安徽電力電能表紙箱自動(dòng)拆包與回收系統(tǒng)的創(chuàng)新與應(yīng)用

文/疏齊齊 梁勝濤 陳良坤 任民 賀凱旋 朱常健

按照國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)要求，安徽省電力公司計(jì)量中心進(jìn)行智能倉儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)和自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的建設(shè)，滿足了安徽省電力公司計(jì)量中心電能計(jì)量器具的新購、檢定、存儲(chǔ)及配送工作需求，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量一體化管理的目標(biāo)。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化能力的增強(qiáng)，高效先進(jìn)的自動(dòng)化拆包作業(yè)將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工拆包。本文結(jié)合安徽省電力公司計(jì)量中心接收電表并進(jìn)行人工拆箱入庫的現(xiàn)狀，利用新技術(shù)對(duì)紙質(zhì)表箱自動(dòng)拆包方法進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)了自動(dòng)拆包流水線，實(shí)現(xiàn)了拆包產(chǎn)生的箱蓋及空紙箱的自動(dòng)碼垛與回收。

一、電表紙箱拆包的現(xiàn)狀分析

隨著安徽省對(duì)“三集五大”的全面落實(shí)，營(yíng)銷信息系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用，安徽省電力公司計(jì)量中心單、三相自動(dòng)化檢定的工作量大大增加。智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)自2012年10月投運(yùn)以來，至今已完成了2000多萬只表計(jì)的檢定、存儲(chǔ)工作。

面對(duì)如此大數(shù)量的表計(jì)檢定及存儲(chǔ)作業(yè)，目前采用的方式為裝有表計(jì)的紙箱從表廠運(yùn)送到安徽省電力公司計(jì)量中心，通過立體智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)將裝有表計(jì)的紙箱在托盤上碼垛，并自動(dòng)存儲(chǔ)在立體倉庫中。當(dāng)對(duì)表計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)就需要待檢定的表計(jì)從托盤庫中通過堆垛機(jī)、輸送機(jī)、穿梭車輸送到機(jī)器人拆垛站臺(tái)（工位），通過機(jī)器人進(jìn)行拆垛，將單一紙箱擺放到紙箱輸送機(jī)上，通過紙箱輸送線運(yùn)送到人工拆包工位，對(duì)數(shù)量眾多的表箱進(jìn)行拆包作業(yè)，通過人工拆包作業(yè)把紙箱里的表計(jì)逐一取出排列好放在輸送線上，再由表計(jì)輸送線輸送至機(jī)器人抓表工位，以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)，且拆包產(chǎn)生的空紙箱需要人工碼垛后放置暫存區(qū)，等待裝車。這種作業(yè)方式不僅消耗了大量的人力、物力，而且人工拆包的效率低，與整個(gè)計(jì)量中心的自動(dòng)化作業(yè)方式不匹配。

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圖3：?jiǎn)蜗啾砣啾硐渖w

由于管理體制及技術(shù)手段等問題，在全社會(huì)走向信息化、網(wǎng)絡(luò)化，電力工業(yè)大步邁進(jìn)現(xiàn)代化的今天，人工對(duì)裝有表計(jì)的紙箱進(jìn)行拆包這樣落后的作業(yè)模式與表計(jì)智能化倉儲(chǔ)系統(tǒng)、表計(jì)自動(dòng)化檢定檢測(cè)系統(tǒng)等高度自動(dòng)化的作業(yè)方式形成了反差。因此，有必要改進(jìn)現(xiàn)有的人工拆包作業(yè)情況，通過自動(dòng)化拆包流水線來代替人工拆包，以加速用表計(jì)管理的現(xiàn)代化步伐。

二、自動(dòng)拆包的設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拆包，需要對(duì)表箱結(jié)構(gòu)做重新規(guī)范和設(shè)計(jì)。原表箱采用雙蓋完全交插型式，該型式的表箱無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去蓋，且單相表與三相表的裝箱數(shù)量有一定要求，因此單相表與三相表的表箱采用分體式設(shè)計(jì)，分箱蓋和箱體，兩者采用同一規(guī)格的箱蓋和箱體。

1.紙箱的物料信息

紙箱的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖1、2、3所示。

合箱之后箱體規(guī)格為590×450×220（mm），其中單相表18只/箱，三相表5只/箱。

2.自動(dòng)拆包工藝的設(shè)計(jì)思路

在已有智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)化去蓋設(shè)備將箱蓋直接在輸送線上移除，去蓋完成的紙箱繼續(xù)輸送至機(jī)器人抓表工位，完成表計(jì)直接從紙箱裝入塑料周轉(zhuǎn)箱的工藝需求。自動(dòng)拆包產(chǎn)生的箱蓋與空紙箱應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼垛，箱蓋碼垛可由自動(dòng)去蓋機(jī)完成，空紙箱碼垛可采用自動(dòng)碼垛機(jī)（即坐標(biāo)機(jī)器人）實(shí)現(xiàn)。由于箱蓋與空紙箱的收集由人工完成，該工作應(yīng)實(shí)現(xiàn)間歇作業(yè)，降低由于作業(yè)人員處理不及時(shí)產(chǎn)生的停機(jī)狀態(tài)。因此，可通過增加箱蓋與空紙箱緩存數(shù)量予以解決。

3.自動(dòng)拆包流水線的布局

自動(dòng)拆包流水線的布局圖，如圖4；自動(dòng)拆包流水三維效果圖，如圖5。

4.自動(dòng)拆包流水線的工作流程

（1）智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)接收生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)指令，將需要進(jìn)行裝箱的實(shí)托盤通過堆垛機(jī)、輸送機(jī)、穿梭車輸送到機(jī)器人拆垛站臺(tái)，通過機(jī)器人進(jìn)行拆垛；

（2）拆垛后機(jī)器人將單一紙箱擺放到紙箱輸送線上；

（3）需要緊急卸車時(shí)，人工直接將表箱放置在應(yīng)急上線口，并輸送到紙箱輸送線上；

（4）經(jīng)紙箱輸送線輸送到自動(dòng)去蓋機(jī)工位；

（5）去蓋后的表箱經(jīng)紙箱輸送線輸送至裝箱區(qū)；

（6）表箱裝箱區(qū)定位后直接由機(jī)器人抓取放入塑料周轉(zhuǎn)箱中，周轉(zhuǎn)箱裝滿后再入周轉(zhuǎn)箱立庫存儲(chǔ)，等待檢定出庫。

工作流程圖，如圖6。

5.自動(dòng)拆包流水線的優(yōu)勢(shì)分析

原人工拆包流水線通過紙箱輸送線到達(dá)人工拆包工位拆包后，表計(jì)在輸送線上為依次排列，對(duì)于單相表而言，機(jī)器人抓表是按每次三只抓取，因此需要另外的機(jī)構(gòu)將三只表計(jì)排成一列并定位后才能執(zhí)行抓表動(dòng)作，機(jī)器人存在等待時(shí)間，且機(jī)器人抓表的節(jié)拍很大程度上取決于人工拆包的速度。改造后的自動(dòng)拆包流水線，由于表計(jì)在紙箱中按原定位置排列，且單相表與單相表采用通用夾具，機(jī)器人可一次性將表計(jì)從紙箱取出，減少人工拆包的環(huán)節(jié)。

由于拆箱完成產(chǎn)生的箱蓋和空紙箱需要回收利用，自動(dòng)拆包流水線采用一臺(tái)自動(dòng)去蓋機(jī)將箱蓋移除，自動(dòng)去蓋機(jī)的移載機(jī)構(gòu)可以將箱蓋放置到在一側(cè)輸送機(jī)上，并實(shí)現(xiàn)箱蓋碼垛；當(dāng)箱蓋累積到一定高度后，檢測(cè)開關(guān)觸發(fā)箱蓋輸送機(jī)將成垛的箱蓋輸出，根據(jù)箱蓋碼垛高度對(duì)應(yīng)的箱蓋數(shù)量，結(jié)合實(shí)際情況可設(shè)置箱蓋緩存位的數(shù)量。

圖4：自動(dòng)拆包流水線

圖5：自動(dòng)拆包流水線三維效果圖

原人工拆包流水線在人工拆包后產(chǎn)生的空紙箱需要再次由人工碼垛，并搬運(yùn)至空紙箱暫存區(qū)，該過程全部由人工完成，勞動(dòng)力較大。改造后自動(dòng)拆包流水線中的空紙箱是由機(jī)器人抓表后產(chǎn)生的，空紙箱可以繼續(xù)沿紙箱輸送線合流至二層空紙箱輸送線上，當(dāng)?shù)竭_(dá)自動(dòng)碼垛機(jī)工位時(shí)，自動(dòng)碼垛機(jī)抓取空紙箱放置在下游空箱緩存線上，并依次碼垛（為保證空紙箱垛型穩(wěn)定，紙箱碼垛型式為交錯(cuò)堆疊），達(dá)到一定層高后將成垛的空紙箱輸出。自動(dòng)拆包流水線下游設(shè)置了兩條空紙箱緩存線，自動(dòng)碼垛機(jī)可以分別在兩條緩存線上執(zhí)行碼垛作業(yè)，即使空紙箱沒有得到及時(shí)處理，可以先將其在緩存線上緩存，再進(jìn)行后續(xù)的空紙箱回收處理。

在空間布局上，空紙箱回收站臺(tái)靠近箱蓋回收站臺(tái)，單一作業(yè)人員可以兼顧處理兩種物料，作業(yè)人員移動(dòng)范圍小，可以有效緩解人工作業(yè)強(qiáng)度，并且采用箱蓋緩存與空紙箱緩存的方式，作業(yè)人員能獲得足夠休息時(shí)間。

圖6：自動(dòng)拆包流水線的工作流程

三、自動(dòng)拆包流水線的產(chǎn)能分析

根據(jù)計(jì)量中心設(shè)計(jì)產(chǎn)能折合等效單相表不低于3000只/小時(shí)的要求，每箱單相表數(shù)量為18只，即每小時(shí)所需拆包的紙箱數(shù)量為：3000/18=167箱。

1.自動(dòng)去蓋機(jī)的產(chǎn)能分析

根據(jù)設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析，自動(dòng)去蓋機(jī)單個(gè)作業(yè)周期為18秒，可計(jì)算出最大去蓋能力為3600/18=200箱/小時(shí)，大于167箱/小時(shí)，滿足要求。

2.抓表機(jī)器人的產(chǎn)能分析

根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)節(jié)拍分析，單臺(tái)裝箱機(jī)器人最大能力為每10秒裝3只表(單相表可一次抓取3只)，即每小時(shí)最多可裝3600/10×3＝1080只表；配置3臺(tái)裝箱機(jī)器人總能力：3×1080＝3240只/小時(shí)，大于3000只/小時(shí)，故原來3臺(tái)拆裝箱機(jī)器能滿足實(shí)際使用要求。

3.自動(dòng)碼垛機(jī)的產(chǎn)能分析

根據(jù)設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析，自動(dòng)碼垛機(jī)單個(gè)作業(yè)周期為12秒，可計(jì)算出最大碼垛能力為：3600/12=300箱/小時(shí)，大于167箱/小時(shí)，故1臺(tái)自動(dòng)碼垛機(jī)可以滿足紙箱碼垛要求。

根據(jù)以上產(chǎn)能分析，整個(gè)自動(dòng)拆包流水線無瓶頸，運(yùn)行良好，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全滿足設(shè)計(jì)需求。

四、結(jié)論

目前，安徽省電力公司計(jì)量中心人工拆包作業(yè)采用勞務(wù)外包型式，因此在保證智能倉儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上需要額外增加人工成本，改造后的自動(dòng)拆包流水線紙箱與箱蓋回收僅需1～2人，與人工拆包相比只需五分之一的人工成本，人工費(fèi)用大大降低。

通過建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化作業(yè)流程，可以減少中間環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程并提高管理效率，有利于統(tǒng)一資產(chǎn)管理，提高檢定、庫存資源的利用率，達(dá)到專業(yè)化管理要求。