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所謂碼垛就是按照集成單元化的思想，將一件件的物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實現(xiàn)物料的存儲、搬運、裝卸運輸?shù)任锪骰顒英?。作為物流自動化領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，近年來，機械手碼垛技術(shù)獲得了前所未有的發(fā)展，在線式碼垛機的吞吐量在不斷地提高，機械手碼垛機的柔性、處理速度以及抓取載荷在不斷地升級，應(yīng)用場合在不斷地擴大。

近幾年，在大米加工領(lǐng)域，由于能源成本激增，勞動力市場的人員緊缺，人力成本逐年攀升，不可預(yù)見風險因素，為企業(yè)的包裝和儲存帶來了變革，促進了機械手碼垛在大米加工企業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

大米加工業(yè)行業(yè)向集團化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展,競爭日趨激烈，高利潤時代已悄然過去。日本、美國及泰國，大米加工企業(yè)的規(guī)模都在日產(chǎn)500t以上，最大的達到單產(chǎn)5000t/(24h)o近年來我國大米加工業(yè)也逐漸走向規(guī)?；a(chǎn),集約化經(jīng)營，特別是中糧集團、北大荒米業(yè)、益海嘉里集團等大型企業(yè)為代表。包裝和碼垛問題越來越彰顯了其在大米加工企業(yè)中的地位，技術(shù)的改進以及設(shè)備的更新也是提升競爭力的法寶之一。而機械手等智能化產(chǎn)品在國內(nèi)每年保持20%?25%的增長勢頭已經(jīng)說明社會進步與技術(shù)革新是企業(yè)發(fā)展永遠的命題，機械手碼垛系統(tǒng)在大米加工行業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用和發(fā)展。

1我國大米加工廠的碼垛現(xiàn)狀

經(jīng)過對我國日加工能力100t以下的企業(yè)、日加工能力100?200t的企業(yè)、日加工能力200~400t的企業(yè)、日加工能力400-1000t的企業(yè)、日加工能力1000t以上的企業(yè)包裝、碼垛方式的調(diào)研,其形式主要有以下幾種。①人工搬運；②手推車推送;③利用輔助包裝平臺的人工碼垛;④利用皮帶輸送機輔助輸送的人匸碼垛;⑤橋式碼垛機;⑥機械手及托盤叉車配合碼垛;⑦全自動包裝秤包裝、自動封口及機械手碼垛。

人工搬運碼垛形式是最原始的、最不安全的碼垛形式，需要大量的勞動力，并且在碼垛過程中容易出現(xiàn)安全事故，造成生產(chǎn)和生命的損失。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們發(fā)明了小推車，碼垛形式產(chǎn)生了革命性的創(chuàng)新，從此碼垛由人工的平動模式進步到轉(zhuǎn)動模式，這樣大大解放了勞動力，也提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。隨著米廠生產(chǎn)能力的增加，對碼垛能力的需求也提岀了新的要求，人們?yōu)榱私鉀Q這個問題就利用輔助平臺進行人工碼垛，這在當時的確解決了碼垛能力的問題，但并沒有從根本上解決碼垛能力低下的問題。隨著科技的進步和碼垛生產(chǎn)能力需求的增加，開始逐漸在大米加工廠岀現(xiàn)了皮帶輸送機輔助輸送的人工碼垛和橋式碼垛機，這才從根本上開辟碼垛的新時代，機械裝置代替部分人力，這樣大大地提高了碼垛的速度和能力，同時也為大米行業(yè)的生產(chǎn)向大型化、規(guī)模化和集團化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

大米加工企業(yè)的發(fā)展、勞動力成本、能源消耗已成為推動機械手、托盤叉車配合碼垛和全自動包裝秤包裝、自動封口及機械手碼垛發(fā)展的重要力量。

大米企業(yè)發(fā)展方面，經(jīng)過這些年的發(fā)展，大米生產(chǎn)在中國已經(jīng)成為微利行業(yè)。加入WT。以后，中國大米生產(chǎn)企業(yè)在國內(nèi)就面臨著國際競爭，國外的大米生產(chǎn)企業(yè)具有豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢.并且經(jīng)歷了市場競爭的充分洗禮，國內(nèi)企業(yè)雖然走岀了一條成功的發(fā)展道路，但是在和國際上大規(guī)模的大米生產(chǎn)商進行競爭時還是有很多的欠缺。走規(guī)?；?jīng)營以獲得生存和發(fā)展無疑是國內(nèi)大米生產(chǎn)企業(yè)的一種必然的選擇，這也是大米機械制造商必須考慮的問題。

勞動力成本方面，中國人民大學宏觀經(jīng)濟研究所副所長包明華認為，我國經(jīng)濟過熱導(dǎo)致勞動力成本增加，而工業(yè)勞動力成本是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收入相聯(lián)系的，過去，大量農(nóng)村富余的廉價勞動力涌入城市，由于我國的這種第一產(chǎn)業(yè)與二、三產(chǎn)業(yè)之間巨大的收入差異，使我國在工業(yè)化和城市化建設(shè)中，能保持較長時間的低成本優(yōu)勢,特別是在制造業(yè)方面，勞動力成本遠遠低于發(fā)達國家水平。經(jīng)過農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)業(yè)逐步向生產(chǎn)質(zhì)量高、有利于出口的髙附加值的產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，農(nóng)民收入相應(yīng)增加。包明華說:“現(xiàn)在，農(nóng)村的城鎮(zhèn)化、城市化以及國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展的保護、刺激措施，使得務(wù)農(nóng)收入提高，所以農(nóng)村剩余勞動力減少，勞動成本相應(yīng)就有所增加。”清華大學經(jīng)濟管理學院教授華如興判斷“中國的勞動力價格優(yōu)勢將在5~8年之后消失。”這也印證了德國紐倫堡調(diào)査研究中心所分析出的結(jié)果——中國勞動力價格優(yōu)勢起碼還能持續(xù)3~5年。雖然華如興給出的年限推遲了一些,但其觀點的本質(zhì)沒變，中國的勞動力優(yōu)勢正悄悄離我們遠去。

能源方面，ABB公司機械手工業(yè)消費部門的經(jīng)理RichardTallian也認為，“我注意到行業(yè)內(nèi)非常關(guān)注貨物倉儲和分銷,并且這種關(guān)注仍在延伸。我們?yōu)榻档湍茉闯杀竞桶b材料成本付出了大量的努力，特別是非常注重降低托盤、紙箱用紙板和收縮薄膜的能源和包裝成本。環(huán)保因素還將繼續(xù)對包裝和托盤堆垛卸垛機械手的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響”。高位的能源成本將改變包裝和托盤堆垛卸垛行業(yè)的本質(zhì)，而機械手的應(yīng)用有利于平穩(wěn)地實現(xiàn)這種變革。

2機械手碼垛在大米加工廠的應(yīng)用

近年來,機械手碼垛技術(shù)發(fā)展甚為迅猛.這種發(fā)展趨勢是和當今大米加工廠的大型化、規(guī)?；图瘓F化發(fā)展趨勢相適應(yīng)的。物料被定量包裝成袋后，如何能有效地將料袋高速、規(guī)則地碼成垛，越來越成為滿足大批量生產(chǎn)，合理利用庫存空間的迫切需要，所以料袋碼垛機的高效、可靠運轉(zhuǎn)就成了生產(chǎn)正常運行的基本保證。機械手碼垛機以其柔性T.作能力和小的占地面積，能夠同時處理多種物料和碼垛多個料垛.愈來愈受到廣大用戶的青睞并迅速占據(jù)碼垛市場。

2.1機械手碼垛機的原理⑵

機械手碼垛機是由轉(zhuǎn)位機、編組機、碼垛機械手、托盤倉、碼垛平臺、垛盤輸送機等幾個重要部分組成。其工作原理如圖1所示。

當料袋由緩?fù)］斔蜋C送到轉(zhuǎn)位機后，轉(zhuǎn)位機根據(jù)轉(zhuǎn)位要求將料袋轉(zhuǎn)過0°或90°,然后將料袋送到編組機，由編組機將料袋按縱向3袋、或橫向2袋這兩種形式進行編組，編組后的料袋經(jīng)碼垛機械手在碼垛平臺上按5袋/層進行整形及碼垛，當碼完層后由垛盤輸送機輸送到叉車工作位置，最后由叉車運至倉庫。

例如機械手碼垛機可以釆用西門子ES7-226PLC進行控制，用西門子觸摸屏對畫面進行組態(tài)，通過和PLC的數(shù)據(jù)通訊，來控制和顯示碼垛自動循環(huán)全過程。

電氣控制系統(tǒng)有以下特點：當碼垛機用于包裝、碼垛生產(chǎn)時，可用其自動控制系統(tǒng)根據(jù)需要使其處于“自動”或“手動”狀態(tài)。當設(shè)備出現(xiàn)電機過載、出垛積壓、夾包、空托盤不到位等任何一種故障時，碼垛機將停機或聲光報警，具有自動化保護功能。消除異常后，能重新在原停機狀態(tài)下恢復(fù)運行。當碼垛機停機、停電時，可由PLC保持原運行狀態(tài)，避免重復(fù)記憶。

2.2機械手碼垛機的分類

根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的不同，機械手碼垛機包括如下3種形式:笛卡耳式、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式和龍門起重架式。

笛卡耳式機械手碼垛機主要由4部分組成：立柱、X向臂、丫向臂和抓手，以4個自由度（包括3個移動關(guān)節(jié)和1個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）完成對物料的碼垛。這種形式的碼垛機構(gòu)造簡單,機體剛性較強，可搬重量較大，適用于較重物料的碼垛。

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式機械手碼垛機繞機身旋轉(zhuǎn)，包括4個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。這種形式的碼垛機是通過示教的方式實現(xiàn)編程的，即操作員手持示教盒，控制機械手按規(guī)定的動作而運動，于是運動過程便存儲在存儲器中，以后自動運行時可以再現(xiàn)這一運動過程。這種機械手機身小而動作范圍大,可同時進行一個或幾個托盤的同時碼垛，能夠靈活機動地對應(yīng)進行多種產(chǎn)品生產(chǎn)線的工作。

通過將機械手手臂裝在龍門起重架上形成了龍門架式機械手碼垛機，這種碼垛機具有較大的工作范圍，能夠抓取較重的物料。

2.3機械手碼垛機的特點

機械手碼垛機的特點主要表現(xiàn)在：

（1）結(jié)構(gòu)簡單、零部件少。因此零部件的故障率低，性能可靠,保養(yǎng)維修簡單,所需庫存零部件少。

（2）占地面積少。有利于客戶廠房中生產(chǎn)線的布置,并可留出較大的庫房面積。碼垛機械手可以設(shè)置在狹窄的空間，即可有效的使用。

（3）自動化水平高⑴。從進袋、轉(zhuǎn)向、編碼直到碼垛全過程，可實現(xiàn)全自動連續(xù)運行。該機除具有正常開停車功能外，同時還具有自診、報警、打印、通信、故障連鎖等功能，并留有與中央控制室通信的軟件和接口。

（4）操作運行平穩(wěn)可靠⑴。釆用低慣量、大功率運行方法,使操作運行平穩(wěn)可靠，性能良好，并可提高設(shè)備元器件的使用壽命。控制系統(tǒng)主要元件與敏感元件采用日本。MRON和FUJI公司產(chǎn)品，氣動系統(tǒng)主要元件采用日本SMC產(chǎn)品。

（5）適用性強。當客戶產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化時只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會影響客戶的正常生產(chǎn)。而機械式碼垛機的更改相當麻煩甚至是無法實現(xiàn)的。

（6）能耗低。通常機械式碼垛機的功率在26kW左右，而碼垛機械手的功率為5kW左右。大大降低了客戶的運行成本。

（7）全部控制可在控制柜屏幕上操作，操作非常簡單。

（8）只需定位抓起點和擺放點，教示方法簡單易懂。

2.4機械手碼垛機在大米加工廠應(yīng)用的優(yōu)勢

2.4.1機械手碼垛機與人力碼垛相比在大米加工企業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢

現(xiàn)在整個大米加工企業(yè)碼垛勞動力的現(xiàn)狀是勞動力成本比較高，搬運人工費以每年5%的速率遞增；大多數(shù)大米企業(yè)搬運工的年齡平均在40歲以上，面臨著搬運人員年齡老化的問題;80后、90后一代人更不愿意從事這樣高強度、簡單重復(fù)性工作，更加凸顯了大米行業(yè)勞動力缺乏的問題。機械手碼垛技術(shù)不僅可以改善勞動條件、節(jié)約能源、提高勞動生產(chǎn)率,還可以降低人工成本（見表1）

2.4.2機械手碼垛機與機械式碼垛機相比在大米加工企業(yè)中的應(yīng)用的優(yōu)勢

機械手碼垛機與高低位機械式碼垛機相比具有較大的優(yōu)勢，從結(jié)構(gòu)上看，機械手碼垛機具有結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，故障率低，性能可靠，保養(yǎng)維修簡單等優(yōu)點。從建造的角度上看，機械手碼垛機占地面積少，有利于客戶廠房中生產(chǎn)線的布置，并可留出較大的庫房面積。從使用性的角度看，可根據(jù)客戶產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化時只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會影響客戶的正常生產(chǎn)，而機械式的碼垛機更改相當麻煩甚至無法實現(xiàn)。能耗方面，機械式碼垛機的功率在26kW左右，而機械手碼垛機的功率為5kW左右。大大降低了運行成本。同時機械手碼垛機還具有操作非常簡單、簡單易學、安裝方便等優(yōu)點，幾乎在現(xiàn)有任何大米加工廠均可進行改造升級。

3機械手碼垛技術(shù)的發(fā)展與展望

3.1滑托板或碼成立方體代替托板垛

一個古老的趨勢正在復(fù)興：用滑托板產(chǎn)品垛或碼成立方體的產(chǎn)品垛來代替托板作為一種傳統(tǒng)的碼垛方法。這使得國際之間的貨運不再因為托板而占用更多的空間。同時也節(jié)省了托板的成本。

3.2碼垛機的改進

這些新的包裝趨勢導(dǎo)致很多傳統(tǒng)自動碼垛方法需要重新審視和改變。此外，這也令碼垛機變得更為模塊化，一系列的模塊可以加到碼垛機上以適應(yīng)所生產(chǎn)產(chǎn)品的需求。

3.3塑料輸送帶代替托舞輸送機

Intralox和其他生產(chǎn)廠家已經(jīng)率先使用了塑料帶或“墊面”輸送機來解決上述挑戰(zhàn),墊面代替了傳統(tǒng)的托相。墊面輸送機作為碼好的垛的輸送面，對于碼成立方體的產(chǎn)品垛或只用滑托板的垛來說也是理想的。它不但為產(chǎn)品垛提供一個完全平坦的表面，而且因為頭部和尾部的齒鏈較小，輸送機之間可以靠得非常近，從而將縫隙縮到最小。

3.4輕柔的處理理念

核心的理念包括產(chǎn)品到達后減速和啟動時加速，以及產(chǎn)品改換方向時的平穩(wěn)過渡。輕柔的處理理念還包括一些機械問題和電子控制問題。機械方面的主要問題是：當使用碰撞旋轉(zhuǎn)器和停止板使氣缸處于氣墊運動狀態(tài)時，機械轉(zhuǎn)換點也發(fā)生改變以允許在各段之間的平滑流動。從電子控制的角度來說，在主發(fā)動機上使用變頻驅(qū)動能夠更好地控制產(chǎn)品的加速和減速。

轉(zhuǎn)動袋子的時候需要特別小心，需要輕柔的轉(zhuǎn)動或釆用差壓輻旋轉(zhuǎn)器。要造成碼垛層式樣就需要轉(zhuǎn)動袋子。傳統(tǒng)的方法是碰撞旋轉(zhuǎn)。袋子進入到一塊板上，這塊板延伸到袋子傳送的路徑，包裝的角接觸到板，托輻推動包裝的后部轉(zhuǎn)動'90\

輕柔的轉(zhuǎn)動或差壓輻旋轉(zhuǎn)器使用變頻驅(qū)動成套反向托輻。一個袋子居中位于反向托輻上，一邊比反向的那邊駆動得更快。最簡單的操作是在一個區(qū)內(nèi)完成。一邊的托編由變頻驅(qū)動，另一邊的是固定的驅(qū)動器。袋子進入輸送帶的中間區(qū)域，袋子的一半是由變頻驅(qū)動的托轆支撐，另一半則由固定速度的托棍支撐。如果不需要轉(zhuǎn)動袋子，那么變速驅(qū)動的一邊就會配合定速驅(qū)動的那邊，從而使袋子的方向保持不變。如果需要轉(zhuǎn)動袋子，變速驅(qū)動的這一邊就會加速，使袋子的一邊圍繞速度更快的托根方向旋轉(zhuǎn)。箱子旋轉(zhuǎn)90°后，兩邊的速度再次保持一致，袋子的方向也保持恒定。

更先進的技術(shù)設(shè)計能夠滿足更高產(chǎn)量的要求。通過在兩邊增加變速驅(qū)動，箱子可以順時針旋轉(zhuǎn)90°,逆時針旋轉(zhuǎn)90°和180°,容許產(chǎn)品垛上的袋子和標簽定位。

4結(jié)論

碼垛機具有操作簡單、故障率低、能耗低、升級改造方便等優(yōu)點。在大米加工企業(yè)中，碼垛機被用于成品庫堆包和原料庫堆包及上車等工序。碼垛機在正常運行時,進包、轉(zhuǎn)包、排包、推包、編碼、卸包、空托盤輸入、承載托盤輸岀等工序均按設(shè)定的程序進行，并有顯示信號，操作人員僅做監(jiān)護即可。由于釆用了旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、雙向開啟的卸包臺及自動對中等機構(gòu),垛層編碼合理、包裝袋封口朝里，使垛形四周整齊,具有較高的碼垛質(zhì)量。

機械手碼垛技術(shù)不僅可以改善勞動條件、節(jié)約能源、提高勞動生產(chǎn)率，還訂以降低人工成本，節(jié)省碼垛成本和管理成本，使倉庫堆包現(xiàn)場井然有序，提升了企業(yè)形象。近年來，機械手碼垛技術(shù)發(fā)展甚為迅猛，這種發(fā)展趨勢是和當今大米加工廠的大型化、規(guī)?；图瘓F化發(fā)展趨勢相適應(yīng)的。

綜上所述，隨著當今勞動力市場人員的緊缺，人力成本的逐漸增高，不可預(yù)見的勞動風險，大米加工廠會逐漸走向自動化生產(chǎn)，而機械手碼垛逐漸代替人工搬運也是必然趨勢。

 

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