高速机器人果奶包装生产线设计方法

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　　随着科学技术的不断发展，机器人技术越来越广泛地应用于军工、医疗、服务等行业中，在提高工作效率、加强产品质量、保障安全生产等方面发挥着重要作用。近几年，市场竞争愈演愈烈，对产品质量的要求也越来越高，尤其针对食品、饮料等行业，国家出台了各种卫生条件、生产环境等政策法规，禁止某些工艺采用人工操作以避免二次污染。无人化生产已成为一种必然趋势，为此，国内众多饮料、食品生产商面临生产线更新换代的需求。
　　目前，在我国饮料等包装行业，诸如吸管投放、装箱、码垛等大部分工序仍依赖人工完成，工人劳动强度大，容易造成对产品的二次污染。我们可以模拟一种基于高速和重载搬运机器人的新型果奶包装生产线，分析该包装生产线的工艺流程并进行布局研究，同时，通过软件对生产线进行仿真。分析和仿真结果验证了新型包装生产线方案的可行性，最终，将整条生产线应用于果奶包装，可以大大提高了生产效率。
　　1、生产线工艺分析
　　笔者研究的机器人果奶包装生产线，整个流程从单瓶果奶输入、高温杀菌冷却到最终的成品箱码垛，其工艺流程的设计需考虑以下两方面：①工序集中于分散安排合理，工序集中可减少中间输送、存储、转向等环节，工序分散可减少机构的复杂程度，在确保整条生产线运行可靠、生产效率高的前提下合理安排工序；②各工序生产节拍平衡，该包装生产线中传送装置兼有缓冲区功能，为保证生产线连续平稳运行，需确定各工序之间传送带的长度和运行速度。
　　通过研究分析现有包装生产线工艺流程，确定新型包装生产线的工艺流程如下：①冷却区完成对灌装后的单瓶果奶高温杀菌冷却；②贴标机完成对已冷却的果奶贴标及标签热收缩紧固；③旋盖机完成对贴好标签的果奶旋合加盖；④小字符喷码机完成生产日期等产品信息的喷印工序，之后由分瓶装置进行每4瓶1组的分瓶操作；⑤分瓶后的果奶采用Delta机械人借助视觉系统替代以前的人工完成习惯的投放；⑥膜包装机对带有吸管的4瓶果奶进行膜包，并经收缩机紧固外膜；⑦膜包后的果奶经翻瓶输送链由倒瓶变为立瓶，由告诉抓放机械手完成每5组为1箱的装封箱操作；⑧成箱的果奶经过螺旋输送装置经由天桥输送到码垛区，由重载码垛机器人完成码垛。
　　2、生产线布局研究
　　结合车间实际情况并考虑调整维修方便，本生产线布局采用连续U型方式，物品运行方向的改变有转弯、螺旋输送装置完成，整条生产线布局紧凑，具有很高的灵活性。生产线布局如图1，该布局中，整条生产线缓冲区主要为传送带输送装置，缓冲容量的大小可通过改变传送带的长度与输送速度来调节；在吸管投放区，装箱机区与码垛区采用高速和重载搬运机器人代替人工操作；为提高工作效率，吸管投放单元采用串联排列、并联工作的双机械手布置方式。

1-冷却区；2-贴标机；3-旋盖机；4-小字符喷码机；5-分瓶装置；6-CCD相机；7-吸管投放区；8-膜包装机；
9-装箱机；10-大字符喷码机；11-码垛区
图1  机器人果奶包装生产线布局

　　3、生产线应用
　　整条生产线已实际应用于哇哈哈集团果奶包装生产线，并根据仿真结果中的瓶颈工序做出相应改进：在贴标机、码垛机器人处采取双机并联方式，适当加大旋盖机与小字符喷码机之间的缓冲区域。改进后的生产线设计http://www.shusongjish.com基本消除了瓶颈工序，实际测得贴标机与码垛机器人工作状态所占比例为85%作用，小字符喷码机工作状态将为75%左右，其他设备的工作状态与仿真结果相符，大大提高了生产效率。