0 引言

我國是目前全球最主要的紡織品輸出國，同時也是全球最主要的纖維產品消費國家。隨著社會的發展，人口紅利的逐漸消失，招工難、用工貴成為困擾化纖生產企業的難題。因此，化纖企業對自動化係統的需求不斷提高。自動化係統取代傳統的人工操作，在優化資源配置、提高作業效率、降低人員勞動強度、提高產品質量方麵有著無可比擬的優勢，對企業的升級發揮了重要作用。傳統的化纖絲餅生產企業在製品包裝車間采用人工作業模式，這種操作方式需要投入大量人力，產品質量不穩定，產品的信息采集和數據追溯異常困難，數據滯後、人為偏差大等現象時有發生，經常因為產品信息錯誤引起客戶投訴乃至索賠。因此，企業亟需通過一個自動化、信息化、智能化的包裝係統來解放工人，進一步提升產品質量和生產管理水平，進而實現生產信息管理的數字化和智能化，從根本上提高企業核心競爭力。本文提出的智能化自動包裝係統不僅緩解了勞動力成本上漲帶來的壓力，而且可以提高生產效率，降低成本工人勞動強度和產品損耗，從而為企業增大了盈利空間，使智能化自動包裝係統在行業中得到了廣泛的推廣。工業4.0時代的到來，科技的不斷進步，包裝業也逐漸走向高端化、智能化，智能包裝已經開始大量走進工業生產、消費生活中。隨著各種新技術的應用，智能化自動包裝係統的整體設計日趨成熟，可以給不同用戶提供完整的定製化解決方案。集成各種創新技術手段的智能包裝正日益成為產品功能的延伸與必備，並不斷推動工業水平不斷提高。未來幾年，智能化包裝具備良好的市場前景。

1 係統概述

傳統的化纖包裝車間生產線主要有簡易的包裝材料輸送線、電子秤、人工作業平台、人工檢驗分級、標簽打印機、物料搬運叉車等組成。存在人工作業強度高、用工數量大、生產效率低、質量控製難、管理水平低、人工數據錄入、信息化程度低、生產過程的信息可追溯性差等諸多問題。本文提出的智能化自動包裝係統設計理念是在不改變原來包裝工藝的前提下，以自主研發的關鍵專機設節的高度自動化，信息化、智能化。提高企業生產的柔性，從而增強企業應對市場需求快速變化的能力。智能化自動包裝係統涉及多道生產工藝環節，從裝載絲餅的絲車自動上線開始，係統可以進行自動分揀、稱重、套袋、碼垛、整包打帶、整包纏膜、絲餅暫存自動化立體庫等，實現了絲餅的轉運、搬運、分揀、碼垛全部機械化、自動化。

該係統由設備層、控製層、車間管理層、信息化接口等四部分組成。其中，設備層包括工業機器人、倉庫堆垛機、自動包裝設備、自動輸送線、物料提升機、穿梭車以及多種自動單機等各類物流設備；控製層是由PLC（可編程控製器）和現場總線構成的數字化控製網絡，控製層可以實現對現場設備和生產線的自動控製，包括了化纖絲餅智能化輸送係統、化纖立體倉庫倉儲係統、化纖絲餅自動包裝係統、輸送線及設備控製係統、檢測係統、信息管理調度係統等；車間管理層主要實現全線設備監控，基礎數據維護、外部數據錄入、當日包裝作業指令的編製下達，作業的強製結批，生產統計等。此外，係統還包括與多個信息係統的接口：與廠級ERP（企業資源計劃係統）的信息接口、與上遊生產車間的信息接口、與中間庫WMS（倉庫管理係統）的信息接口以及與成品庫WMS的信息接口等。

2 工藝流程

化纖製品車間智能自動包裝係統的主要工藝流程包括：

1）化纖絲餅從落絲機上下線；

2）織襪打結檢測；

3）絲車上線；

4）工業視覺/人工外觀檢測、稱重；

5）化纖絲餅存入中間庫；

6）車間智能MES（製造執行係統）執行出庫作業；

7）出庫區將化纖絲餅分級揀選輸送；

8）裹膜、稱重；

9）裝箱機器人自動裝箱；

10）自動貼碼/激光噴碼；

11）碼垛機器人對紙箱按品種、等級、包裝方式分類碼垛。

係統對化纖絲餅信息進行跟蹤記錄，實現化纖絲餅從落絲、上線、輸送、儲存、檢驗分類、分級包裝、碼垛、成品入庫的全程智能化、自動化、數字化記錄和管理。

核心設備包括：

1）上線機器人：一般是6軸的機器人，將化纖絲餅從絲車按順序抓取下來，放置到絲餅分揀輸送機。

2）絲餅分揀輸送機：一般由輥道、停止器、分道器、規整器組成，根據品種等級將化纖絲餅輸送分揀到指定位置。

3）套袋機：化纖絲餅套膜利用真空方式將絲餅吸入套膜，用超聲波將膠膜切斷，並保持切口平整度

4）碼垛機器人：由四軸機器人及紙箱輸送線組成，將紙箱按任務指示跺型碼放在托盤上，方便入庫。

5）絲餅暫存庫：由貨架及巷道堆垛機組成，主要是用來存放需要等待染色結果的化纖絲餅，減少庫外絲車的使用量。

3 信息係統架構

對化纖絲餅的信息管理是智能自動包裝係統在化纖製品車間的重要內容。雖然在包裝線上化纖絲餅隻有絲錠一種產品形式，但是，不同的絲錠品種、規格、等級對應不同的包裝工藝流程。隨著化纖絲餅形態的不斷變化，化纖絲餅信息也在不斷地在不同工位更新，因此，處理好化纖絲餅的信息管理是實現化纖絲餅全流程信息完整和準確的關鍵。數字化包裝車間主要通過車間MES係統對化纖絲餅生產進行管理，MES係統所有數據均由數據服務器統一管理，通過以太網實現數據共享。MES係統具備生產計劃管理、包裝計劃管理、品級管理、產品質量追溯及預警係統、數據查詢統計、係統參數維護、輸送設備的實時在線監控等功能。

3.1 化纖絲餅信息的集成管理

智能自動包裝係統要實現數據的縱向集成，即保證包裝車間的信息與ERP及成品庫係統、生產係統的數據一致性。首先是基礎數據維護，包裝車間MES係統通過與ERP接口，根據對應的包裝線號，將批號維護信息、部門車間基礎數據、單據信息通過接口程序從ERP係統導入至本地MES。其次是生產機台設置，根據不同生產機台的生產要求，在車間MES係統設置各生產機台的基本信息。車間MES係統通過與紡絲車間的設備信息接口獲得化纖絲餅的機台生產信息。紡絲設備智能接口完成生產機台信息導入。化纖絲餅經過織襪、打結、染色、外觀檢測、稱重、定等、分級揀選、包裝等環節後，獲得了完整生產信息（包含記錄化纖絲餅的完整的流程信息以及各節點的完成情況、操作時間、完成班組及個人），在機器人完成碼垛之後，化纖絲餅信息轉入（WMS）係統和ERP係統。

3.2 化纖絲餅的移入移出管理

從紡絲設備智能接口引入生產機台信息開始，標誌著化纖絲餅生命周期的開始，對整個包裝過程來說是化纖絲餅的移入。化纖絲餅包裝完成後，化纖絲餅信息轉入庫存係統和ERP係統，標誌著化纖絲餅生命周期的結束，對整個包裝過程來說是化纖絲餅的移出。在化纖絲餅的包裝過程中，要經過輥道輸送段、外觀檢測段、中間庫存儲、出庫揀選段、分類包裝段。由於化纖絲餅本身不帶有永久性信息標識，信息是靠在不同工藝段化纖絲餅輸送工裝或包裝物的信息來傳遞的，所以在每個工藝段化纖絲餅的移入移出都存在信息流失、信息錯位的風險，因此加強化纖絲餅移入移出的管理十分重要。當化纖絲餅移入時，要通過人工信息錄入或條碼識別進行信息錄入和綁定。在輸送輥道上，機器人將化纖絲餅從絲車上抓取下來放到輸送線上，完成了化纖絲餅的轉移操作，經過此過程，化纖絲餅的位置信息也隨之發生變化。此時，要通過RFID將絲餅信息傳遞到輸送線上，從而實現在線實時追蹤化纖絲餅的信息及位置，並記錄化纖絲餅的包裝、重量、暫存信息等相關生產信息，以方便進行化纖絲餅信息的查詢統計。此外，化纖絲餅工裝的管理也是化纖絲餅管理的重要內容，由於在不同工藝段的轉換中，化纖絲餅工裝在不斷變化，因此，化纖絲餅在其他工藝段移入移出時也需要進行信息的傳遞。當工裝空置時，MES係統要對它實行工裝管理，可以進行增減，以及區域信息管理，防止不同區域的工裝混入。當化纖絲餅放到工裝上之後，要進行信息綁定，按化纖絲餅管理。當化纖絲餅移出工裝後，需要進行工裝信息的清除。碼垛工段是對裝箱後的化纖絲餅成品進行分類碼垛，批號、等級等屬性相同的化纖絲餅成品碼放在同一托盤上，嚴格要求不能混裝，並記錄成品箱信息，以方便成品入庫及後續管理。在包裝線的最後，包裝箱貼標或激光噴碼後，車間智能MES將包裝信息按照ERP係統的要求定時上傳至ERP係統，以完成包裝車間化纖絲餅的移出。

4 信息跟蹤的實現

在智能自動包裝係統中，對化纖絲餅的信息跟蹤主要通過RFID（射頻識別）標簽管理來實現。不同的工藝段不同的工裝都采用了RFID標簽進行信息跟蹤，如圖2所示。

標簽信息作為化纖絲餅的主索引，在入庫段通過RFID標簽得到化纖絲餅的品種等級信息，在出庫段通過RFID標簽獲得揀選分級包裝的信息依據。車間MES係統每天需要處理大量化纖絲餅，信息量非常龐大。為保證信息零錯誤率，在整個係統中設置了多個校驗程序，其中包括複檢絲車信息、入庫化纖絲餅信息校驗、化纖絲餅重量信息的核對、外檢工位化纖絲餅信息的核對、中間庫托盤信息的核對、人工等級信息的核對、出庫區化纖絲餅信息的核對等。由於化纖絲餅的整個生產過程被實時監控，確保化纖絲餅信息的準確無誤，杜絕因化纖絲餅的信息混亂而導致的客戶投訴，方便化纖絲餅的信息追溯，並對化纖絲餅的質量進行連續追蹤，提示連續質量問題，及時調整生產設備狀態，減少不必要的損失。化纖絲餅的信息可以在整個包裝過程中不斷地進行更新、補充。在外觀檢測工位，將化纖絲餅外檢信息錄入係統，係統根據之前的化纖絲餅信息以及新加入的外檢信息對化纖絲餅自動判等，更新等級信息，以方便後續的分級、揀選、包裝操作。同時，係統會對降等情況進行預判，提示工人檢查設備。化纖絲餅入庫信息是在化纖絲餅入庫工位，對中間庫暫存托盤的信息綁定。通過輸入染色結果，判色人員根據染色結果，輸入判色結果，以待最後判定等級。包裝信息記錄了每一箱化纖絲餅的所有信息，通過箱號和化纖絲餅的對應關係可以進行信息查詢，既可以方便的進行出庫信息追溯，也可以追查化纖絲餅的生產包裝過程及時間節點，以方便進行質量管理。由於在數字化包裝係統中，也經常會出現人為幹預的情況，如何實現在特殊情況下的數據維護方便現場工作人員對數據進行修改和更新，對係統的正常運行至關重要。因此，該係統還提供了很多人工信息維護的功能，以方便有權限的管理人員在異常情況下，進行必要的信息維護，以進一步保證係統信息的準確性。

5 結束語

化纖製品車間的智能化自動包裝係統已經在國內多個化纖核心生產企業得到應用，使用效果得到廣泛的認可，徹底改變了完全依賴人工作業的勞動密集型模式。智能化自動包裝係統取代了人工分級、揀選、包裝等作業，不僅可以大幅度減少車間工人數量，降低工人的勞動強度，有效提高勞動生產率，增加產量，提高產品的優等品率，還節省了廠房使用麵積，節能效果顯著，從而創造更多的經濟效益。此外，智能化自動包裝係統配備自動檢測、監控裝置，實現了生產過程的可監控、可視化以及信息的可追溯性，有利於企業提高產品質量，實現柔性自動化生產，綜合效益明顯。智能化自動包裝係統的推出一方麵滿足了化纖生產企業對價格合適、符合國情的高端物流裝備的急迫需求；另一方麵也證明了我國紡機行業完全有能力開發出具有世界先進水平的高端自動化、智能化裝備和係統，打破進口產品在高端物流設備領域的壟斷。這將引領國內紡機企業加快技術創新，強化數字化、自動化、信息化和智能化技術在物流等裝備產品上的綜合應用，加快推出受紡織企業歡迎的高端物流裝備，實現產品升級和產業升級，助推我國紡織行業由大到強。

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