飛灰包裝智能產線設計與虛擬調試

張月，方成剛

飛灰包裝智能產線設計與虛擬調試

張月，方成剛

（南京工業大學 機械與動力工程學院，南京 211899）

設計一種全自動飛灰包裝智能產線，旨在為某垃圾焚燒廠的飛灰包裝產線的自動化改造項目提供可行性方案。從飛灰包裝的實際工藝需求出發，介紹產線總體設計和工位布局。針對噸袋開口裝置和機器人專用手爪的設計與工作原理進行介紹。推導理論套袋力公式以指導專用手爪和出灰筒等機構的設計。在產線結構設計的基礎上，為進一步驗證該結構和布局是否能夠無障礙地實現飛灰包裝的所有工序流程，采用基于NX MCD和虛擬PLC的虛擬調試的方法，并結合PLC程序為整個包裝產線進行工序流程仿真。仿真顯示該產線可以在PLC程序控制下全自動地、無障礙地實現飛灰包裝的11個工序。產線的6個工位均可以實現無人運行。可以通過添加開口裝置與機器人等設備，改造原有半自動的包裝產線，并為原產線解決了大型噸袋的自動開口、取袋、套袋的問題。

噸袋包裝；NX MCD；虛擬PLC；智能產線；虛擬調試

近年來，隨著我國在可持續發展、建設“美麗中國”生態文明等戰略上迅速展開布局，垃圾焚燒業等環保產業快速發展。傳統的垃圾填埋等垃圾處理方式正逐漸被更清潔的垃圾焚燒處理所替代。對于垃圾焚燒產線的研究，不但滿足“可持續產品系統設計”的工業精神，也體現了面向環境友好和生態效益的綠色工業發展理念[1]。

垃圾焚燒廠在對城市垃圾進行焚燒處置時，容易產生惡臭、酸性和致癌氣體[2-3]，并且人工在包裝垃圾的焚后殘余飛灰時，難以避免地會發生漏灰揚塵，并吸入含有有毒重金屬和可溶性鹽的有害灰燼[4]，使得現有飛灰打包作業的勞動環境十分惡劣，因此實現飛灰自動化包裝越來越受到垃圾焚燒行業與噸袋包裝行業的重視。

由于噸袋整體為柔性體，且在生產、打捆、運輸過程中噸袋經過折疊、擠壓會產生不規則變形，難以在自動化設備上進行定位、開口和夾緊，因此全自動化包裝一般針對領口整齊的卷制大型噸袋和可碼放整齊的小型編制袋。現階段進行噸袋包裝的產線或打包機仍以半自動為主。主要有，上海醫藥設計院[5]設計了一種自動出料并稱重的PTA噸袋包裝線，但是需要人工扎套噸袋領口。李相源[6]提出了一種由PLC控制夾袋氣缸自動夾緊噸袋并吹氣和出料的噸袋自動打包機，但是仍然需要人工套袋。唐彥昆[7]設計了一種卷袋式自動噸袋包裝線，并進行了電子定量秤給料試驗以驗證其自動稱重模塊。向曉漢[8]研發了一種一種新型的大袋變量包裝機，但是并沒有實現套袋工序的自動化。王嵩等[9]通過實驗驗證了不同材質噸袋均可以通過真空吸附的方式進行開口。王曉花等[10]設計了一種具有套袋機構、托包機構和整袋組件的大袋包裝機。李仲明等[11]設計了一種針對塊狀物料的帶破拱器的料倉、分級振動加料和噸袋填實機構的塊狀物料噸袋包裝機。姚浩然等[12]設計一條可以在噸袋內碼垛的生產線。該產線的升降和撐袋裝置對噸袋的開口與固定提供了一種可行性方案。Datta等[13]提出了一種多功能全自動立式顆粒物包裝機，不過只能針對小型袋。葉超喜等[14]設計了一種包括自動進料、夾袋、頂升和自動鏈板輸送系統的自動包裝機，但是仍然需要通過人工掛袋。張國全等[15]為小顆粒狀物料噸袋充填機的動態稱重系統建立了數學模型，并分析了影響噸袋充填機稱重速度與精度的相關要素。蘇俊明等[16]研究了一種可計算料倉設計額定容量的方法，從噸袋包裝機料倉設計的角度出發，在料倉內物料量的動態變化情況和穩定排料條件等方面建立了數學分析模型。

從上述研究可以發現：當前噸袋包裝技術在主要集中在半自動化領域。雖然稱重、充氣和卡緊等工序已經實現了自動化，但是將噸袋開口、取袋、套袋等工序自動化的案例較少。因此開口、取袋和套袋自動化是實現噸袋全自動化包裝的主要關鍵技術難點。

1 飛灰包裝總線設計和布局

1.1 設計任務

該產線設計任務是全自動地實現飛灰包裝，實現無人化運行。需實現的工序流程依次包括卷制噸袋放卷、定位、開口、取袋、套袋、卡緊、充氣、出灰后稱重、整形、熱封、噸袋輸出。

1.2 總體方案設計和工位布局

原產線僅包含出灰筒、卡箍、充氣、稱重裝置，僅僅可以完成自動出灰、卡緊、充氣和稱重工序。不僅取袋、套袋需要人工操作，而且最容易發生揚塵的封口操作也是由人工扎口完成。原有產線沒有存儲段，因此每包好一袋，叉車就需要來運輸一次，這使得物流效率非常低，因此提出了以下3段式的改造方案。總體方案設計見圖1。

1.2.1 增設前段

在原有噸袋包裝機的前段設計了噸袋放卷、開口裝置、六軸機器人實現自動放卷、取袋和套袋。在總線的前段，包括噸袋放卷裝置、開口裝置和機器人等。卷制噸袋相較于傳統的獨立噸袋減少了人工折疊、打捆產生的不規則的折痕和皺紋，可以增加定位精準度和吸附成功率。噸袋卷由氣漲軸和安全卡盤及其放卷步進電機實現放卷，放卷步進電機的轉速可以隨著噸袋卷的直徑減少而增速，使得放卷速度始終和皮帶輸送機保持一致。開口裝置可通過真空吸附的方式打開噸袋領口。開口后由帶專用手爪的機器人實現取袋、套袋。

1.2.2 改造中段

使用超聲波封口機代替原有的人工封口。同時增加升降機、整形檔板等裝置輔助封口。在總線中段，包括原有的充氣裝置和增設的封口裝置等。由于初始噸袋經折疊后呈扁平狀，為了方便后續灌灰，需要通過吹氣工序使得噸袋初步膨脹，因此在總線中段保留原有的充氣裝置和卡箍，卡箍的作用是防止吹氣時漏氣，此外卡箍還可以避免出灰過程中產生的揚塵向外泄露。由于飛灰具有一定的流動性，為防止噸袋在灌灰及升降的過程中由于內部飛灰流動而傾覆，在總線中段設有整形檔板，為出灰后的噸袋進行限位整形。在升降機和短程皮帶輸送機之間的設有稱重裝置，可以為現有灰燼重量進行自動稱重。出灰后，為給噸袋超聲波封口機的封口動作讓出位置，中段設有液壓升降機，噸袋可隨升降機的下降而下降。封口機封口之后，升降機上升。然后，短程皮帶輸送機和輸出鏈板輸送機同時啟動，使得噸袋被輸出到總線后段，以供叉車運走。

1.2.3 增設后段

增設一條輸出鏈板輸送機，可供存儲7袋的已灌灰的噸袋。當所存儲的噸袋裝滿輸出鏈板輸送機后可以自動通知叉車系統前來清空噸袋。通過集裝化和單元化包裝增加物流效率[17]。

1.2.4 產線工位布局

包裝產線工位布局見圖2，包括自動放卷工位、噸袋開口工位、機器人取袋套袋工位、卡緊—充氣—整形—出灰—熱封工位、輸出工位，各個無人工位依次向前排列，可以實現自動化協作運行。為了防止噸袋自動化包裝過程中出現中途掉袋等突發問題，機器人取袋套袋工位和卡緊—充氣—整形—出灰—熱封工位之間需要預留一個人工套袋工位以進行人工干預處理。

2 關鍵結構設計

在整個飛灰包裝總線中，噸袋開口裝置和機器人取袋、套袋所用的專用手爪是機械結構設計的關鍵結構和技術難點，因此選取這2個結構進行詳細設計介紹。

2.1 開口裝置設計

如圖3a所示，開口裝置采用了包括定位輪定位、真空吸附開口并配合以氣動夾爪抓袋的總體結構。運行時，皮帶輸送機將噸袋向前輸送直至觸發定位啟動光電傳感器后停止。接著定位輪氣缸伸出并啟動定位輪電機，將噸袋滾動至開口工作臺上，并利用開口啟動光電傳感器精準定位后關閉定位輪電機并退回定位輪氣缸。接著開口手爪座氣缸伸出，并使用真空發生器在上下手爪座腔內形成負壓，吸附住噸袋領口上下兩側并縮回開口手爪座氣缸，使得噸袋領口被打開（見圖3b）。同時手爪座上的氣動夾爪氣缸伸出，并帶動氣動夾爪夾緊噸袋，進一步減少噸袋在開口過程中滑脫掉落的可能性。

2.2 專用手爪設計

在上述開口階段結束后，需要由六軸機器人上的專用手爪進行取袋和套袋操作。如圖4所示，專用手爪由手爪基座、手爪大臂、夾緊氣缸、繃緊氣缸，以及夾頭和線軌等輔助零部件組成。繃緊氣缸的作用是帶動夾爪大臂改變噸袋領口形狀。在套袋過程中，繃緊氣缸停止供氣，使得噸袋領口從矩形到圓形的轉變過程中，繃緊氣缸缸桿隨領口形狀的變化而被動伸出，自動減少夾緊點之間的距離。夾緊氣缸的作用是夾住開口后的噸袋領口，防止在取袋、移動、套袋過程中噸袋滑落。尤其是在套袋過程中，由于噸袋在從矩形繃成圓形的過程中，領口始終在和套筒外表面存在滑動摩擦，加之噸袋重力和空氣阻力，因此不可避免地會產生一個向下阻力，即“套袋力”，這使得噸袋在套袋過程中十分容易滑落。

圖1 飛灰包裝智能產線設計

圖2 飛灰包裝智能產線工位布局

圖3 開口動作

圖4 專用手爪

如圖5所示，噸袋領口的形狀在機器人取袋和套袋過程中，雖然其形狀從正方形形態變成長方形形態，最終變成圓形形態，但是始終有4個夾緊點被夾住，保證噸袋在每個階段均被牢靠抓住，使得機器人移動過程中領口形狀固定不變，增加了取套袋的穩定性和成功率。

2.2.1 套袋力分析

套袋力的分析對專用手爪設計、機器人負載校核、出灰筒的設計等方面具有參考意義。由圖5和圖6的領口形狀變化和套袋過程可知，機器人專用手爪在套袋過程中，噸袋領口存在過渡形態和圓形形態這2個形態。此過程中的理論套袋力見式（1）—（4）。

(2)

圖6 套袋過程

圖7 過渡形態時套袋力分析

式中：fb、ta、ha、h、taz、ft、f、taz的名稱和意義見圖7；為噸袋和出灰口之間的摩擦因數；θ為套筒相貫線切線與豎直方向的夾角；θ為噸袋領口變形拐點的夾角。總套袋力t見式（4）。

圖8 理論套袋力Ft隨θi和θj的變化

得出結論：ft計算式中并沒有θ，因此套袋摩擦力和相貫線在豎直方向的變化并無關系；回繃切線法向力豎直分力的反作用阻力taz將隨著θ的增加而增加，因此，套筒相貫線應該盡量平滑且尖銳，使得其切線與豎直方向的夾角θ較小；從圖8和式（2）、式（3）可知，θ越接近π時，套袋摩擦力越大，因此，專用手爪的夾緊氣缸距離應盡量設計得較遠，以減少領口繃圓的時間，加快θ從π開始衰減的速度。

3 飛灰包裝總線的虛擬調試

在飛灰包裝產線運行過程中，各個工位之間的設備的運行需要比較高的協作性。各個運動部件的運動參數、相隔時間等均可能對整個產線的運行可行性、效率產生影響，因此在上述結構設計完成之后，仍需要對總線進行調試，及時發現并排除運行問題，調整優化設計布局。

傳統的通過實物調試來驗證和優化工序流程設計和布局設計的方法，往往需要大量時間和成本，因此文中采用虛擬調試（Virtual Commissioning, VC）的方法進行流程仿真。虛擬調試技術是當前基于信息物理系統（Cyber-Physical Systems, CPS）的概念，進行協同分析和驗證生產線或設備，描述和總結生產特性的關鍵環節[18-19]。機電概念設計（Mechatronics Concept Designer, MCD）是依托于UG NX軟件平臺的一款面向多學科協同設計與集成仿真的虛擬調試模塊，也是西門子數字孿生（Digital Twin, DT）系統的一個分支[20-21]，可以作為飛灰包裝產線虛擬調試的平臺。通過基于MCD的產線虛擬樣機，實現設計和制造階段的緊密閉環，以及協同數據交互的智能制造模式[22]。

3.1 基于仿真序列的時序調試

時序調試是指在MCD的仿真序列命令控制下，基于時間流驅動產線模型的各個設備運動。其目的是為后續PLC程序編寫、機器人離線編程提供初始參考數據，并且通過仿真產線的運行過程來驗證機構設計、產線布局和工序流程規劃的可行性和合理性。尤其是驗證機器人及其專用手爪的取袋、套袋過程。

在進行調試前需使用NX MCD平臺下的剛體命令和碰撞體命令為各個運動部件指派實物屬性、接觸屬性。然后對應各個具有相對運動的部件之間建立與相對運動關系一致的運動副，并為各個主動運動副添加位置控制、速度控制等控制模式。對于被動運動副則通過耦合副實現和主動副的聯動控制。

路徑約束運動副作為上述主運動副中最關鍵的運動副，其可以聯動6個機器人關節的鉸鏈副和機器人配重塊、輔助氣缸等部件的鉸鏈副和滑動副。在運行過程中MCD通過機器人逆運動學自動求解關節位置，并驅動機器人關節運動。該運動副可以在虛擬環境中實現與真實機器人相對一致的運動。使用該運動副為機器人規劃預經過的路徑及其在各個路徑位點上的工具（專用手爪）的姿態，見圖9a。

然后通過仿真序列命令為路徑約束運動副和所有其他主動副的控制模式施加基于時間順序的驅動并運行，使得包括機器人的各個裝置進行運動，見圖9b。在運行過程中需要檢查有無碰撞干涉，并且反復調試速度、機器人空間位姿等參數。直至產線所有機構均能在無阻礙且效率較高的情況下協作運行。經過時序調試后，部分的關鍵初始參數見表1。

3.2 基于數據邏輯處理的軟件在環虛擬調試

為了實現飛灰打包產線的虛擬調試與數據邏輯處理相融合，加強仿真和現實產線的映射關系，需要在上述時序調試過程中建立的運動關系、機器人路徑和調試參數等基礎上，結合自動化工程平臺TIA Portal和虛擬PLC仿真控制器S7–PLCSIM Advanced，通過數據交互的方式，實現軟件在環（Software in the Loop，SL）模式下的虛擬調試。

圖9 基于MCD平臺的時序虛擬調試

表1 關鍵數據的時序調試結果

Tab.1 Time sequence commissioning results of pivotal data

圖10 軟件在環模式下的虛擬調試

為了模擬真實機器人、真實傳感器和PLC的IO信號交互數據，需要在MCD中通過虛擬傳感的方式將程序需要的數據（MCD輸出數據）傳給虛擬PLC。其中包括：使用碰撞傳感器模擬光電傳感器，通過位置傳感器將機器人是否達到各個位置點的信號傳遞給虛擬PLC。同時在MCD中也需要配置PLC控制信號（MCD輸入數據），如各個氣缸的控制信號、各電機和輸送機的啟停信號、機器人開始取袋信號等。PLC流程設計見圖11。

首先在TIA Portal中根據上述時序調試得出的參數（即包括表1在內的數據）設計PLC程序，然后通過外部信號配置和信號映射命令實現MCD和PLC程序參數的映射。運行MCD和PLC程序，使得產線中包括機器人等各機構在虛擬PLC命令下運行，見圖12。

在PLC程序的控制下，產線整體調試運行結果見圖13。運行結果表明：該智能產線可以在PLC程序控制下完成放卷、定位、開口、取袋、套袋等所有工序流程，且過程無阻礙，能夠滿足全自動飛灰包裝的工藝需求。

圖11 PLC控制產線工序流程

注：==編程語言里面表示是否等于。

圖12 機器人在虛擬PLC命令下進行套袋操作

圖13 產線在虛擬調試后執行包裝工序流程

4 結語

文中設計了一種可用于飛灰全自動化包裝的智能產線并介紹了產線的總線設計和布局。闡述了開口裝置和專用手爪2個關鍵部件的設計思路，并分析了其工作原理、動作和理論套袋力。分析結果表明開口裝置和專用手爪可以實現自動開口、自動取袋和套袋的功能。

基于NX MCD平臺和虛擬PLC軟件PLC Advanced對產線進行了時序調試和軟件在環調試。時序虛擬調試的仿真結果顯示，該產線可以自動實現針對大型噸袋飛灰包裝的所有工序流程，運動過程無干涉。軟件在環調試的仿真結果顯示，產線可以通過與PLC進行數據交互的方式，在PLC程序的控制下準確運行。

[1] 姚君. 可持續產品系統設計研究[J]. 包裝工程, 2020, 41(14): 1-9.

YAO Jun. Sustainable Product System Design[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(14): 1-9.

[2] 尹水娥, 丁兆勇, 宋薇, 等. 我國生活垃圾焚燒廠運營監管分析及建議[J]. 環境衛生工程, 2017, 25(2): 91-93.

YIN Shui-e, DING Zhao-yong, SONG Wei, et al. Analysis and Suggestions on Operation Supervision of MSW Incineration Plant in China[J]. Environmental Sanitation Engineering, 2017, 25(2): 91-93.

[3] 龍梁宇. 生活垃圾焚燒廠對環境的影響[J]. 資源節約與環保, 2021(5): 125-126.

LONG Liang-yu. Environmental Impact of Domestic Waste Incineration Plants[J]. Resources Economization & Environmental Protection, 2021(5): 125-126.

[4] QUINA M J, BORDADO J C, QUINTA-FERREIRA R M. Treatment and Use of Air Pollution Control Residues from MSW Incineration: An Overview[J]. Waste Management (New York, N Y), 2008, 28(11): 2097-2121.

[5] 姚瑞華. PTA一噸袋包裝線設計使用情況介紹[J]. 聚酯工業, 1991, 4(S1): 106-107.

YAO Rui-hua. Design and Application of PTA One-ton Bag Packing Line[J]. Polyester Industry, 1991, 4(S1): 106-107.

[6] 李相源. 噸袋自動打包機技術介紹[J]. 科技資訊, 2018, 16(34): 115.

LI Xiang-yuan. Introduction of Jumbo bag Automatic Baler Technology[J]. Science & Technology Information, 2018, 16(34): 115.

[7] 唐彥昆. 卷袋式全自動噸袋包裝線的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2020: 70-71.

TANG Yan-kun. Study on the Drum Bag Type Packing Line of Full Automatic Ton Bag[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2020: 70-71.

[8] 向曉漢. 一種新型的大袋變量包裝機[J]. 包裝工程, 2010, 31(11): 84-86.

XIANG Xiao-han. A Novel Big Bag Variable Packaging Machine[J]. Packaging Engineering, 2010, 31(11): 84-86.

[9] 王嵩, 張秋菊, 陳中杰. 大袋包裝機真空吸袋裝置吸附能力研究[J]. 包裝工程, 2015, 36(17): 61-66.

WANG Song, ZHANG Qiu-ju, CHEN Zhong-jie. Adsorption Capacity of Vacuum-Sucking Device of Packaging Machine for Heavy-Duty Bags[J]. Packaging Engineering, 2015, 36(17): 61-66.

[10] 王曉花, 丁世云, 張國全, 等. 大袋包裝機自動套袋裝置設計[J]. 包裝與食品機械, 2010, 28(6): 21-24.

WANG Xiao-hua, DING Shi-yun, ZHANG Guo-quan, et al. Design of Big Bag Packing Machine Automatic Bagging Equipment[J]. Packaging and Food Machinery, 2010, 28(6): 21-24.

[11] 李仲明, 王振新, 陶向東. 非金屬礦大塊物料噸袋包裝機研制[J]. 非金屬礦, 2005, 28(5): 50-52.

LI Zhong-ming, WANG Zhen-xin, TAO Xiang-dong. Design & Manufacture of Packing-Machine of Lump Material[J]. Non-Metallic Mines, 2005, 28(5): 50-52.

[12] 姚浩然, 李光. 噸袋內紙箱碼垛生產線的設計與仿真[J]. 包裝工程, 2021, 42(7): 195-201.

YAO Hao-ran, LI Guang. Design and Research on the Production Line of Stacking Cartons in Ton Bags[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(7): 195-201.

[13] DATTA P, MOHI G K, CHANDER J. Multi-Function Automatic Vertical Vffs Pillow Bag Packing Granule Powder Full Auto Packaging Machine[J]. Journal of Laboratory Physicians, 2018, 10(1): 6.

[14] 葉超喜, 孔晨曲, 程亮, 等. 流體顆粒噸袋包裝機研制[J]. 鹽業與化工, 2010, 39(6): 36-39.

YE Chao-xi, KONG Chen-qu, CHENG Liang, et al. Design & Manufacture of Jumbo Bagging Machine for Fluid Particle[J]. Journal of Salt and Chemical Industry, 2010, 39(6): 36-39.

[15] 張國全, 方忠華, 董結, 等. 小顆粒狀物料噸袋充填機動態稱重系統數學模型的研究[J]. 包裝與食品機械, 2007, 25(1): 1-4.

ZHANG Guo-quan, FANG Zhong-hua, DONG Jie, et al. Study on Dynamic Weighing System Mathematic Model of Little Grainy Material Ton-Bag Filling Machine[J]. Packaging and Food Machinery, 2007, 25(1): 1-4.

[16] 蘇俊明, 李振亮, 李亞, 等. 噸袋包裝機料倉額定容量設計計算方法研究[J]. 包裝工程, 2014, 35(7): 95-100.

SU Jun-ming, LI Zhen-liang, LI Ya, et al. Calculation Methods for Rated Capacity Design of Hopper in Ton Bag Packing Machine[J]. Packaging Engineering, 2014, 35(7): 95-100.

[17] 劉振華, 劉小平, 申曉辰. 論集裝單元化包裝的作用及對策[J]. 包裝工程, 2014, 35(17): 131-134.

LIU Zhen-hua, LIU Xiao-ping, SHEN Xiao-chen. Discussion on Effects of Integrated and United Packaging and Countermeasures[J]. Packaging Engineering, 2014, 35(17): 131-134.

[18] BENJAMIN I, MICHAEL V. Describing Cyber-physical Systems using Production Characteristics and Methodical Integration into Virtual Commissioning[J]. Procedia CIRP, 2021, 97: 272-277.

[19] ACHIM K, SASKIA W, NICOLAS L, et al. Model Improvement through Real Data Connection For Virtual Commissioning in Ramp-up Management of Scalable Production Systems[J]. Procedia CIRP, 2021, 99: 645-649.

[20] 廉磊. 基于NX MCD的機器人激光熔覆系統虛擬調試研究[D]. 秦皇島: 燕山大學, 2020: 2-6.

LIAN Lei. Research on Virtual Commissioning of Robot Laser Cladding System Based on NX MCD[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2020: 2-6.

[21] 黃海濤. 基于MCD的空心杯線圈成型裝置設計研究[D]. 貴陽: 貴州大學, 2020: 8-18.

HUANG Hai-tao. Design and Research of Coreless Winding Forming Device Based on MCD[D]. Guiyang: Guizhou University, 2020: 8-18.

[22] 李浩, 陶飛, 王昊琪, 等. 基于數字孿生的復雜產品設計制造一體化開發框架與關鍵技術[J]. 計算機集成制造系統, 2019, 25(6): 1320-1336.

LI Hao, TAO Fei, WANG Hao-qi, et al. Integration Framework and Key Technologies of Complex Product Design-Manufacturing Based on Digital Twin[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2019, 25(6): 1320-1336.

Design and Virtual Commissioning of Intelligent Production Line of Ash Packaging

ZHANG Yue, FANG Cheng-gang

(School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211899, China)

The purpose of this paper is to provide a feasible scheme for the automatic transformation project of ash packaging production line in a waste incineration plant, and design a fully automatic ash packaging intelligent production line. Based on the actual technological requirements of ash packaging, the overall design of production line and the layout of workstations were introduced. The design and working principle of neckline-opening device and robot special chucking claws were introduced. The formula of theoretical hitching-bag force was derived to guide the design of special chucking claws and ash dispensing barrel. On the basis of the structure design of the production line, virtual commissioning method based on NX MCD and virtual PLC was adopted to further verified whether the structure and layout can achieve all the working procedures of ash packaging without obstacles and simulate the working procedures of the whole packaging production line by combining PLC program. The simulation showed that the production line can realize 11 processes of ash packaging under control of PLC program fully-automatically and without boundaries. All 6 workstations of the production line can achieve unmanned operation. The original semi-automatic packaging production line can be modified by adding neckline opening device and robot and other equipment, which can solve the problems of automatic neckline-opening, taking and hitching for large jumbo bags for the original line.

jumbo bag packaging; NX MCD; virtual PLC; intelligent production line; virtual commissioning

TB486

A

1001-3563(2022)11-0226-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.11.030

2021–07–08

張月（1997—），男，南京工業大學碩士生，主攻數字孿生與智能制造。

方成剛（1974—），男，博士，南京工業大學副教授，主要研究方向為數控技術、智能裝備與控制技術。

責任編輯：曾鈺嬋