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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[7]郭政良,马思乐,陈纪旸,栾义忠.筒子纱包装自动整列系统的设计与实现[J].包装工程,2019,40(11):137-141.
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。