安徽電力電能表紙箱自動拆包與回收系統的創新與應用

文/疏齊齊 梁勝濤 陳良坤 任民 賀凱旋 朱常健

按照國家電網公司“三集五大”體系建設要求，安徽省電力公司計量中心進行智能倉儲及輸送系統和自動化檢定系統的建設，滿足了安徽省電力公司計量中心電能計量器具的新購、檢定、存儲及配送工作需求，實現了計量一體化管理的目標。

隨著工業技術的發展和自動化能力的增強，高效先進的自動化拆包作業將代替傳統的人工拆包。本文結合安徽省電力公司計量中心接收電表并進行人工拆箱入庫的現狀，利用新技術對紙質表箱自動拆包方法進行研究并設計了自動拆包流水線，實現了拆包產生的箱蓋及空紙箱的自動碼垛與回收。

一、電表紙箱拆包的現狀分析

隨著安徽省對“三集五大”的全面落實，營銷信息系統全面推廣應用，安徽省電力公司計量中心單、三相自動化檢定的工作量大大增加。智能倉儲系統自2012年10月投運以來，至今已完成了2000多萬只表計的檢定、存儲工作。

面對如此大數量的表計檢定及存儲作業，目前采用的方式為裝有表計的紙箱從表廠運送到安徽省電力公司計量中心，通過立體智能倉儲系統將裝有表計的紙箱在托盤上碼垛，并自動存儲在立體倉庫中。當對表計進行檢定時就需要待檢定的表計從托盤庫中通過堆垛機、輸送機、穿梭車輸送到機器人拆垛站臺（工位），通過機器人進行拆垛，將單一紙箱擺放到紙箱輸送機上，通過紙箱輸送線運送到人工拆包工位，對數量眾多的表箱進行拆包作業，通過人工拆包作業把紙箱里的表計逐一取出排列好放在輸送線上，再由表計輸送線輸送至機器人抓表工位，以便進行后續作業，且拆包產生的空紙箱需要人工碼垛后放置暫存區，等待裝車。這種作業方式不僅消耗了大量的人力、物力，而且人工拆包的效率低，與整個計量中心的自動化作業方式不匹配。

圖1：單相表三相表紙箱

圖2：單相表三相表空紙箱

圖3：單相表三相表箱蓋

由于管理體制及技術手段等問題，在全社會走向信息化、網絡化，電力工業大步邁進現代化的今天，人工對裝有表計的紙箱進行拆包這樣落后的作業模式與表計智能化倉儲系統、表計自動化檢定檢測系統等高度自動化的作業方式形成了反差。因此，有必要改進現有的人工拆包作業情況，通過自動化拆包流水線來代替人工拆包，以加速用表計管理的現代化步伐。

二、自動拆包的設計方案

為了實現自動拆包，需要對表箱結構做重新規范和設計。原表箱采用雙蓋完全交插型式，該型式的表箱無法實現自動去蓋，且單相表與三相表的裝箱數量有一定要求，因此單相表與三相表的表箱采用分體式設計，分箱蓋和箱體，兩者采用同一規格的箱蓋和箱體。

1.紙箱的物料信息

紙箱的結構尺寸，如圖1、2、3所示。

合箱之后箱體規格為590×450×220（mm），其中單相表18只/箱，三相表5只/箱。

2.自動拆包工藝的設計思路

在已有智能倉儲系統基礎上，采用自動化去蓋設備將箱蓋直接在輸送線上移除，去蓋完成的紙箱繼續輸送至機器人抓表工位，完成表計直接從紙箱裝入塑料周轉箱的工藝需求。自動拆包產生的箱蓋與空紙箱應實現自動碼垛，箱蓋碼垛可由自動去蓋機完成，空紙箱碼垛可采用自動碼垛機（即坐標機器人）實現。由于箱蓋與空紙箱的收集由人工完成，該工作應實現間歇作業，降低由于作業人員處理不及時產生的停機狀態。因此，可通過增加箱蓋與空紙箱緩存數量予以解決。

3.自動拆包流水線的布局

自動拆包流水線的布局圖，如圖4；自動拆包流水三維效果圖，如圖5。

4.自動拆包流水線的工作流程

（1）智能倉儲系統接收生產調度系統指令，將需要進行裝箱的實托盤通過堆垛機、輸送機、穿梭車輸送到機器人拆垛站臺，通過機器人進行拆垛；

（2）拆垛后機器人將單一紙箱擺放到紙箱輸送線上；

（3）需要緊急卸車時，人工直接將表箱放置在應急上線口，并輸送到紙箱輸送線上；

（4）經紙箱輸送線輸送到自動去蓋機工位；

（5）去蓋后的表箱經紙箱輸送線輸送至裝箱區；

（6）表箱裝箱區定位后直接由機器人抓取放入塑料周轉箱中，周轉箱裝滿后再入周轉箱立庫存儲，等待檢定出庫。

工作流程圖，如圖6。

5.自動拆包流水線的優勢分析

原人工拆包流水線通過紙箱輸送線到達人工拆包工位拆包后，表計在輸送線上為依次排列，對于單相表而言，機器人抓表是按每次三只抓取，因此需要另外的機構將三只表計排成一列并定位后才能執行抓表動作，機器人存在等待時間，且機器人抓表的節拍很大程度上取決于人工拆包的速度。改造后的自動拆包流水線，由于表計在紙箱中按原定位置排列，且單相表與單相表采用通用夾具，機器人可一次性將表計從紙箱取出，減少人工拆包的環節。

由于拆箱完成產生的箱蓋和空紙箱需要回收利用，自動拆包流水線采用一臺自動去蓋機將箱蓋移除，自動去蓋機的移載機構可以將箱蓋放置到在一側輸送機上，并實現箱蓋碼垛；當箱蓋累積到一定高度后，檢測開關觸發箱蓋輸送機將成垛的箱蓋輸出，根據箱蓋碼垛高度對應的箱蓋數量，結合實際情況可設置箱蓋緩存位的數量。

圖4：自動拆包流水線

圖5：自動拆包流水線三維效果圖

原人工拆包流水線在人工拆包后產生的空紙箱需要再次由人工碼垛，并搬運至空紙箱暫存區，該過程全部由人工完成，勞動力較大。改造后自動拆包流水線中的空紙箱是由機器人抓表后產生的，空紙箱可以繼續沿紙箱輸送線合流至二層空紙箱輸送線上，當到達自動碼垛機工位時，自動碼垛機抓取空紙箱放置在下游空箱緩存線上，并依次碼垛（為保證空紙箱垛型穩定，紙箱碼垛型式為交錯堆疊），達到一定層高后將成垛的空紙箱輸出。自動拆包流水線下游設置了兩條空紙箱緩存線，自動碼垛機可以分別在兩條緩存線上執行碼垛作業，即使空紙箱沒有得到及時處理，可以先將其在緩存線上緩存，再進行后續的空紙箱回收處理。

在空間布局上，空紙箱回收站臺靠近箱蓋回收站臺，單一作業人員可以兼顧處理兩種物料，作業人員移動范圍小，可以有效緩解人工作業強度，并且采用箱蓋緩存與空紙箱緩存的方式，作業人員能獲得足夠休息時間。

圖6：自動拆包流水線的工作流程

三、自動拆包流水線的產能分析

根據計量中心設計產能折合等效單相表不低于3000只/小時的要求，每箱單相表數量為18只，即每小時所需拆包的紙箱數量為：3000/18=167箱。

1.自動去蓋機的產能分析

根據設備運動分析，自動去蓋機單個作業周期為18秒，可計算出最大去蓋能力為3600/18=200箱/小時，大于167箱/小時，滿足要求。

2.抓表機器人的產能分析

根據機器人運動節拍分析，單臺裝箱機器人最大能力為每10秒裝3只表(單相表可一次抓取3只)，即每小時最多可裝3600/10×3＝1080只表；配置3臺裝箱機器人總能力：3×1080＝3240只/小時，大于3000只/小時，故原來3臺拆裝箱機器能滿足實際使用要求。

3.自動碼垛機的產能分析

根據設備運動分析，自動碼垛機單個作業周期為12秒，可計算出最大碼垛能力為：3600/12=300箱/小時，大于167箱/小時，故1臺自動碼垛機可以滿足紙箱碼垛要求。

根據以上產能分析，整個自動拆包流水線無瓶頸，運行良好，系統設計完全滿足設計需求。

四、結論

目前，安徽省電力公司計量中心人工拆包作業采用勞務外包型式，因此在保證智能倉儲及輸送系統運營的基礎上需要額外增加人工成本，改造后的自動拆包流水線紙箱與箱蓋回收僅需1～2人，與人工拆包相比只需五分之一的人工成本，人工費用大大降低。

通過建設標準的現代化作業流程，可以減少中間環節，簡化業務流程并提高管理效率，有利于統一資產管理，提高檢定、庫存資源的利用率，達到專業化管理要求。