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      真空吸具智能碼垛在醫藥物流倉儲系統的研究與應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-23 10:50:33    瀏覽次數:5    評論:0
      導讀

      隨著市場對于物流自動化裝備需求的不斷增加,機器人在物流倉儲行業得到越來越廣泛的應用。智能倉儲機器人在物流系統的應用,在提高作業效率、降低工作人員勞動強度、優化資源、降低成本等方面發揮了重要作用。用機器人取代人工、提高倉儲自動化水平已是勢在必然。另外,在“工業4.0”、“智能制造”等數字化制造的背景

      0 引言

      隨著市場對于物流自動化裝備需求的不斷增加,機器人在物流倉儲行業得到越來越廣泛的應用。智能倉儲機器人在物流系統的應用,在提高作業效率、降低工作人員勞動強度、優化資源、降低成本等方面發揮了重要作用。用機器人取代人工、提高倉儲自動化水平已是勢在必然。另外,在“工業4.0”、“智能制造”等數字化制造的背景下,智能工廠是工業變更時代未來的發展方向。而智能物流是智能工廠的基礎和保障,因此智能物流將迎來巨大發展契機,倉儲環節的碼垛機器人集成系統應用也隨之大幅增長。

      目前大部分物流倉儲行業的機器人自動碼垛系統實現方式有以下兩種:1)機器人碼垛線上的產品為同一品種批次,只需設置一次碼垛信息,輸送線控制系統便能實現自主碼垛;2)機器人碼垛線上有多品種多批次的產品,輸送線控制系統通過識別產品外箱的條碼(條碼包含產品品種與批次信息)自主區分產品的品種與批次,實現自動分道碼垛,從而實現相同品種批次的產品碼放在同一托盤的功能。

      在醫藥行業,同樣要求同種產品不能混批碼放,但產品箱粘貼的是藥品電子監管碼,此碼是藥品的唯一追溯碼,輸送線控制系統通過條碼號不能解析出產品品種與批次信息,不能實現自主碼垛,因此自動碼垛環節需要在上位計算機的合理調度管理下進行。在本文中輸送線控制系統掃描電子監管碼后上傳上位機系統,上位機系統獲取此電子監管碼綁定的產品與批次信息,實現從產品上線到產品碼垛以及產品垛型的全面管理。本文以某醫藥物流倉儲系統為例,詳細介紹智能碼垛系統的研究與應用。

      1 醫藥物流碼垛系統概述

      該醫藥自動化物流倉儲系統包括16條與車間生產線對接的自動化箱式輸送線。生產線同時生產不同品種不同批次的產品并通過16條輸送線輸送至碼垛系統。在16條輸送線的上線口分別有條碼閱讀器,輸送線控制系統掃描產品電子監管碼,并將已讀到電子監管碼上傳上位機系統,用于對上線產品進行記錄跟蹤,同時對盲碼產品進行剔除。16條箱式輸送線產品最終合流到一條主線上輸送,G1設備讀取電子監管碼并上傳至上位機,由上位機系統根據調度算法分流到三條碼垛線。機器人抓取工位G2、G3、G4三段設備分別有條碼閱讀器,用于對產品電子監管碼的再次校驗與上位機系統分配碼垛工位。碼垛系統共3臺真空吸盤式機器人,每次動作吸取一個產品箱,每一臺機器人對應8個碼垛工位,共24個碼垛工位,可以同時完成24個品種批次的產品碼垛,碼垛完成的托盤經自動化輸送線進入立體倉庫。系統布局圖如圖1所示。

      上位機系統實現了上線產品記錄跟蹤、產品智能分流管理、動態分配碼垛工位管理與產品碼垛垛型管理等功能。上位機系統對醫藥物流碼垛系統的管理原則為:從上線口開始對產品進行實時跟蹤,同品種的不同批次產品不能混批次碼放,同品種同批次的產品只能占用一條碼垛線,但同時可以占用多個碼垛工位。

      圖1 系統布局圖

      2 上位機系統智能碼垛管理

      2.1 上線口產品管理

      此碼垛系統的16條箱式線與車間生產線實現無縫對接,包裝完成的產品箱直接進入箱式輸送線,省去了人工搬運產品環節,極大程度減少勞動力的使用,提高了生產效率與產品入庫及時性。條碼閱讀器讀取產品電子監管碼,盲碼產品進行剔除,上位機系統通過接口系統查詢此電子監管碼是否已綁定產品信息,無綁定信息自動剔除;并計算當前上線產品的品種批次數量,多于24種則進行剔除。

      對于正常產品箱上位機系統記錄每一個上線口的產品電子監管碼、產品名稱、批次、車間生產線編號與當前狀態。產品進入上線口,當前狀態為“上線輸送”;當產品經過G1設備分流時,當前狀態更新為“進入碼垛線”,但當G1設備上產品盲碼時,此產品被輸送至剔除口,需要人工用手持終端設備掃描電子監管碼對產品進行人工入庫,產品當前狀態更新為“人工掃描入庫”;當產品在碼垛工位托盤上時,當前狀態更新為“在碼垛工位”;當碼垛托盤入庫后,當前狀態更新為“在庫房內”,當產品出庫后,當前狀態更新為“已出庫”。在上位機系統可以實時查詢上線產品數量、每一個上線口的已上線產品數量,每一箱產品的當前位置,實現了產品從上線到出庫的全程跟蹤記錄,保證了上線產品記錄數據的完整性與準確性。

      2.2 碼垛前的產品箱分流算法

      16條箱式輸送線產品箱合流到一條主線輸送,經過G1設備時進行分流到三條碼垛線,產品箱分流算法描述如下:輸送線控制系統掃描G1設備產品電子監管碼向上位機系統要求分配碼垛線。上位機系統按照每條碼垛線的品種批次、數量等信息,并結合碼垛工位信息,遵循三條碼垛線碼垛產品數量均衡、線體不擁堵、效率最高等原則,進行智能計算后,給輸送線控制系統寫入碼垛線去向,輸送產品箱至對應的碼垛機器人站臺。同時上位機系統生成碼垛作業,碼垛作業信息包括碼垛線號、品種、批次等。當同品種同批次產品再次經過G1時,上位機系統即可在碼垛作業中查詢此產品的碼垛作業信息下發指令。

      在實際應用過程中,由于箱式線輸送速度比較快或者產品箱在輸送過程中位置調整變化,可能會造成G1設備的產品箱讀碼失敗,產品箱之間距離間隔較短,當上位機系統與輸送線控制系統通訊出現網絡延時,出現后箱按照前箱的指令輸送現象,造成產品箱進入錯誤的碼垛線,此條碼垛線無該產品的碼垛作業,設備報警,直接影響了整條碼垛線的作業效率。

      為解決以上問題,在輸送線控制系統掃描電子監管碼要求分配碼垛線去向時,優化上位機系統和輸送線控制系統的通訊握手方式,在分流算法中加入校驗算法,即把碼垛線號與電子監管碼同時寫入輸送線控制系統,輸送線控制系統判斷上位機寫入的電子監管碼與當前系統采集的電子監管碼是否一致,不一致則繼續向上位機系統上傳電子監管碼要求分配碼垛線去向,一致則進行輸送,通過此校驗算法從根本上解決了產品箱分流出現的問題。

      2.3 碼垛工位動態分配算法

      產品箱進入機器人抓取位G2、G3、G4時,輸送線控制系統掃描電子監管碼后上傳上位機系統,上位機系統分配產品箱的碼垛托盤工位與垛型號,機器人抓取產品進行作業。碼垛作業流程圖如圖2所示。上位機系統智能分配工位算法描述如下:

      1)此處同樣應用了上節描述的電子監管碼校驗算法,杜絕了發生混品種、混批次碼垛現象。

      2)上位機系統與輸送線控制系統進行產品箱碼垛工位信息交互時,機器人抓取動作同時進行,提高了碼垛效率。

      圖2 產品碼垛流程圖

      3)8個碼垛托盤工位循環分配原則。

      4)優先分配距離機器人近的4個工位,機器人行走距離短,碼垛時間短、效率高。

      5)在機器人碼垛過程中,上位機系統將產品信息與碼垛工位進行綁定,當輸送線控制系統反饋托盤碼垛完成信號后,上位機系統解除產品與此工位的綁定并鎖定當前工位,滿垛托盤等待入庫并需要給此工位補充新的空托盤,當新空托盤補充到位后對此工位進行解鎖,此工位處于空閑狀態,可以進行碼垛。如果此時仍有此種產品箱等待機器人抓取,而原來的碼垛工位尚未解鎖,上位機系統則重新分配另外一個空閑工位,而不是等待原來的工位,大大提高了碼垛效率。

      6)上位機系統與車間賦碼系統對接,收到賦碼系統的斷批指令后,上位機系統自動計算已碼垛產品數量,與車間生產數量對比,數量一致刪除此產品的碼垛作業,同時允許新品種上線。數量不一致說明仍有部分產品箱在箱式線輸送,此時等待剩余產品箱碼垛入庫,這樣提高了產品斷批的及時性與碼垛工位的利用率。

      7)上位機系統可以設置每一個工位的使用狀態,鎖定或者打開。當工位處于空閑未使用狀態時,可以進行鎖定,鎖定后的工位處于不可用狀態。當系統出現某些異常情況時,可以對工位鎖定,提高了工位利用的靈活性。

      通過以上碼垛工位動態分配算法,杜絕了混品種、混批次碼垛現象的發生,縮短了機器人的行走距離,提高了碼垛效率與工位利用的靈活性、利用率。

      2.4 產品垛型管理

      目前機器人碼垛系統編程工作一般通過示教再現的方式實現,即現場調試人員手動移動機器人,將碼垛過程中的產品抓取點、產品放置點以及運動軌跡中必要的過渡點對機器人進行示教,編寫程序,反復測試機器人程序,并不斷進行修改。這樣機器人系統要記錄大量的示教數據,示教的過程復雜,這不僅加重了現場操作人員的工作量,而且機器人的編程工作量也很大,十分不利于提高機器人的調試效率。在此醫藥物流碼垛系統中,共有50多個品種的產品需要進入自動化碼垛系統,即50多種箱型,每一種箱型的尺寸都不相同,而且在使用過程中,還會出現增加新品種新箱型的情況。如果按照目前的方法,每增加一種新的產品箱型,都需要對機器人重新做一次調試工作,而且用戶很難獨立完成,碼垛系統可操作性、可維護性低。

      在總結多個碼垛項目的基礎上,針對各種垛型圖樣的共性,設計了一種能夠充分描述機器人碼垛過程中所有工作參數的垛型數據結構及其相關的編程方法。在該垛型數據結構中,包含了機器人抓取和放置產品時的位置、垛型號、箱體尺寸和機器人搬運產品時所有的過渡點等信息。該碼垛系統能夠適應多種垛型的工藝要求,運行穩定可靠。所設計的垛型數據結構包含了機器人搬運過程中的全部信息,更改和修改垛型時,只需在線或者離線更新垛型數據結構即可。

      當增加新的碼垛品種時,用戶只需要在上位機系統界面輸入物料編碼、箱體尺寸信息、箱體垛型、箱型號等信息,點擊【添加】按鈕,此產品的垛型信息會自動同步至機器人垛型數據中。當需要修改碼垛產品垛型信息時,修改完畢點擊【修改】按鈕,垛型信息同樣會同步更新到機器人垛型數據。用戶操作簡單方便,增加了碼垛系統可維護性。上位機系統垛型管理界面如圖3所示。

      圖3 上位機垛型管理示意圖

      3 結束語

      此智能碼垛系統已在某醫藥公司運行半年多,碼垛產品累計計數30萬多箱,賬目準確,無丟箱、無產品箱進入錯誤的碼垛線,無產品混品種混批次碼放等現象發生,機器人無壓箱、壓垛現象發生,系統運行穩定可靠。

      在互聯網經濟及產業互聯網化的趨勢下,倉儲物流業正迎來空前的發展機遇和全新的模式變化。其中機器人技術的應用程度已經成為決定企業間相互競爭和未來發展的重要衡量因素。根據統計,如果應用倉儲物流機器人,在保證同等儲存能力的條件下,可至少節約70%以上的土地和80% 以上的勞動力。隨著生產線的速度不斷提高和現代物流意識的增強 , 許多醫藥企業已經采用自動碼垛方式,智能倉儲物流機器人將對醫藥物流運作模式和整個物流體系變革產生深遠影響。

      可以預見,智能機器人在物流行業的應用,未來幾年將進入持續穩定發展的新時期。智能機器人的日益普及和高速發展,必將引爆一場倉儲物流智能化的變革,甚至是整個物流行業、制造業、生產和生活方方面面的智能化大革命。

      參考文獻:

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      [4]李曉剛,劉晉浩.碼垛機器人的研究與應用現狀、問題及對策[J].包裝工程,2011,32(3):96-102.


       
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