gè)側(cè)面粘貼大碼，并自動(dòng)關(guān)聯(lián)煙用成品紙卷小碼信息和托盤大碼信息關(guān)聯(lián)，便于存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)炔煌鳂I(yè)環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品信息的查詢復(fù)核需求。

圖2為成品自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)及自動(dòng)包裝系統(tǒng)物流動(dòng)線圖，煙用成品紙卷采用人工從兩車間末端分切工位上線，經(jīng)自動(dòng)打碼及貼標(biāo)機(jī)貼碼后，自動(dòng)沿輸送線輸送至成品包裝車間；經(jīng)視覺識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)在線稱重系統(tǒng)、自動(dòng)分揀系統(tǒng)和三坐標(biāo)機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)完成煙用成品紙卷信息識(shí)別、稱重、自動(dòng)分揀和自動(dòng)碼垛；再由鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)自動(dòng)輸送至自動(dòng)纏膜工位、自動(dòng)打帶工位和貼碼工位完成自動(dòng)包裝。

圖2 物流動(dòng)線規(guī)劃圖

圖3為煙用成品紙卷示意圖，其中卷徑φ為350mm，幅寬為50mm～110mm，卷重為10kg/卷。

圖3 煙用成品紙卷示意圖

圖4為成品實(shí)托盤示意圖，采用1200mm×1200mm×150mm的方形托盤，符合卷類物料堆碼，包裝規(guī)格為：9卷/層×10層/托盤=90卷/托盤。

圖4 成品實(shí)托盤示意圖

五、煙用成品紙卷自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)及包裝系統(tǒng)流程規(guī)劃

1.煙用成品紙卷上線規(guī)劃

兩車間末端工序分切完成的煙用成品紙卷，采用人工從分切工位上帶式輸送線，煙用成品紙卷沿帶式輸送線輸送至自動(dòng)貼標(biāo)工位，自動(dòng)定位整形，打碼及貼標(biāo)機(jī)自動(dòng)打印物料條碼并粘貼到煙用成品紙卷上。粘貼好條碼的煙用成品紙卷沿帶式輸送線自動(dòng)往前輸送至往復(fù)垂直提升機(jī)工位，經(jīng)往復(fù)垂直提升機(jī)將煙用成品紙卷提升至距地面3米高并與主輸送線合流，煙用成品紙卷沿主輸送線輸送至成品包裝車間。

圖5 成品上線區(qū)規(guī)劃圖

2.成品輸送線規(guī)劃

圖6為成品輸送線系統(tǒng)，成品輸送線采用架空設(shè)計(jì)，留出地面空間，不阻斷地面疏散通道、物流通道、人員安全逃生通道等。輸送線采用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)，減少煙用成品紙卷和輸送設(shè)備相對(duì)滑動(dòng)摩擦造成的損傷，最大限度保證煙用成品紙卷輸送安全。分合流口采用斜角度窄帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)，確保合流順暢高效，提高合流效率。輸送線側(cè)邊設(shè)置設(shè)備檢修安全平臺(tái)，便于用戶在使用過程中對(duì)架空輸送設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，檢修通道配安全上下樓梯和安全護(hù)欄，確保高空作業(yè)人員安全。

圖6 成品輸送線規(guī)劃圖

3.成品包裝車間規(guī)劃

圖7為成品包裝車間，煙用成品紙卷輸送到成品包裝車間后，經(jīng)垂直往復(fù)提升機(jī)降到1000mm高地面輸送線，設(shè)置在輸送線上的多向視覺識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)掃描煙用成品紙卷?xiàng)l碼和外形特征，并自動(dòng)比對(duì)復(fù)核物料條碼中品規(guī)信息和物料真實(shí)品規(guī)信息的一致性，自動(dòng)在線稱重系統(tǒng)記錄每一卷煙用成品紙卷的重量，信息一致且重量準(zhǔn)確的紙卷自動(dòng)分揀到合格品碼垛站臺(tái)，反之則自動(dòng)分揀到不合格品碼垛站臺(tái)。

圖7 成品包裝車間規(guī)圖

自動(dòng)分揀系統(tǒng)將同一品規(guī)且同一批次的煙用成品紙卷自動(dòng)分揀到同一個(gè)碼垛站臺(tái)，由三坐標(biāo)機(jī)器人拍照識(shí)別紙卷位置并自動(dòng)抓取紙卷，堆碼到碼垛工位的托盤上，碼垛成9卷/層×10層=90卷/托盤的實(shí)托盤。

碼垛完成的煙用成品紙卷托盤沿鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)自動(dòng)輸送至自動(dòng)纏膜工位，自動(dòng)纏膜機(jī)對(duì)實(shí)托盤完成自動(dòng)纏膜作業(yè)，再輸送至自動(dòng)打帶工位完成自動(dòng)打帶作業(yè)，最后輸送至自動(dòng)貼碼工位，自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)對(duì)成品托盤4個(gè)側(cè)面自動(dòng)碼粘條貼，自動(dòng)控制系統(tǒng)完成紙卷物料信息和托盤大碼信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)，完成煙用成品紙卷托盤自動(dòng)包裝作業(yè)。

六、煙用成品紙卷自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)及包裝系統(tǒng)特點(diǎn)

托盤尺寸統(tǒng)一，便于自動(dòng)化物流設(shè)備搬運(yùn)、存儲(chǔ)，減少物流設(shè)備的種類，節(jié)約投資，便于后期維護(hù)管理。

輸送線架空設(shè)計(jì)，留出車間地面空間，不阻斷通道，提高車間空間利用率，便于人流、物流的流通。

多向視覺識(shí)別系統(tǒng)，能從不同方向自動(dòng)識(shí)別卷料外側(cè)條碼信息和外觀特征信息，自動(dòng)比對(duì)條碼品規(guī)信息和和真實(shí)品規(guī)信息，確保條碼信息零誤差。

三坐標(biāo)機(jī)器人揀選范圍大，能同時(shí)揀選多品規(guī)多站臺(tái)煙用成品紙卷，設(shè)備利用率高，一次性投資成本低。

根據(jù)抓取流量加安全余量需求配備多臺(tái)三坐標(biāo)機(jī)器人，其中一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人出現(xiàn)故障可移動(dòng)到檢修區(qū)檢修，其他機(jī)器人可覆蓋故障機(jī)器人抓取站臺(tái)，系統(tǒng)安全冗余性強(qiáng)。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)和MES軟件系統(tǒng)的有機(jī)深度融合，對(duì)兩車間的成品生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。

七、結(jié)束語

通過對(duì)該企業(yè)煙用成品紙卷自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)及包裝系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，該企業(yè)的煙用成品紙卷轉(zhuǎn)運(yùn)、堆碼、包裝實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，產(chǎn)品信息采集、傳輸、管理和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。自動(dòng)化控制系統(tǒng)與MES軟件系統(tǒng)的有機(jī)深度融合，打通了該企業(yè)管理從車間生產(chǎn)到成品包裝全鏈條生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)智化，實(shí)現(xiàn)了煙用成品紙卷的全生命周期管理。