汤臣倍健成品输送码垛及物流周转系统

王正伟

汤臣倍健成品输送码垛及物流周转系统

王正伟

（汤臣倍健股份有限公司 珠海 519040）

栈板是目前制造业、物流业常见的物资运输存储载体，全自动AGV、高架库、仓库管理系统等，都是以绕栈板形式实现物资周转、存储、管理的实际应用。近年人工成本的升高以及智能制造的兴起，物流自动化已延伸到生产端的成品码垛。满足食品行业多品种多规格、小批量多线生产的成品码垛系统研发，有助于促进后段包装自动化。配套软件系统完成产品信息采集、绑定、传输，打破企业内部信息孤岛，利于生产企业由制造端至物流端的信息智能化。

栈板；制造业；成品码垛；自动化；智能化

1 引言

工业4.0智能制造在全球范围的兴起，中国制造2025国家战略方向的逐渐清晰[1]。汤臣倍健作为中国膳食营养补充剂行业非直销领域的领导品牌，继2012年打造行业首家“透明工厂”后，正式开启“透明工厂”智能化升级，并与多家企业战略合作形成“透明工厂智能化研发平台”。

成品输送码垛及物流周转系统（以下简称系统）正是基于这一契机，将原有包装车间8条生产线人工码垛，升级为自动分拣码垛。建立更加机械、智能的成品分拣、输送及物流周转的智能分拣码垛系统，提高原有生产线的生产效率、降低员工劳动强度，实现更加智能、透明、数字、自动的后段包装管理。

2 项目整体规划

包装车间位于整栋厂房四层，三层是已建成投产的另一车间，成品码垛区域规划在跨一、二层的区域内。系统启用前，成品在四楼完成人工码垛并绕膜紧固，经货梯输送至一楼，叉车上货到厂内周转货车，送往成品仓。多段联合运输，需较多人员参与，各工段之间衔接不力导致成品积压滞留的可能性高。

系统设计为，四层8条生产线装箱成品穿过楼板，在三层与四层之间夹层汇流，经螺旋输送机至一楼码垛区域分拣码垛，以最大限度的降低对三层现有车间的干涉。4台机器人完成8条产线成品码垛，绕膜后分18栈板一组待装车，厂内周转车经改造可直接与系统对接，自动完成货物装车。由此，成品在生产线完成装箱直至装车周转连贯无滞留，几乎无需人为干预。

达到这一预期设计设想，需对设备、软件以及系统综合难点进行攻关。

3 硬件设备

3.1 速度匹配

包装车间承担各剂型、各规格产品分装，单箱产品重量、单线生产速度差异明显。以最大输送需求设计主输送通道运行速度，分段启停控制避免不必要的能耗浪费。本项目最终以42箱/min的输送速度设计。

3.2 规格差异

不同产品的服用量差异，导致产品分装规格多样。90ml、120ml、150ml、200ml、250ml、500ml瓶决定了成品大箱的尺寸差异。各输送段需兼容各尺寸纸箱，小尺寸纸箱在转弯处可能出现的纸箱旋转对转弯半径有一定要求。

3.3 垛型设计

通常，成品高架库对成品码垛尺寸有一定要求，各瓶装规格纸箱尺寸差异，也决定需对各规格纸箱满垛产品进行垛型设计，以满足满垛产品长、宽、高在高架库要求范围以内，同时符合成品纸箱喷码信息仅可能朝外的要求。

3.4 设备自控

系统设备跨楼层、跨区域的特性，不同于生产车间内设备可由现场操作人员随时监控、调整。系统较多设备位于厂房技术夹层、垂直高度落差12m的楼层间，由此系统设备前后端异常信息传递及联动控制显得尤为重要，报障的准确及时也是系统高效运行的基础。故障点表必须覆盖所有设备异常情况。

3.5 物料平衡

本系统的设计中，各生产线产品汇总一起后再分道码垛，导致产品有较大风险相互混淆码垛。虽已设计两道扫描头复核确认，基于将风险最大限度降低，本系统对各线产品物料平衡提出了上下复核的要求，即将包装车间与码垛区域视为两个不同区域，包装车间各线输送至码垛区域各机器人工位的产品，具备数量实时比对的功能。

URS中对此点需求描述如下：①切换批号或品种应确保上一次批次成功码完，四楼生产数量与一楼码垛数量需计数平衡，该批次所有产品码垛完成后方可结束生产；②实时信息播报：输送后端码垛信息与包装线后端信息实时传送（即：某线已生产10000瓶，码完成品9000瓶，输送线还有1000瓶这些信息上下共享，共享信息在系统上操作屏可显示。

3.6 硬件设备其他要求

硬件设备的机械电气防护要求、施工安装日常维护便利、配件品牌规格、各功能段的单机速度，以及根据风险评估识别出的其他风险点均需一一说明详细的设计需求。

硬件设备整体外观与厂房其他设备设施的协调美观，借助3D设计软件可以得到更加直观的反馈。

4 软件开发

4.1 合流分流

成品由8条生产线汇流后分为4台机器人码垛，这一功能需由系统软件，通过扫描成品箱条码识别产品、线号，判定后给出执行信号由硬件设备实施分道。扫描不成功产品经由回流通道二次扫描。

同一产品、同一批次必须在同一托盘，不允许混批码垛。这是分流控制最基本也是最重要的一点要求。

4.2 成品信息与栈板绑定

实现成品箱码与栈板条码绑定，设计工艺流程如下：①扫描栈板条码，并开始该栈板码垛（栈板条码扫描失败，给出栈板剔除信息，更替栈板）；②扫描成品箱条码，并建立“箱栈关联”。

4.3 码垛产品入车

码垛完成产品以18栈板为最小单位入车，所有18栈板信息绑定并虚拟车号，以流水号形式记录次序与入车时间，以便必要时追溯查询。

4.4 节能智能排班

因8条生产线开线数量及开线时间不确定性，导致一楼四台机器人工作负荷不一致。本系统软件开发之初提出根据8条生产线开机情况，决定一楼码垛机器人启用数量的智能算法需求，以降低机器人及其配套设备的待机能耗。以满足如下要求：

（1）开最少机器；

（2）优先分配-高低速度搭配；

（3）支持最优生产线号配置，优先将预设线号生产的产品优先安排到对应的码垛机。

以上，需根据各线历史生产数据，各品种、各规格生产特性，将基础数据提取维护进软件系统，成为软件系统“思考”的基本逻辑。

5 整合开发

本系统硬件、软件并非独立的孤岛系统，实现产品实物与信息由包装车间向成品仓库传递，硬件需与前端的生产设备、后端周转装车、全自动立体仓库等实现对接；软件系统需采集防伪防串货系统喷码信息，与WMS系统实现端口对接和信息传递。“瞻前顾后”的整体设计开发思维是项目成功的关键。

6 结论

本系统从前期可行性分析调研，到立项实施，得到了各硬件设备、软件开发供应商的支持和帮助。本文仅对成品输送码垛系统设计开发，提出了实施思路和难点把控，整体开发中仍有很多细节和风险点值得关注。本系统预计将于2017年正式投入使用，在此也欢迎各界友人到我司参观交流。

[1]金 碚.中国制造2025[M].北京：中信出版集团，2015.

TP278

A

1004-7344（2016）33-0309-02

2016-11-13

王正伟，学士学位，主要研究包装自动化。