湯臣倍健成品輸送碼垛及物流周轉系統

王正偉

湯臣倍健成品輸送碼垛及物流周轉系統

王正偉

（湯臣倍健股份有限公司 珠海 519040）

棧板是目前制造業、物流業常見的物資運輸存儲載體，全自動AGV、高架庫、倉庫管理系統等，都是以繞棧板形式實現物資周轉、存儲、管理的實際應用。近年人工成本的升高以及智能制造的興起，物流自動化已延伸到生產端的成品碼垛。滿足食品行業多品種多規格、小批量多線生產的成品碼垛系統研發，有助于促進后段包裝自動化。配套軟件系統完成產品信息采集、綁定、傳輸，打破企業內部信息孤島，利于生產企業由制造端至物流端的信息智能化。

棧板；制造業；成品碼垛；自動化；智能化

1 引言

工業4.0智能制造在全球范圍的興起，中國制造2025國家戰略方向的逐漸清晰[1]。湯臣倍健作為中國膳食營養補充劑行業非直銷領域的領導品牌，繼2012年打造行業首家“透明工廠”后，正式開啟“透明工廠”智能化升級，并與多家企業戰略合作形成“透明工廠智能化研發平臺”。

成品輸送碼垛及物流周轉系統（以下簡稱系統）正是基于這一契機，將原有包裝車間8條生產線人工碼垛，升級為自動分揀碼垛。建立更加機械、智能的成品分揀、輸送及物流周轉的智能分揀碼垛系統，提高原有生產線的生產效率、降低員工勞動強度，實現更加智能、透明、數字、自動的后段包裝管理。

2 項目整體規劃

包裝車間位于整棟廠房四層，三層是已建成投產的另一車間，成品碼垛區域規劃在跨一、二層的區域內。系統啟用前，成品在四樓完成人工碼垛并繞膜緊固，經貨梯輸送至一樓，叉車上貨到廠內周轉貨車，送往成品倉。多段聯合運輸，需較多人員參與，各工段之間銜接不力導致成品積壓滯留的可能性高。

系統設計為，四層8條生產線裝箱成品穿過樓板，在三層與四層之間夾層匯流，經螺旋輸送機至一樓碼垛區域分揀碼垛，以最大限度的降低對三層現有車間的干涉。4臺機器人完成8條產線成品碼垛，繞膜后分18棧板一組待裝車，廠內周轉車經改造可直接與系統對接，自動完成貨物裝車。由此，成品在生產線完成裝箱直至裝車周轉連貫無滯留，幾乎無需人為干預。

達到這一預期設計設想，需對設備、軟件以及系統綜合難點進行攻關。

3 硬件設備

3.1 速度匹配

包裝車間承擔各劑型、各規格產品分裝，單箱產品重量、單線生產速度差異明顯。以最大輸送需求設計主輸送通道運行速度，分段啟?？刂票苊獠槐匾哪芎睦速M。本項目最終以42箱/min的輸送速度設計。

3.2 規格差異

不同產品的服用量差異，導致產品分裝規格多樣。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，小尺寸紙箱在轉彎處可能出現的紙箱旋轉對轉彎半徑有一定要求。

3.3 垛型設計

通常，成品高架庫對成品碼垛尺寸有一定要求，各瓶裝規格紙箱尺寸差異，也決定需對各規格紙箱滿垛產品進行垛型設計，以滿足滿垛產品長、寬、高在高架庫要求范圍以內，同時符合成品紙箱噴碼信息僅可能朝外的要求。

3.4 設備自控

系統設備跨樓層、跨區域的特性，不同于生產車間內設備可由現場操作人員隨時監控、調整。系統較多設備位于廠房技術夾層、垂直高度落差12m的樓層間，由此系統設備前后端異常信息傳遞及聯動控制顯得尤為重要，報障的準確及時也是系統高效運行的基礎。故障點表必須覆蓋所有設備異常情況。

3.5 物料平衡

本系統的設計中，各生產線產品匯總一起后再分道碼垛，導致產品有較大風險相互混淆碼垛。雖已設計兩道掃描頭復核確認，基于將風險最大限度降低，本系統對各線產品物料平衡提出了上下復核的要求，即將包裝車間與碼垛區域視為兩個不同區域，包裝車間各線輸送至碼垛區域各機器人工位的產品，具備數量實時比對的功能。

URS中對此點需求描述如下：①切換批號或品種應確保上一次批次成功碼完，四樓生產數量與一樓碼垛數量需計數平衡，該批次所有產品碼垛完成后方可結束生產；②實時信息播報：輸送后端碼垛信息與包裝線后端信息實時傳送（即：某線已生產10000瓶，碼完成品9000瓶，輸送線還有1000瓶這些信息上下共享，共享信息在系統上操作屏可顯示。

3.6 硬件設備其他要求

硬件設備的機械電氣防護要求、施工安裝日常維護便利、配件品牌規格、各功能段的單機速度，以及根據風險評估識別出的其他風險點均需一一說明詳細的設計需求。

硬件設備整體外觀與廠房其他設備設施的協調美觀，借助3D設計軟件可以得到更加直觀的反饋。

4 軟件開發

4.1 合流分流

成品由8條生產線匯流后分為4臺機器人碼垛，這一功能需由系統軟件，通過掃描成品箱條碼識別產品、線號，判定后給出執行信號由硬件設備實施分道。掃描不成功產品經由回流通道二次掃描。

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

4.2 成品信息與棧板綁定

實現成品箱碼與棧板條碼綁定，設計工藝流程如下：①掃描棧板條碼，并開始該棧板碼垛（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“箱棧關聯”。

4.3 碼垛產品入車

碼垛完成產品以18棧板為最小單位入車，所有18棧板信息綁定并虛擬車號，以流水號形式記錄次序與入車時間，以便必要時追溯查詢。

4.4 節能智能排班

因8條生產線開線數量及開線時間不確定性，導致一樓四臺機器人工作負荷不一致。本系統軟件開發之初提出根據8條生產線開機情況，決定一樓碼垛機器人啟用數量的智能算法需求，以降低機器人及其配套設備的待機能耗。以滿足如下要求：

（1）開最少機器；

（2）優先分配-高低速度搭配；

（3）支持最優生產線號配置，優先將預設線號生產的產品優先安排到對應的碼垛機。

以上，需根據各線歷史生產數據，各品種、各規格生產特性，將基礎數據提取維護進軟件系統，成為軟件系統“思考”的基本邏輯。

5 整合開發

本系統硬件、軟件并非獨立的孤島系統，實現產品實物與信息由包裝車間向成品倉庫傳遞，硬件需與前端的生產設備、后端周轉裝車、全自動立體倉庫等實現對接；軟件系統需采集防偽防串貨系統噴碼信息，與WMS系統實現端口對接和信息傳遞。“瞻前顧后”的整體設計開發思維是項目成功的關鍵。

6 結論

本系統從前期可行性分析調研，到立項實施，得到了各硬件設備、軟件開發供應商的支持和幫助。本文僅對成品輸送碼垛系統設計開發，提出了實施思路和難點把控，整體開發中仍有很多細節和風險點值得關注。本系統預計將于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.中國制造2025[M].北京：中信出版集團，2015.

TP278

A

1004-7344（2016）33-0309-02

2016-11-13

王正偉，學士學位，主要研究包裝自動化。