基于自動化生產的筆桿加工機器淺析

摘 要：人們的生活離不開書寫，而書寫又需要用到筆。在大部分筆的生產過程中，離不開一道將帶有內螺紋的ABS套管與后筆管定位粘合的過程。目前各廠商仍采用人工流水線的方法進行生產，效率較低，長期成本較高。針對這個問題，我們將研發出一種機器，能夠代替人工完成此項工作，并且有效率高，穩定性強，長期成本低等優點。隨著工業4.0的推進，此類型的機器會成為市場中的熱門。本文主要分析一下對此種裝置設計方案。

關鍵詞：自動化；筆桿

人們的生活離不開書寫，而書寫又需要用到筆。而目前的筆類廠商在筆桿生產的工序上仍然采用人工生產的方式，因此開發出一種能夠代替工人的筆桿加工機器必將是人們的目標。同時也能進一步的解放低級勞動力。并且機器能夠提高生產效率，對于廠商來說能夠提高產量與產出效率，提高收益。從全球的角度來看，中國具有巨大的筆類出口份額，中國制造的筆占據了世界80%的市場，提高筆的產量就能進一步擴大中國的全球市場，提升國家的經濟水平。

1國內外的研究現狀

目前由于國內的勞動力還較為廉價，因此各廠商在制造筆桿的環節中仍采用人工的方法進行裝配，并沒有廠商進行研發類似的機器。關于國外再此方面的研究資料比較有限，并無法獲取足夠的資料。中國做為世界上最大的筆類出產國，產量占據市場的80%以上，其研發水平可以代表大多數國家目前的研發水平。

在未來幾年中，伴隨著勞動力價格的不斷提高，工業4.0的不斷推進，開發出一種代替勞動力進行筆桿生產機器的需求將會不斷擴大，并且由于筆類有這廣大而穩定市場需求，此類機器必定會被研發并投入使用。

2項目開發所需的相關科學技術

本項目的目的是設計出一種機器并投入使用，因此需要較廣、較全面的知識。需要擁有機械、電氣、計算機等相關的知識。設計團隊需要具有機械結構設計與仿真計算、數字化電路排布、基于ARM的編程能力等能力需求，并能在設計的過程中及時發現存在的不足，需要較強的理論知識與實踐經驗。由于需要投入到實際生產中，最終產品需要穩定性高、機械結構強、控制程序穩定等特點，應此需要較高的科技水平。

在機械結構方面，由于機器需要完成涂膠、定位、抓取、放置等過程，有一定的精度要求，并且需要適應多種筆套的外形以適應多種類型的筆類生產，因此在機械結構的設計方面有著不小的難度。需要將機器設計成穩定可靠，具有較高的工作效率，較高的工作精度，并且擁有很強的適應性，需要有較強的專業知識水平，并且需要有相關的實踐經驗如參觀與實習等，才能較好完成此方面的設計

在電氣電路方面，由于機器是工業用電器，使用380伏特的三相交流電，與常見的220伏特的單相交流電有著較大的差異，因此在電路編排的起步階段就有著較高的技術難度與要求。在機器中至少存在一臺步進電機與兩臺氣動式活塞馬達，還有一臺微型電腦與一臺計數裝置，因此合理的編排電路，并且使電路具有較高的穩定性，可長時間穩定運行，具有防浪涌等功能，對電氣電路方面有較高的知識水平要求。

在軟件編程方面，該機器會在ARM平臺上使用C語言編寫程序，良好的軟件穩定性可以保證生產的穩定進行，若軟件不夠可靠可能會導致大規模的停機停產事故，更甚者可能會有機器損毀、人員受傷的風險。為了不引起此類損失，開發出穩定可靠的程序就顯得格外的重要。并且在編寫程序時需要考慮到機器可能會出現的各種意外狀況，做出相應的程序處理，因此需要較高的計算機編程技術水平與分析對策能力。

3項目的研究思路和方法，技術路線、實驗方案及可行性分析

3.1研究的思路和方法

此機器的研發思路是根據目前的實際生產流程進行研究并設計。目前國內的筆業生產廠商處理此道工序的流程是由三位工人完成三部流水線操作，首先第一位工人在后筆管的首端圖上717樹脂膠，第二位工人將帶有內螺紋的ABS管套放入后筆管內，最后第三位工人用專用的附帶刻度的工具尺將帶有內螺紋的ABS管套推入后筆管內15mm。根據此工作流程，所設計的機器的工作流程也分為三步，首先通過涂膠機構配合氣動式活塞馬達，將717樹脂膠涂到后筆管內，再通過步進馬達將涂完膠的后筆管送到安裝ABS管套的工位，最后通過另一個氣動式活塞馬達，將帶有內螺紋的ABS管套推入指定深度。

3.2技術路線

3.3實驗方案

機械結構的設計建模使用SolidWorks軟件，在完成裝配圖后進行機械運動模擬仿真，檢測機械結構的可靠性。

電路模擬使用Multisim 11.0軟件，對電路的可靠性及常見的意外情況進行分析與預判，并利用Multisim 11.0的自動差錯功能糾正前期電路排布出現的問題。

在軟件程序方面，使用CIMCO Software Suite軟件對程序進行結構的優化處理及仿真，做好多套程序及緊急應對程序，針對可能出現的突發情況進行程序的編排。

4實際意義與前景

此種機器針對的市場即目前的各大小制筆廠商，運用機器代替工人完成一項必不可少的流程，縮減生產成本，提高生產效率。其具有兼容性強的特點，因此可以向所有制筆廠推廣此機器。隨著勞動力成本的不斷提高，以及國家不斷大力推進工業4.0的開展，此機器具有良好的推廣前景。在未來的幾年內，相信此機器會被越來越多的廠商使用，以代替目前現有的工人，以提高生產效率并縮減生產成本。推廣前景可謂十分廣闊。目前中國的所出產的筆占世界筆類市場的80%以上，可謂是當之無愧的制筆領頭國。從數據來看，中國制筆業的銷售收入十分可觀，從2008年至今，每年的銷售收入都在不斷增加，目前已接近300億元。若能抓住制筆廠這個強大的市場，所能獲得的收入將是一個十分可觀的數字。據保守估計，目前中國每年產出筆類300億支，按每條流水線每日產筆10000支計算，中國目前擁有120000條流水線，假設3年內有10%的流水線采用我們生產的機器，即產生12000臺訂單，其產生的經濟效益十分可觀。

5總結

隨著自動化技術的迅猛發展，越來越多的不富有創造性的簡單勞動力將被自動化機械所代替。自動化設備將比傳統工人擁有更高的效率與準確率，更為低廉的成本。隨著工業4.0的推進與勞動力成本的不斷提高，越來越多的工廠總會傾向于用自動化生產機器代替人力進行生產。隨著計算機水平的不斷發展，在設備實際生產之前，我們就可以運用計算機對機械結構，電路，軟件進行模擬運行，盡可能減少實際生產時的浪費。這種自動化的筆桿加工制造機器，可以解放勞動力，提高生產效率，推進人類社會和工業的發展。

作者簡介：

金文超（1997-），男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：江蘇省蘇州市，當前職務：本科在讀學生，學歷：本科在讀，研究方向：車輛工程。