昆船物流成品庫自動化碼垛系統的改進與應用

李春杰，張 震，許家欣，宋傳青

（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠卷包車間，山東青島 266000）

0 引言

為了提高碼垛效率，工業現場的機器人碼垛系統一般采用整層搬運的工作方式，在產品輸送線體末端配有產品整形平臺，先將產品按照預先設定的垛型圖樣整理編組，然后再運輸。這種方式大大提高對工業機器人工作負載能力的要求，但是由于一些機器人只能處理單一垛型，導致當面對不同圖樣的垛型時無法完成碼垛任務。針對于這種情況，充分利用垛型數據結構可以進行碼垛程序編程修改的特點，對上下位電控通信協議、碼垛機器人控制程序進行修改編程，成功解決不同垛型的碼垛任務，節省換機采購成本，提高工作效率。

1 碼垛系統的原理和存在問題

1.1 自動化碼垛系統原理

碼垛系統由通用設備、機械手組成，其中通用設備包含輸送盤、輸送裝置和保護設備。碼垛設備組成結構及輸送裝置由托盤和運輸線組成，物品運輸裝置主要由物品輸送通道和不合格剔除區組成，而保護設備主要指隔離圍欄和安全警報裝置。

在自動化系統中，物料通過托盤來組成一個個單元進行搬運、裝卸、輸送及存儲。托盤是物流作業中必不可少的集裝工具，可供集合一定數量的物料，并滿足自動化物流系統的功能要求。在機器人進行工作時，通過運輸通道將托以盤疊放的方法輸送，當成為空托盤倉時，空托盤被輸送到預定碼垛位置，垛完畢時，整跺產品被輸送到下一環節，當檢測到外觀或質量不合格產品時，剔除機構將不合格產品剔除指定區域，以備人工處理；碼垛系統根據機器人的工作范圍將整個工作區域分為安全區域和危險區域，并通過網格狀安全護欄進行警示和隔離，在安全護欄上安裝有警報和安全門開關，當工人進入安全區域時，設備停止運行，以保證操作人員的人身安全。

1.2 碼垛系統存在的問題

根據物流運輸的發展趨勢和國家局的發展要求，生產車間生產工藝的具體標準，成品庫入庫區根據上位下達不同牌號煙箱分揀及機器人碼垛要實現24 件及20 件功能，實現紙滑托分流控制，申請入庫功能。而現有的昆船物流成品庫自動化碼垛系統無法實現20 件垛型的碼垛要求。針對這個問題決定對現有的L50C 成品庫自動化物流系統進行改進優化，以滿足物流運輸的垛型要求。

2 碼垛系統的改進和優化

碼垛系統的設計需要滿足20 件垛型，確定廠房布局、產品種類、垛型要求、產能要求和制造成本等因素進行綜合考慮。由于要進行24 件垛型變20 件垛型在機器人硬件方面可以進行通用，所以主要的改進主要在通信協議和電控系統方面。

首先根據改造內容進行分析，需要對上位、電控、機器人、一號工程系統進行相關調整，上位系統增加新垛型，下達電控系統，電控系統轉給碼垛機器人；增加“紙滑托空托盤組”類型，系統中區分一般空托盤組和紙滑托空托盤組；紙滑托空托盤組入庫功能；“紙滑托實托盤”托盤類型，區分一般實托盤和紙滑托實托盤；修改入庫流程相關程序，實現20 件煙碼垛計劃下達、20件煙紙滑托托盤入庫；修改出庫發貨流程相關程序，實現20 件煙紙滑托盤按整件發貨；修改與中軟一號工程接口程序，滿足20 件紙滑托盤條碼發送給一號工程系統寫入電子標簽；出入庫、庫存相關報表修改，體現紙滑托托盤出入庫、庫存情況。

電控方面改造項目主要包括出入庫流水線的不同牌號任務接收與上報流程；入庫區分揀道的輸送件數控制；托盤組工作模式申請、分發、檢查流程；ABB 機器人的碼垛任務接口及碼垛控制流程；成品煙垛煙箱條形碼上傳與申請入庫流程；成品庫煙垛牌號切牌及尾煙控制流程；發貨區托盤組模式切換返庫流程等相關控制程序及操作終端畫面修改。

（1）分揀道不同牌號任務接收與上報流程：增加電控與上位下達任務接收與分配接口及程序修改部分（圖1）。

（2）托盤組工作模式申請、分發、檢查流程：托盤分發機根據生產要求將托盤信息進行修改，并完善不同托盤類型情況下條碼、電子標簽檢查、報警、剔除流程（圖2）。

（3）ABB 機器人的碼垛任務接口及碼垛控制流程：增加機器人的上位任務下達網絡接口。

（4）成品煙垛煙箱條形碼上傳與申請入庫流程：煙垛上的煙箱條形碼信息在申請流程中打包、整理與上傳。

（5）成品庫煙垛切牌及尾煙控制流程（圖3）。

（6）發貨區托盤組返庫模式切換控制流程。

（7）成品庫操作終端畫面修改。

圖1 修改接收和上報任務流程

圖2 修改申請、分發、檢查流程

圖3 修改成品庫煙垛切牌及尾煙控制

隨后對機器人增加整托為20 件煙的垛型（一個或多個），修改一號工程在發貨時增加20 件煙整托盤RFID 一號工程碼寫入功能。

3 改進后的效果

通過控制模式的修改可以滿足不同模式下的生產需求，優化碼垛系統，實現24 件垛型與20 件垛型的切換，并確保成品庫出入庫的工作效率及工藝要求。確保成品入庫區不同類型牌號煙箱分揀、碼垛功能，確保通路順暢。在滿足生產工藝要求情況下，同時提高設備運行效率。

4 結束語

為了盡快適應物流運輸要求，時間要求緊張，在基于機械硬件設備改動較小的情況下，所以問題都集中在上位系統和電控系統上，同時也要評估機器人和一號工程系統的程序修改問題。為此上位系統在設計開發階段建立模擬環境進行流程調試和功能調試，在現場調試前先完成程序修改功能，確保改進的可實施性，為改進的成功打下基礎。最終通過成品庫自動化碼垛系統的改進優化，使產品能夠充分配合同城聯運成品庫出入庫增加紙滑托垛型要求，成品庫出入庫流程在保留原工作模式的情況下，增加紙滑托盤工作模式，并可實現不同模式同時生產的工作要求。