降低真空吸盤型機械手掉件故障策略探討

（衡陽市煙草公司物流配送中心，湖南 衡陽 421000）

1 前言

隨著自動化技術(shù)在商業(yè)物流的持續(xù)推廣，機械手的廣泛應(yīng)用也應(yīng)勢而生。在物流配送中心卷煙出入庫系統(tǒng)中，真空吸盤型機械手負責將件煙按30件/垛組盤或拆盤（件煙入庫時組盤，件煙出庫時拆盤），是出入庫系統(tǒng)中的一項核心設(shè)備。作為整個卷煙分揀系統(tǒng)的上游，機械手的出入庫效率需要充分滿足卷煙分揀的補貨要求，然而機械手的頻繁掉件故障會導(dǎo)致分揀線缺煙，嚴重制約出入庫乃至整個分揀系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高。本文以衡陽煙草物流配送中心為例，介紹降低真空吸盤型機械手掉件故障的幾項策略。

2 機械手掉件故障的影響

2.1 制約卷煙分揀效率的提升

卷煙出入庫系統(tǒng)如圖1所示，在物流配送中心卷煙出入庫系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)主體設(shè)備的出入庫機械手頻繁掉件時，因為無法采用人工干預(yù)的手段代替，從而引發(fā)下游區(qū)域缺煙，嚴重制約了出入庫系統(tǒng)乃至下游的高速緩存、卷煙分揀系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提升。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年元月份出庫機械手日均掉件82次，掉件故障率高達1.76%，影響分揀線日均缺煙時間達到37min，這也直接導(dǎo)致卷煙分揀效率僅有20 000條/h，與設(shè)計值24 000條/h相距甚遠。

圖1 卷煙出入庫系統(tǒng)

2.2 造成人員受傷卷煙受損

機械手掉件以后，需要設(shè)備操作員手工將該件煙從地面或托盤上搬運至輸送輥道，頻繁掉件導(dǎo)致操作員工作強度異常繁重，容易因身體勞累而刮擦輸送輥受傷。同時，部分件煙在掉落時因砸碰現(xiàn)場設(shè)備邊緣棱角，造成卷煙受損形成殘次煙。

3 機械手掉件原因分析

機械手作業(yè)所涉及的要素主要有垛煙煙箱、碼垛托盤以及供氣壓力、真空吸盤等，因此機械手掉件故障主要由煙箱因素（循環(huán)煙箱表面破損）、托盤因素（托盤因承重變形）、供氣因素（空氣流量不足）以及其他因素（如程序設(shè)置不合理、吸盤堵塞）等幾個方面原因所致，如圖2所示。

圖2 機械手掉件故障原因分析圖

3.1 機械手供氣流量不足

經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)：機械手待機狀態(tài)時，氣壓表顯示為8.0bar，可以滿足機械手正常工作時所需的壓力（6.0bar）要求；而機械手真空吸盤形成負壓抓取件煙的瞬間，壓力表指針由8.0bar突降至4.0bar，持續(xù)2-3s直至機械手抓取件煙動作完成，再緩緩升回至8.0bar。這說明機械手抓煙動作耗費的空氣流量很大，當無外接氣流補充時，輸氣管內(nèi)的空氣流量難以完成后續(xù)動作從而造成掉件故障頻發(fā)。

3.2 循環(huán)煙箱表面破損嚴重

煙箱表面嚴重受損會直接影響機械手抓取成功率，而循環(huán)煙箱由于多次回收必然會造成不同程度損傷。根據(jù)掉件統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，衡陽煙草循環(huán)次數(shù)較多的省內(nèi)暢銷品牌如白沙（精品）、芙蓉王（硬）掉件次數(shù)遠高于其他品牌。同時，煙箱表皮濕度大對真空吸盤型機械手掉件也有明顯影響，比如在衡陽地區(qū)4-5月份的梅雨季節(jié)，因庫區(qū)濕度升高而導(dǎo)致卷煙出庫時掉件現(xiàn)象明顯增加。

3.3 因負重導(dǎo)致托盤變形所致

機械手作業(yè)要求塑料托盤技術(shù)參數(shù)滿足如下條件：（1）托盤表面平整，兩平面翹曲變形不大于3mm，兩對角線誤差不大于4mm；（2）在各種承重工況下，滿載的變形量小于5mm；（3）額定承載能力為700kg。實際工作中，因塑料托盤持續(xù)受到卷煙重力作用而出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，實測結(jié)果表明部分使用3年以上的塑料托盤變形量甚至超過13mm，而托盤因承重變形使得機械手抓煙高度發(fā)生變化，影響機械手抓煙的準確性。

3.4 其他原因所致

（1）程序設(shè)置不合理：機械手從抓取件煙到在輸送輥上端靜止的過程中，如果程序設(shè)置的加速度過快，將導(dǎo)致慣性過大，容易發(fā)生掉件故障。

（2）真空吸盤或真空發(fā)生器堵塞：從空壓機輸出的高壓氣流經(jīng)管道輸送時會在管道內(nèi)壁產(chǎn)生冷凝水，如輸送管道采用普通鋼而非不銹鋼材料，冷凝水會銹蝕管道內(nèi)壁產(chǎn)生鐵銹，從而導(dǎo)致真空吸盤和真空發(fā)生器堵塞，直接導(dǎo)致機械手工作時吸盤壓力不足，引發(fā)掉件故障。

（3）煙箱尺寸變更導(dǎo)致掉件：煙箱外形尺寸特別是高度方向尺寸發(fā)生變更時，如程序內(nèi)未及時作出修改，會直接影響機械手抓煙成功率。

4 機械手掉件對策分析

從前述分析中我們知道造成機械手掉件故障頻發(fā)的主要原因是空氣流量不足、循環(huán)煙箱表面破損嚴重以及托盤變形等，因此解決機械手掉件故障亦是針對這幾項原因開展。

4.1 機械手前端增加儲氣罐，補充機械手工作時的空氣流量

儲氣罐能夠存儲一定的壓縮空氣，可以短時內(nèi)保障機械手在抓煙的過程中擁有充足的空氣流量，從而保證機械手真空發(fā)生器產(chǎn)生負壓的穩(wěn)定性；同時也能實現(xiàn)進一步冷卻空氣、分離和清除壓縮空氣的水分、油污等雜質(zhì)的作用。儲氣罐的尺寸選擇需要因地制宜考慮安裝空間、制作成本以及機械手實際工作時的空氣流量，過大容易造成浪費，太小則發(fā)揮不了補充空氣流量的作用。

4.2 加強空壓機管理，改善輸氣管道內(nèi)空氣品質(zhì)

煙草行業(yè)絕大多數(shù)企業(yè)選擇進口品牌的空氣壓縮機提供氣源，目的是希望保障正常生產(chǎn)的需要，但忽略了壓縮空氣品質(zhì)的好壞對生產(chǎn)品質(zhì)及生產(chǎn)效率的巨大影響。壓縮空氣的凈化主要分干燥和過濾兩個部分，用過濾器去除油和塵，用干燥機去除壓縮空氣中的水分，但水分的去除是較難的技術(shù)，因此，需要從管理上要求設(shè)備維護人員定時對空壓機進行排水處理，定期進行過濾器清理作業(yè)，從而保障管道內(nèi)空氣品質(zhì)。

4.3 加強煙箱回收管理，保障煙箱表面質(zhì)量完好

加強煙箱回收管理，規(guī)范卷煙煙箱的初次回收到重復(fù)利用各個環(huán)節(jié)，嚴格把控循環(huán)煙箱質(zhì)量，及時剔除破損嚴重的煙箱，保證煙箱質(zhì)量完好。

4.4 做好庫區(qū)溫濕度管理，防止?jié)穸冗^高使煙箱受潮

梅雨季節(jié)到來時，倉庫管理員需要增加庫區(qū)的日常巡檢次數(shù)，根據(jù)巡查結(jié)果及時做好通風除濕、設(shè)備除濕工作，調(diào)整庫區(qū)濕度在合理區(qū)間。

4.5 提高庫區(qū)卷煙周轉(zhuǎn)率，降低卷煙在庫存放時間

物流中心與營銷部門聯(lián)動做好卷煙的庫存管理，特別是營銷部門需要銜接工業(yè)公司控制卷煙到貨時間，提升庫存卷煙周轉(zhuǎn)率，防止卷煙在庫時間過長產(chǎn)生表面積塵以及箱皮返潮。

4.6 做好托盤日常管理，及時剔除變形嚴重的托盤

出入庫日常作業(yè)過程中細致觀察托盤的變形情況，及時剔除變形量大的托盤。

4.7 研究程序設(shè)置，改善機械手運行參數(shù)設(shè)置

根據(jù)設(shè)備實際使用情況調(diào)整機械手運行參數(shù)，如衡陽煙草將機械手取煙步驟中的吸取時間由0.6s提高到1.2s，將機械手旋轉(zhuǎn)步驟的加速度降低至初始值的80%，提高了取煙與放煙過程中設(shè)備的穩(wěn)定性。

4.8 做好機械手定期維護，按時清理機械手真空吸盤與真空發(fā)生器

先進的設(shè)備需要先進的管理，定期清潔機械手真空吸盤與真空發(fā)生器，一方面可以提高配件的使用壽命，另一方面也可以充分保障機械手工作壓力輸出。

5 總結(jié)

近年來，真空吸盤機械手在煙草行業(yè)的件煙自動碼垛與拆垛方面得到了廣泛的運用，它可以輕松地完成煙箱抓取、搬運、平移、升降等動作，降低作業(yè)人員勞動強度，但隨著瓦楞煙箱的循環(huán)利用大幅增加，一方面降低了件煙成本支出，但另一方面也造成件煙自動抓取故障率不斷升高。衡陽煙草依據(jù)現(xiàn)實需要開展課題研究，理清了真空吸盤機械手掉件故障的原因，并采取針對性的方案實施解決，機械手掉件故障率得到了較好控制，日均掉件次數(shù)降低至11.8件，掉件故障率降低至0.22%。