0 引言

我国是目前全球最主要的纺织品输出国，同时也是全球最主要的纤维产品消费国家。随着社会的发展，人口红利的逐渐消失，招工难、用工贵成为困扰化纤生产企业的难题。因此，化纤企业对自动化系统的需求不断提高。自动化系统取代传统的人工操作，在优化资源配置、提高作业效率、降低人员劳动强度、提高产品质量方面有着无可比拟的优势，对企业的升级发挥了重要作用。传统的化纤丝饼生产企业在制品包装车间采用人工作业模式，这种操作方式需要投入大量人力，产品质量不稳定，产品的信息采集和数据追溯异常困难，数据滞后、人为偏差大等现象时有发生，经常因为产品信息错误引起客户投诉乃至索赔。因此，企业亟需通过一个自动化、信息化、智能化的包装系统来解放工人，进一步提升产品质量和生产管理水平，进而实现生产信息管理的数字化和智能化，从根本上提高企业核心竞争力。本文提出的智能化自动包装系统不仅缓解了劳动力成本上涨带来的压力，而且可以提高生产效率，降低成本工人劳动强度和产品损耗，从而为企业增大了盈利空间，使智能化自动包装系统在行业中得到了广泛的推广。工业4.0时代的到来，科技的不断进步，包装业也逐渐走向高端化、智能化，智能包装已经开始大量走进工业生产、消费生活中。随着各种新技术的应用，智能化自动包装系统的整体设计日趋成熟，可以给不同用户提供完整的定制化解决方案。集成各种创新技术手段的智能包装正日益成为产品功能的延伸与必备，并不断推动工业水平不断提高。未来几年，智能化包装具备良好的市场前景。

1 系统概述

传统的化纤包装车间生产线主要有简易的包装材料输送线、电子秤、人工作业平台、人工检验分级、标签打印机、物料搬运叉车等组成。存在人工作业强度高、用工数量大、生产效率低、质量控制难、管理水平低、人工数据录入、信息化程度低、生产过程的信息可追溯性差等诸多问题。本文提出的智能化自动包装系统设计理念是在不改变原来包装工艺的前提下，以自主研发的关键专机设节的高度自动化，信息化、智能化。提高企业生产的柔性，从而增强企业应对市场需求快速变化的能力。智能化自动包装系统涉及多道生产工艺环节，从装载丝饼的丝车自动上线开始，系统可以进行自动分拣、称重、套袋、码垛、整包打带、整包缠膜、丝饼暂存自动化立体库等，实现了丝饼的转运、搬运、分拣、码垛全部机械化、自动化。

该系统由设备层、控制层、车间管理层、信息化接口等四部分组成。其中，设备层包括工业机器人、仓库堆垛机、自动包装设备、自动输送线、物料提升机、穿梭车以及多种自动单机等各类物流设备；控制层是由PLC（可编程控制器）和现场总线构成的数字化控制网络，控制层可以实现对现场设备和生产线的自动控制，包括了化纤丝饼智能化输送系统、化纤立体仓库仓储系统、化纤丝饼自动包装系统、输送线及设备控制系统、检测系统、信息管理调度系统等；车间管理层主要实现全线设备监控，基础数据维护、外部数据录入、当日包装作业指令的编制下达，作业的强制结批，生产统计等。此外，系统还包括与多个信息系统的接口：与厂级ERP（企业资源计划系统）的信息接口、与上游生产车间的信息接口、与中间库WMS（仓库管理系统）的信息接口以及与成品库WMS的信息接口等。

2 工艺流程

化纤制品车间智能自动包装系统的主要工艺流程包括：

1）化纤丝饼从落丝机上下线；

2）织袜打结检测；

3）丝车上线；

4）工业视觉/人工外观检测、称重；

5）化纤丝饼存入中间库；

6）车间智能MES（制造执行系统）执行出库作业；

7）出库区将化纤丝饼分级拣选输送；

8）裹膜、称重；

9）装箱机器人自动装箱；

10）自动贴码/激光喷码；

11）码垛机器人对纸箱按品种、等级、包装方式分类码垛。

系统对化纤丝饼信息进行跟踪记录，实现化纤丝饼从落丝、上线、输送、储存、检验分类、分级包装、码垛、成品入库的全程智能化、自动化、数字化记录和管理。

核心设备包括：

1）上线机器人：一般是6轴的机器人，将化纤丝饼从丝车按顺序抓取下来，放置到丝饼分拣输送机。

2）丝饼分拣输送机：一般由辊道、停止器、分道器、规整器组成，根据品种等级将化纤丝饼输送分拣到指定位置。

3）套袋机：化纤丝饼套膜利用真空方式将丝饼吸入套膜，用超声波将胶膜切断，并保持切口平整度

4）码垛机器人：由四轴机器人及纸箱输送线组成，将纸箱按任务指示跺型码放在托盘上，方便入库。

5）丝饼暂存库：由货架及巷道堆垛机组成，主要是用来存放需要等待染色结果的化纤丝饼，减少库外丝车的使用量。

3 信息系统架构

对化纤丝饼的信息管理是智能自动包装系统在化纤制品车间的重要内容。虽然在包装线上化纤丝饼只有丝锭一种产品形式，但是，不同的丝锭品种、规格、等级对应不同的包装工艺流程。随着化纤丝饼形态的不断变化，化纤丝饼信息也在不断地在不同工位更新，因此，处理好化纤丝饼的信息管理是实现化纤丝饼全流程信息完整和准确的关键。数字化包装车间主要通过车间MES系统对化纤丝饼生产进行管理，MES系统所有数据均由数据服务器统一管理，通过以太网实现数据共享。MES系统具备生产计划管理、包装计划管理、品级管理、产品质量追溯及预警系统、数据查询统计、系统参数维护、输送设备的实时在线监控等功能。

3.1 化纤丝饼信息的集成管理

智能自动包装系统要实现数据的纵向集成，即保证包装车间的信息与ERP及成品库系统、生产系统的数据一致性。首先是基础数据维护，包装车间MES系统通过与ERP接口，根据对应的包装线号，将批号维护信息、部门车间基础数据、单据信息通过接口程序从ERP系统导入至本地MES。其次是生产机台设置，根据不同生产机台的生产要求，在车间MES系统设置各生产机台的基本信息。车间MES系统通过与纺丝车间的设备信息接口获得化纤丝饼的机台生产信息。纺丝设备智能接口完成生产机台信息导入。化纤丝饼经过织袜、打结、染色、外观检测、称重、定等、分级拣选、包装等环节后，获得了完整生产信息（包含记录化纤丝饼的完整的流程信息以及各节点的完成情况、操作时间、完成班组及个人），在机器人完成码垛之后，化纤丝饼信息转入（WMS）系统和ERP系统。

3.2 化纤丝饼的移入移出管理

从纺丝设备智能接口引入生产机台信息开始，标志着化纤丝饼生命周期的开始，对整个包装过程来说是化纤丝饼的移入。化纤丝饼包装完成后，化纤丝饼信息转入库存系统和ERP系统，标志着化纤丝饼生命周期的结束，对整个包装过程来说是化纤丝饼的移出。在化纤丝饼的包装过程中，要经过辊道输送段、外观检测段、中间库存储、出库拣选段、分类包装段。由于化纤丝饼本身不带有永久性信息标识，信息是靠在不同工艺段化纤丝饼输送工装或包装物的信息来传递的，所以在每个工艺段化纤丝饼的移入移出都存在信息流失、信息错位的风险，因此加强化纤丝饼移入移出的管理十分重要。当化纤丝饼移入时，要通过人工信息录入或条码识别进行信息录入和绑定。在输送辊道上，机器人将化纤丝饼从丝车上抓取下来放到输送线上，完成了化纤丝饼的转移操作，经过此过程，化纤丝饼的位置信息也随之发生变化。此时，要通过RFID将丝饼信息传递到输送线上，从而实现在线实时追踪化纤丝饼的信息及位置，并记录化纤丝饼的包装、重量、暂存信息等相关生产信息，以方便进行化纤丝饼信息的查询统计。此外，化纤丝饼工装的管理也是化纤丝饼管理的重要内容，由于在不同工艺段的转换中，化纤丝饼工装在不断变化，因此，化纤丝饼在其他工艺段移入移出时也需要进行信息的传递。当工装空置时，MES系统要对它实行工装管理，可以进行增减，以及区域信息管理，防止不同区域的工装混入。当化纤丝饼放到工装上之后，要进行信息绑定，按化纤丝饼管理。当化纤丝饼移出工装后，需要进行工装信息的清除。码垛工段是对装箱后的化纤丝饼成品进行分类码垛，批号、等级等属性相同的化纤丝饼成品码放在同一托盘上，严格要求不能混装，并记录成品箱信息，以方便成品入库及后续管理。在包装线的最后，包装箱贴标或激光喷码后，车间智能MES将包装信息按照ERP系统的要求定时上传至ERP系统，以完成包装车间化纤丝饼的移出。

4 信息跟踪的实现

在智能自动包装系统中，对化纤丝饼的信息跟踪主要通过RFID（射频识别）标签管理来实现。不同的工艺段不同的工装都采用了RFID标签进行信息跟踪，如图2所示。

标签信息作为化纤丝饼的主索引，在入库段通过RFID标签得到化纤丝饼的品种等级信息，在出库段通过RFID标签获得拣选分级包装的信息依据。车间MES系统每天需要处理大量化纤丝饼，信息量非常庞大。为保证信息零错误率，在整个系统中设置了多个校验程序，其中包括复检丝车信息、入库化纤丝饼信息校验、化纤丝饼重量信息的核对、外检工位化纤丝饼信息的核对、中间库托盘信息的核对、人工等级信息的核对、出库区化纤丝饼信息的核对等。由于化纤丝饼的整个生产过程被实时监控，确保化纤丝饼信息的准确无误，杜绝因化纤丝饼的信息混乱而导致的客户投诉，方便化纤丝饼的信息追溯，并对化纤丝饼的质量进行连续追踪，提示连续质量问题，及时调整生产设备状态，减少不必要的损失。化纤丝饼的信息可以在整个包装过程中不断地进行更新、补充。在外观检测工位，将化纤丝饼外检信息录入系统，系统根据之前的化纤丝饼信息以及新加入的外检信息对化纤丝饼自动判等，更新等级信息，以方便后续的分级、拣选、包装操作。同时，系统会对降等情况进行预判，提示工人检查设备。化纤丝饼入库信息是在化纤丝饼入库工位，对中间库暂存托盘的信息绑定。通过输入染色结果，判色人员根据染色结果，输入判色结果，以待最后判定等级。包装信息记录了每一箱化纤丝饼的所有信息，通过箱号和化纤丝饼的对应关系可以进行信息查询，既可以方便的进行出库信息追溯，也可以追查化纤丝饼的生产包装过程及时间节点，以方便进行质量管理。由于在数字化包装系统中，也经常会出现人为干预的情况，如何实现在特殊情况下的数据维护方便现场工作人员对数据进行修改和更新，对系统的正常运行至关重要。因此，该系统还提供了很多人工信息维护的功能，以方便有权限的管理人员在异常情况下，进行必要的信息维护，以进一步保证系统信息的准确性。

5 结束语

化纤制品车间的智能化自动包装系统已经在国内多个化纤核心生产企业得到应用，使用效果得到广泛的认可，彻底改变了完全依赖人工作业的劳动密集型模式。智能化自动包装系统取代了人工分级、拣选、包装等作业，不仅可以大幅度减少车间工人数量，降低工人的劳动强度，有效提高劳动生产率，增加产量，提高产品的优等品率，还节省了厂房使用面积，节能效果显著，从而创造更多的经济效益。此外，智能化自动包装系统配备自动检测、监控装置，实现了生产过程的可监控、可视化以及信息的可追溯性，有利于企业提高产品质量，实现柔性自动化生产，综合效益明显。智能化自动包装系统的推出一方面满足了化纤生产企业对价格合适、符合国情的高端物流装备的急迫需求；另一方面也证明了我国纺机行业完全有能力开发出具有世界先进水平的高端自动化、智能化装备和系统，打破进口产品在高端物流设备领域的垄断。这将引领国内纺机企业加快技术创新，强化数字化、自动化、信息化和智能化技术在物流等装备产品上的综合应用，加快推出受纺织企业欢迎的高端物流装备，实现产品升级和产业升级，助推我国纺织行业由大到强。

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