唐兴顺
上海谨予自动化科技有限公司上海201800
摘要:化纤产品生产中,通常采用的都是人工包装的作业模式,工作量巨大,效率低下,且占用空间大和无流程作业方式,无法很好地满足现代化生产的需求。结合南通恒科化纤的实际情况,提出了一种智能化自动包装系统,能够实现对制品车间内化纤产品的自动化包装,对比传统的人工包装模式,智能化自动包装系统在质量、成本、效率等方面有着巨大的优势。本文从智能化自动包装系统的应用价值出发,结合具体案例,对其在化纤制品车间的应用进行了分析和探讨。
关键词:智能化;自动包装系统;化纤饼丝;应用
引言:伴随着市场经济的发展,化纤企业迎来了新的发展机遇,也面对着更加严峻的挑战,尤其是招工难度的增大和用工成本的增加,已经成为了影响化纤企业正常生产经营的核心问题。以此为背景,化纤企业对于自动化系统提出了更高的需求,可以通过构建自动化智能化系统的方式,减少生产环节对于人工的需求,提高工作效率的同时,降低人员的劳动强度,实现质量标准的统一,也能够更好地适应现代社会的发展要求。
1 智能化自动包装系统的应用价值
传统化纤生产中,对于化纤丝饼产品的包装采用的是人工作业模式,对于人力的需求量巨大,而且存在很多问题,如产品质量不稳定、工作效率低下、人员劳动强度大、产品信息采集困难等,导致企业在运营中,时常需要面对产品信息错误引发的投诉乃至索赔问题,影响了企业经济效益的提高。以此为背景,化纤企业需要积极引入先进技术,从自身的生产需求出发,建立起智能化、自动化和信息化的产品包装系统,解放人工的同时,促进产品质量、包装效率和管理水平的提高。智能化自动包装系统的合理应用,能够帮助企业对劳动力成本升高带来的压力进行有效缓解,能够降低工作人员的劳动强度以及产品损耗,也可以为企业提供更大的盈利空间,尤其是伴随着各种智能化技术的应用,智能化自动包装系统的功能变得越发完善,在面对不同用户时,能够提供定制方案,满足用户的个性化需求[1]。
2 化纤丝饼自动包装系统
南通恒科化纤是恒力集团的子公司,在南通开办新厂,主要制造“DTY”的产品,是直接用于织布的原材料,包装工艺与“FDY”基本相同,但借鉴吴江恒力化纤“FDY”实际运用和化纤自动化生产发展经验。本项目的自动化程度更高,系统集成化更完善。制丝车间的丝锭生产出来,通过“落陀线”把丝锭一个一个自动推入转运载体“丝箱”上。丝箱是悬臂结构,一辆丝箱从上到下分2列9排,每根悬臂柱满挂丝锭11锭(约长2.3米)。一辆丝箱车上总容量是198个丝锭,丝锭重量是:198×12KG=2,376KG,丝箱自重约:500KG,一辆丝箱车总重:2376+500=2876KG(正负偏差5KG),满载丝箱到包装线上,采用“AGV”小车自动转运。
满载“丝箱”总重量约3吨,体积为:L2000*W1500*H1800MM。丝箱从成丝车间通过“AGV”转运到包装线起始位置。与“AGV”丝箱对接的是液压提升机链条输送机,因为在2楼地面上提升到包装线上高度:H700(2楼地面不能挖坑)。升降机的设计满足两侧是提升和输送机构,中间为通道的;之间配合方式是:输送面离地面高度能让“AGV”小车及丝箱进入到升降输送机正中间位置内,且链条输送面低于丝箱底面两侧,并有20MM的间歇。“AGV”下降时,两侧的两条输送面托住丝箱底部,这样转进、出完成[2]。载荷和体积的要求,两个独立的提升机在升降过程必须同步,否则有倾斜和掉丝锭的危险。两侧为两套独立驱动的液压顶升系统和输送;因独立液压提升的局限,两个独立机构提升同步性不高,为了使提升重心不均匀分布的丝箱,且上下很难每次或多次重复同步升降的状况。设计时:一套泵站驱动两套液压缸,在中间增加一套“液压同步马达”,进油管和回油管都分别经过液压同步马达,满足液压缸工作时,液压泵能够输出需要最大的、均匀的驱动力,确保独立的液压机构能够同步工作。同时,也解决了楼层不能挖地坑的条件限制,实现了地面衔接过渡工作的需要。解决系统设备只能在一楼布局的局限,实现了生产系统作业流程的立体式布局;满足了生产按照功能分区域管理,避免混合管理的安全隐患,更节省了平面占地空间。
2.1设计理念
结合化纤制品成熟的包装工艺,克服老式人工的作业方式,通过由硬件和软件组成的自动化智能系统设备替代人工作业,降低人工作业强度和依赖程度,规范产品的质量标准,提高行业的经济效率。常规的化纤制品车间中,生产线包含了材料输送线、人工作业平台、电子称重设备、质量外检、标签打印机、(成品包装)以及物料搬运设备等,结合南通恒科化纤公司的实际情况,在针对智能化自动包装系统进行设计的过程中,决定不对现有的包装工艺做出改变,借助自主研发的专机设备,替代传统的人工作业模式,以此来实现生产环节的自动化和智能化,促进生产柔性的提高[3]。
2.2系统构成
智能化自动包装系统可以通过智能化控制的方式,自动完成成品单件的分拣、信息扫描,外检,称重、套袋、码垛、整包裹膜、贴标、盖天盖、打带以及产品下线,入库暂存等操作,所有的环节都能够实现机械化和自动化,具体如图1所示。
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系统本身可以分为四个核心组成部分,一是设备层,包含了生产所需的各种设备,如工业机器人、自动物料输送线、CDD外检设备、物料提升设备、自动包装设备等,这些设备全部可以实现有机衔接和自动化运转;二是控制层,控制层包含了现场总线和PLC,呈现出数字化控制网络的结构形式,能够针对制品车间内所有的生产设备以及生产过程进行智能控制,同时也可以对不同的功能系统进行协调,确保生产的顺利进行;三是车间管理层,车间管理层可以对车间内设备的运行情况进行监管,其功能包括外部数据输入、基础数据维护、生产包装指令编制与下达、产品数量统计等;四是信息接口,即能够实现不同系统之间信息有效传输和共享的接口,如车间MES系统与企业ERP系统的信息接口等[4]。
2.3软硬件结构
一是硬件结构。在智能化自动包装系统中,包含的硬件设备有升降机、“AGV”小车、套袋机、码垛机器人等,主要设备的功能如表1所示。
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二是软件结构。在制品车间的包装线上,化纤丝饼虽然只有“DTY”一种形式,但是也需要明确,不同产品的规模、品种和等级不同,需要对应的包装工艺流程也会有所不同。尤其是伴随着化纤丝饼形态的多样化,其在不同工位的信息也会一直更新,想要保证智能化自动包装系统的稳定可靠运行,必须对化纤丝饼的相关信息进行有效处理,保证信息的完整性和准确性。以数字化包装车间为例,其对于化纤丝饼生产的管理是通过车间MES系统实现的,该系统中所有的数据信息全部归于统一的数据服务器进行管理,并且在工业以太网的支持下,实现了数据的高度共享。在实际应用中,MES系统本身有着异常丰富和完善的功能,其中比较常见的功能有数据信息查询、生产计划管理、产品质量追溯等[5]。
2.4物流关键流程
(1)信息集成管理。智能化自动包装系统在应用中,应该强调信息的纵向集成,确保包装车间信息、ERP和成品库信息、生产系统数据的一致性。在实践中,需要关注两个核心问题:一是必须切实做好基础数据维护管理工作,推动产品包装车间MES系统与企业ERP系统的可靠对接,结合包装线号,将一些关键性的信息如生产数据、批号信息等传输到车间MES系统中;二是应该重视对于生产机台运行参数的设置,从不同生产机台的生产需求出发,通过车间MES系统来对生产机台的基本信息进行设置,而车间MES可以借助相应的设备信息接口,准确获取设备运行的状态信息,实现对于设备的自动化管理。在生产中,化纤丝饼需要依次经过织袜、打结、染色处理,然后由智能化设备对产品的外观进行全面检测,确认不存在任何问题后,进行后续的称重、等级确定以及挑选、包装,而在这个过程中,系统能够获取非常完整化的生产信息,这里的信息不仅包含了产品信息,还包含了操作时间信息以及操作人员信息等。在完成码垛操作后,采集到的信息也会被传输到WMS和ERP系统中。
(2)移入移出管理。在对化纤丝饼进行生产加工的过程中,移入和移出管理非常关键,整个包装过程中,需要经过多个工段,如辊道运输、外观质量检测、中间库存储、分类挑选以及包装等。化纤丝饼本身并不存在永久性的信息标识,其相关信息主要来自各个工艺段的输送工装或者包装材料信息,以此为背景,任何一个工艺段在运行中,都可能发生信息错位或者信息丢失的问题,从保证生产质量和生产安全的角度,工作人员必须高度重视化纤丝饼的移入移出管理[6]。
当机器人将化纤丝锭从处于链条输送机的丝车上取下,放入到滚筒输送线上的芯片工装托盘之后,化纤丝锭的位置信息发生了变化,可以利用RFID,将芯片工装托盘上的化纤丝锭信息传输到相应的输送线系统中。当丝锭通过外检机后,质量判别结果出来后,利用RFID功能,系统自动做出丝锭质量分选和分流,帮助系统做好化纤丝锭位置和信息变化的实时追踪,也能够实现对各种生产信息如包装、重量等的同步记录,为后续的信息查询和统计提供参考。化纤丝锭管理中,工装管理是非常重要的内容,包装环节,不同工艺段的转换速度很快,化纤丝锭的工装也会随之工艺段的转换而发生变化,在其他工艺段移入移出时,必须重视信息传递工作。在工装空置的情况下,车间MES系统需要对其进行管理,通过增减工装信息以及区域信息管理的方式,避免不同区域工装信息的混淆。而当工装开始处理化纤丝锭时,两者的信息会直接绑定,以化纤丝锭为主体进行信息管理,当化纤丝锭从工装中移出之后,必须清除相应的工装信息。包装线的最后环节是合格成品在栈板上的码垛或装箱。本段工艺确保成品包装质量、成品的信息管理、追溯、成品的入、出库的最大化包装以及运输环节的保护。栈板或箱体身份信息的生成,为车间MES系统采集到的包装信息,依照ERP系统的要求,传输到系统中,真正完成整个包装车间化纤丝锭的移出和管理。
(3)信息跟踪管理。信息的跟踪管理可以借助RFID技术实现,如图2所示。
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对于车间MES系统而言,每天都需要针对大量的化纤丝饼信息进行处理,为了避免信息误差问题,可以在系统中设置相应的核对程序,如复检丝车核对、重量信息核对、人工等级信息核对等。通过对整个生产过程的监督管理,切实保障化纤丝饼信息的准确性,避免信息混乱引发的投诉和赔偿。在对产品进行包装的过程中,化纤丝饼信息会不断地更新和完善,例如,在产品外观观测环节,会将外观检测信息录入到系统中,由系统自动完成与之前信息的对比,自动更新等级信息,为后续的分级和挑选提供便利。在数字化包装系统中,存在人工干预的情况,为了在遇到特殊事件时,现场工作人员可以对数据信息进行修改,系统中提供有人工信息维护功能,管理人员可以在具备相关权限的情况下,针对异常状态信息进行维护,保障系统的稳定可靠运行[7]。
3 结束语
总而言之,智能化自动包装系统的应用,能够很好地提高劳动生产率,降低工作人员的劳动强度,在增加产量,提高产品质量以及节能降耗等方面同样有着良好的作用,能够为化纤企业创造巨大的经济效益,值得进行推广。
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简介:唐兴顺;1987.09 ,男,汉族,四川省达州市人,成都电子机械高等专科学校,专科学历,数控技术专业,从事非标自动化设计工作二十多年,参与研发多行业自动化系统的工作。