柔性化套袋生产线在家电生产领域的应用研究

柔性化套袋生产线在家电生产领域的应用研究

Summary：为了解决现代家电生产领域混线生产造成的多型号产品套袋难度大、套袋效率低等问题，设计开发家电产品柔性化套袋生产线十分必要。分析了柔性化生产概念以及未来的发展趋势，并根据设计的柔性化套袋生产线介绍了家电柔性套袋生产线组成原理、自动套袋设备各工作部件及其工作过程，研究了柔性化生产线的工作过程与最大工作节拍和最小工作节拍，同时为柔性套袋生产线设计了相应的PLC控制系统。Keys：柔性化套袋；家电领域；生产线；应用研究引言随着社会的进步与高新技术的发展，人类社会已进入工业化、自动化、电气化、互联化与智能化时代。高新技术逐步渗透到人类活动的各个领域特别是生产制造领域，加工制造企业也正逐渐步入以“智能工厂、智能生产、智能物流”为主题的工业4.0时代。为提高企业竞争力、节约生产成本、降低劳动强度，企业均致力于实现生产的自动化、柔性化和智能化。在国内的家电制造行业，只有极少的企业实现了生产的全自动化，对于需要套袋的家用电器如电冰箱等，相应的柔性化套袋生产线还没有出现，在生产的过程中还需先进行人工套袋，劳动强度较大，生产成本高。为适应生产要求，一条生产线可能有多种型号的家用电器需要套袋，这对自动套袋设备及生产线也提出了更高的要求。1柔性化生产的概念与特点柔性生产是针对大规模生产调度困难、一个生产线适应产品单一、难以及时应对市场反馈等弊端而提出的新型生产模式。所谓柔性生产即通过系统结构、人员组织、运作方式和市场营销等方面的改革，使生产系统能对市场需求变化作出快速的适应，同时消除冗余无用的损耗，力求企业获得更大的效益。计算机及自动化技术是柔性生产的技术基础。例如柔性制造系统（Flexibleproductioncapacity，FMS）是以统一的信息控制系统和自动物料储运系统连接起来的一组加工设备，能在不停机的情况下实现多品种工件的加工，并具有一定管理功能。柔性生产是全面的，不仅是设备的柔性，还包括管理、人员和软件的综合柔性。与柔性生产相适应，当前国际上柔性管理也开始出现。所谓的柔性套袋生产线是指同一生产线可以满足不多型号尺寸产品的套袋要求，迎合了企业柔性生产、混线生产、小批量生产的发展趋势，大大提高了企业的生产效率，具有一定的研发应用前景。而在家电生产领域，产品往往种类多样，混线生产应用较多，柔性套带生产线的应用将有效提高企业生产效率，大大降低家电制造企业生产成本。可根据生产线上产品种类及形状设计对应的柔性化套袋生产线。2家电柔性化套袋生产线组成原理2.1柔性套袋要求为了满足柔性套袋生产线上产品种类多、型号规格差异大、套袋节拍快等要求，对柔性套袋生产现提出了以下要求：（1）保证套袋过程稳定可靠，故障率低；（2）可用于同一生产线上多种型号的冰箱套袋要求，满足混线生产要求；（3）单个家电产品套袋时间应满足生产线最快生产节拍要求，并可根据生产线生产节拍调节套袋速度；（4）由于生产厂房面积有限，生产线布置面积应尽量小；（5）设备更换料卷时间间隔袋应尽可能大；（6）柔性套袋生产线具有故障诊断系统和监测模块，实时采集各套袋模块信号，分析处理信号数据，及时定位故障模块。2.2柔性化套袋生产线组成家电型号检测模块家电产品型号检测模块用于检测产品尺寸型号，并对外形尺寸相近的产品进行分类，使用同一套袋参数进行套袋，适应更多种尺寸型号的套袋要求。产品型号检测模块是整个套袋系统的关键模块，型号捕捉的准确性将直接影响后续套袋过程的顺利进行，目前可使用扫描一维码的形式对家电型号进行检测识别，但这种方式对扫码枪的识别率有一定的要求，受光线、条码位置影响较大，存在漏扫现象。随着技术的发展，RFID射频识别技术的应用将有效的解决这种问题，并且方便后续的物流监控和管理2.2.1产品定位模块产品定位模块主要包括居中气缸、换向导板和停止挡板，产品定位模块应与光电开关、生产线体配合，将家电产品精确定位到扫码工位、套袋工位，提高扫码准确率和套袋可靠性。多段式链板线、辊筒线多段式链板线、辊筒线与换向导板、扫码设备、套袋设备、定位挡板相互协调工作，实现整个生产线的柔性化。进入扫码工位前可采用链板线，扫码、定位、套袋工位采用辊筒线，套袋完成后采。2.2.2用链板线。套袋设备套袋设备主要的工作模块包括开袋机构、拉袋机构、换袋机构、热封切袋机构。由于筒式的薄膜在开袋前，其内部没有空气的，套袋时先用开袋机构进行开袋；在进行套袋时，要利用拉袋机构将塑料薄膜撑开，然后带动塑料薄膜向下运动，对家电产品套袋；热封机构两侧固定于自动套袋设备支架上，套袋结束时将薄膜从顶部切断并热封；由于生产线要实现柔性化生产，需要套袋设备能够使用多种型号的薄膜袋，需要换袋机构更换不同型号的薄膜袋以匹配对应的家电产品。智能信号采集、监测与诊断模块智能诊断模块对各工作模块、工作机构进行信号采集与反馈，实时监控各个工作模块的工作状态，出现故障及时发现、反馈、分析，提高生产线的故障解决时效，定期检修，使整个柔性套袋生产效率大幅提高。3控制系统设计柔性化自动套袋生产线的主要控制模块包括套袋设备PLC控制模块、生产线PLC控制模块和后台数据管理与监测诊断模块。为柔性化套袋生产线控制系统框架图，套袋设备PLC控制模块主要通过协调控制套袋设备各动力电机、电源开关、电气阀门控制开袋机构、热封机构、拉袋机构、送料机构、换袋机构等完成套袋过程；生产线PLC控制模块主要通过协调控制生产线各动力电机、电源开关、电气阀门控制生产线上的定位机构和链板线与滚筒线体的起停配合套袋设备完成套袋工作；后台数据管理与监测诊断模块主要通过各传感器采集生产线体和套袋设备上各机构动作信号，监测、分析、诊断各机构的运行故障。由于中小型网络控制协议CC-Link（Control&CommunicationLink）是一种可以高速进行数据交换的现场总线，能够提供高效、一体化的过程自动化控制，通讯速度快（10MPs），是广泛应用于工业领域的控制系统的一种现场总线通信技术。当有多个自动控制系统协同工作时，可以通过CC-Link协议构成网络式控制系统，网络运行流畅、稳定。套袋设备PLC控制模块、生产线PLC控制模块相互配合完成整个套袋过程，并与后台数据管理与监测诊断模块进行实时通讯，所以控制系统采用CC-Link网络完成各控制模块间的控制。结语家电产品的套袋工作作为家电生产最后环节，产品混线较多、型号杂乱，传统人工套袋劳动强度大、套袋效率低、成本高。柔性化套袋生产线的设计与应用可有效提高套袋效率，解决混线生产、产品型号杂乱带来的人工套袋难度大的问题，提高家电生产企业生产效率，节约了人力成本，可广泛应用于家电生产领域及需要套袋的大中型产品生产领域，对于提高家电生产制造企业的经济效益有着重要的意义。Reference［1］段提勇，余东，吴铮，等.八宝粥生产线的改进设计［J］.包装与食品机械，2015，33（6）：66-69.［2］肖斌，赖新峰.“互联网+”背景下中国制造业的柔性化生产研究［J］.企业经济，2015（9）：148-152.［3］孙杰.浅议柔性生产线的产生与应用［J］.科技资讯，2010（35）：33.［4］赵菲，钱才富