1、第十三章 智能物流装备与技术,目录,13.1 自动包装生产线,13.1.1 自动包装生产线的分类一.按包装机之间连接特征分类1.刚性自动包装生产线。2.柔性自动包装生产线。3.半柔性自动包装生产线。二.按包装机的组合布局分类1.串联自动包装生产线。2.并联自动包装生产线。3.混联自动包装生产线。 13.1.2 自动包装生产线的组成,自动包装生产线的种类繁多，所包装的产品也各不相同，但总体来讲，可分为控制系统、自动包装机、输送系统和辅助工艺装置4个组成部分。1.控制系统：控制系统主要是由工作循环控制装置、讯号处理装置及检测装置组成。2.自动包装机：它是一种无需操作人员直接参与，主要由操作系统控制
2、，在规定的时间内各机构自动实现协调动作并完成包装作业的机器。3.输送装置：输送装置是将各台完成部分包装的自动包装机连接起来，使之成为一条自动线的重要装置，它担负着包装工序间的传送任务，并且使包装材料(或包装容器)和被包装物品进入自动生产线，以及成品离.,开自动生产线。4辅助工艺装置：在自动包装生产线中，为满足工艺上的要求，使自动生产线能有节奏、协调地工作而配置一些辅助工艺装置，如转向装置、分流装置、合流装置等。 13.1.3 典型自动包装生产线一. 纸模工业品包装生产线纸模工业品包装生产线的工艺流程为：制浆成型烘干整形包装。生产线的主要设备组成包括碎浆机、搅拌器、磨浆机、浆泵、成型机、烘干机、
3、整形机及配套模具等。,二.药品包装生产线药品生产线由输送机、理瓶机、计量充填机、旋盖机、铝箔封口机等组成，能够完成药片的输送、充填及封口过程。,图13.1 纸模工业品自动包装生产线的工艺流程,三.饮料灌装生产线图13.2为饮料灌装全自动生产流程图，该生产线专为灌装饮料而设计，可通过不同规格的玻璃瓶、易拉罐和PET瓶。全线由洗瓶机、等压灌装机、封口机、输送系统组成。,图13.2 饮料灌装全自动生产流程图,四. 全自动奶粉灌装生产线全自动奶粉灌装生产线。该生产线适用于各种粉末状、超细粉末状或粉粒状的物料。高速全自动灌装线包括：理罐机翻罐、吹洗、杀菌机变道输送带自动喂罐充填包装机封罐机(预封)三箱抽
4、真空充填机封罐机链板输送带喷码机翻罐器链板输送带压盖器装箱平台。,自动导引车(AGV, Automatic Guided Vehicle)是指具有磁条、轨道或激光等自动导引设备，沿规定的导引路径行驶，以蓄电池为动力，并且装备了安全保护装置和各种辅助机构(如移载、装配机构等)的无人驾驶的自动化厂内机动车辆。,13.2 自动导引车(AGV),图13.3 自动导引车,13.2.1 AGV概况一.AGV的发展过程1913年，美国福特汽车公司使用了有轨底盘装配车。1953年，美国一家公司制造出世界上第一台采用埋线电磁感应式的跟踪路径自动导引车，也被称为“无人驾驶自动导引车”。20世纪70年代中期，具有载
5、货功能的AGV在欧洲得到迅速发展和推广应用，并被引入美国用于自动化仓储系统和柔性装配系统的物料运输。从20世纪80年代初开始，新的导向方式和技术得到更广泛的研究和开发，主要有电磁感应引导、激光引导、磁铁陀螺引导等方式，其中激光引导方式发展较快，但电磁感应引导和磁铁陀螺引导方式也占有较大比例。,二. AGV的应用领域1.仓储业。2. 制造业。3. 物品的运送存在着作业量变化大、动态性强、作业流程经常调整以及搬运作业过程单一等特点的场所，如邮局、图书馆、港口码头、机场。在邮局、图书馆、港口码头、机场等场所。4.烟草、医药、食品、化工。5.危险场所和特种作业。三. AGV的分类1.根据控制形式的不同
6、，AGV分为智能型和普通,普通型两种。2.根据导向方式的不同，ACV可分为固定路径导向和自由路径导向。3.根据移载方式的不同，AGV可分为侧叉式移载、叉车式移载、推挽式移载、辊通输送机式移载、链式输送机移载、升降台移载和机械手移载等。4.根据充电方式的不同，则可分为交换电池式和自动充电式。5.根据转向方式的不同，AGV可分为前轮转向、差速转向和独立多轮转向。6.根据运行方向的不同，AGV可分为向前运行、前后运行和万向运行。,7.根据用途和结构形式的不同，AGV可分为无人搬运车、无人牵引车、无人叉车、牵引型拖车、托盘运载车、承载车、装配小车及堆垛机等。 13.2.2 AGV的组成AGV目前仍以叉
7、车式和转载平台式为主，通常以蓄电池为动力源，直流电动机驱动其行走、转向和举升。运行部分多采用三轮式、四轮式、六轮式或多轮结构形式。举升机构一般由电动机、蜗杆减速器、滚珠丝杠及螺母等组成。1.车体系统：（1） 车体框架；（2）车轮；（3） 载荷传送装置。2.驱动/导向系统：（1）动力装置；（2）驱动装,置；（3） 导引系统；（4）定位装置。3.控制/通信系统：（1）地面控制部分；（2）车载控制部分；（3） AGV的智能化。4.安全系统：（1）车身；（2）障碍物接触式缓冲器；（3）障碍物接近检测装置；（4）自动装卸物料执行机构的安全保护装置；（5）警报装置；（6）充电保护装置。 13.2.3 AG
8、V的工作过程以激光作为导引媒介的自由路径导引AGV为例，说明其工作过程。AGV在其运行区域内，规定有通信区和非通信区。在通信区域内，AGV通过其承载通信装置与系统控制计算机通信，报告其位置与状态，并接受工,工作指令。在非通信区域内，AGV按照小车控制器中预定程序独立行驶，不与系统控制计算机发生联系。当接收到物料搬运指令后，小车控制器根据所存储的运行地图和AGV当前位置及行驶方向进行计算分析，选择最佳行驶路线，通过驱动放大器自动控制AGV的行驶和转向，到达装载物料目标点准确停位后，移载机构动作，完成装货过程。然后AGV启动，驶向目标卸货点，准确停位后，移载机构动作，完成卸货过程，并向控制计算机报
9、告其位置与状态。随之AGV启动，驶向待命区域，接到新的指令后再做下一次搬运。,机器人的应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿。 13.3.1 机器人的作业特点和分类一.机器人的作业特点1.通用性。2.柔软性。3.自动性。4.准确性。二.机器人的分类关于机器人的分类，国际上没有固定统一的标准。,13.3 物流仓库机器人,一般的分类方式为：操作型机器人、程控型机器人、数控机器人、感觉控制型机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人和智能机器人。从应用环境出发，可将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。仓库机器人是一种独立的不附属于某一
10、主机的自动化装置。目前，仓库机器人功能门类很多，按其用途可分为以下几种：（1）码垛机器人；（2）搬运机器人；（3）质量机器人。 13.3.2 机器人的主要技术参数1. 抓取重量2.运动速度,3.自由度。4.重复定位精度。5.程序编制与存储容量。 13.3.3 机器人的主要结构一.执行机构1.手部；2.腕部；3.肩部；4.机身；5.行走机构；6.头部。二.驱动系统驱动系统是为机器人提供动力的装置，一般情况下机器人的每一个关节设置一个驱动系统，它接受动力指令，来准确控制关节的运动位置。,三.控制系统控制系统控制着机器人按照规定的程序运动，它可以记忆各种指令信息，同时按照指令信息向各个驱动系统发出指
11、令。四.检测传感系统检测传感系统主要是检测机器人执行系统的运动状态和位置，并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行对比，然后通过控制系统进行调整，使执行系统以一定的精度达到设定的位置。五.人工智能系统目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机，人工智能的发,历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。 13.3.4 装卸堆垛机器人的作用和工作过程在生产线的各加工中心或加工工序之间以及立体仓库装卸搬运区，机械手搬运机和装卸搬运机器人能按照预先设定的命令完成上料、装配、装卸、码垛等作业。作业过程为（1） 码盘、搬运；（2）堆垛、拣选。 13
12、.3.5 机器人的应用与发展由于仓库机器人的显著效用，世界各国纷纷进行研究、开发和应用制造，并积极改进其性能，扩大其使用范围，机器人科学已作为仓储技术与管理的一门重要理论与技术而得到全面发展。,日本是机器人技术较发达的国家，不仅在数量密度上占世界领先地位，而且在仓库机器人开发上独占鳖头。我国仓库机器人的研究始于20世纪70年代，现已建立了仓库机器人示范工程。,自动分拣系统(Automated Sorting System)是第二次世界大战后在美国、日本的物流中心广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为大中型物流中心不可缺少的一部分。分拣是指不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。自动分
13、拣是从货物进入分拣系统到被送到指定分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置完成的。 13.4.1 自动分拣设备的主要特点1. 能连续、大批量地分拣货物。2.分拣误差率极低。3.分拣作业基本实现无人化。,13.4 自动分拣设备,13.4.2 自动分拣系统的组成及工作过程自动分拣系统由各类输送机、各种附加设施和控制系统等组成。货物到达分拣点以前，先要经过输送、信号设定、合流、主传送带等工作过程；到达分拣点时，通过对分拣过程进行控制，发出指令把货物传送到分拣机上，再由分拣机的瞬时动作将货物分拣到指定的滑道，使其分流。自动分拣系统由合流、分拣信号输入、分拣和分流、分运4个阶段完成。 13.4.3
14、 常用自动分拣机一.钢带式分拣机钢带式分拣机是利用输送钢带载运货物完成分拣工作的机械设备，按钢带的设置形式常分为平钢带式和斜.,钢带式两种类型。平钢带式分拣机的分拣过程如下。1.分拣人员阅读编码带上的货物地址，在编码键盘上按相应的地址键，携带有地址代码信息的货物即被输送至缓冲储存带上排队等待。2.当计算机发出上货信号时，货物即进入平钢带分拣机，其前沿挡住物料检测器时，检测器发出货到信号，计算机控制紧靠检测器的消磁充磁装置，首先对钢带上的遗留信息进行消磁，再将该货物的地址代码信息以磁编码的形式记录在紧挨货物前沿的钢带上，成为自携地址信息，从而保持和货物同步运动的关系。3.在分拣机每一个小格滑槽的
15、前面都设置了一个,磁编码信息读出装置，用来阅读和货物同步运行的磁编码信息。4.平钢带分拣机的适用范围较大，除了易碎、超薄货物及木箱外，其余货物都能分拣。,图13.4 平钢带式分拣机的结构和分拣过程示意,二.胶带分拣机由于胶带(或塑料带、帆布带等)输送机具有结构简单、价格便宜、技术成熟等优点，采用以胶带输送机为主机的分练机发展较快，品种较多。1.横向推出式胶带分练机。其结构与钢带分拣机基本相同，只是用胶带输送机代替钢带输送机。2. 斜行胶带式分拣机。,图13.5 斜行胶带式分拣机,3.斜置辊轮式胶带分拣机。4.转台式胶带分拣机。,图13.6 斜置辊轮式胶带分拣机,图13.7 转台式胶带分拣机,三
16、.托盘式分拣机托盘式分拣机是 一种应用十分广泛的 机型，它主要由托盘 小车、驱动装置、牵 引装置等构成。其中， 托盘小车的类型又多 种多样，有平托盘小 车、U形托盘小车、 交叉带式托盘小车和链交叉带式托盘小车等。,图13.8 带式托盘分拣机示意图,四.翻板式分拣机它由一系列相互 连接的翻板、导向杆、 牵引装置、驱动装置、 支承装置等组成。翻板 式分拣机的适用范围大 ，可分拣箱类、袋类等 货物。五.浮出式分拣机浮出式分拣机主要由两排旋转的滚轮组成，滚轮设置在传递带下面，每排由810个滚轮组成。浮出式分,图13.9 翻板式分拣机工作过程示意图,拣机适用于包装质量较高的纸制货箱，一般不允许在纸箱上使
17、用包装带，分拣能力可达7500箱/小时。六.悬挂式分拣机悬挂式分拣机是 用牵引链(或钢丝绳) 作牵引件的分拣设备。 按照有无支线，它可 分为固定悬挂和推式 悬挂两种机型。固定 悬挂式分拣机主要由 吊挂小车、输送轨道、,图13.10 固定悬挂式分拣机,驱动装置、张紧装置、编码装置、夹钳等组成。悬挂式分拣机具有悬挂在空中、利用空间进行作业的特点，它适合于分拣箱类、袋类货物，对包装物形状要求不高，分拣货物的重量较大一般可达100kg以上，但该机需要专用场地。五.滚柱式分拣机滚柱式分拣机的每组滚柱(一般由34个滚柱组成，与货物宽度或长度相当)各自均具有独立的动力，可以根据货物的存放和分路要求，由计算机
18、控制各组滚柱的转动或停止。滚柱式分拣机一般适用于包装良好、底面平整的箱装货物，其分拣能力较高，但结构较复杂，价格也较高。,图13.11 滚柱式分拣机,13.4.4 数字拣选系统一.货架数字拣选系统该系统由带电子标签的普通货架或移动式货架、运送拣选物品的传送带、主控计算机和拣选人员组成。货架电子标签拣选系统的控制方式一般有两种，即与传动带连动的方式和与传动带非连动的方式。二.小车式数字显示拣选系统小车式数字显示拣选系统主要由拣货小车和拣货货架组成，此系统不仅用于拣选作业，也可用于分货作业。小车式数字显示拣选系统的工作原理如下。1.配送中心的业务调度管理系统通过无线通信向拣,选小车发出作业信息。2
19、.拣选小车驾驶人员通过车上指令显示系统接收车辆行走路线指令，驾驶小车前进，小车控制系统通过路线数字传感器扫描行走路线上的路线数字编码，利用识别系统识别出路线编码，确定出车辆位置。3.小车控制系统比较小车行走路线与当前位置，规划车辆前进方向，并显示在小车的显示屏上，指导驾驶人员操作。4.当车辆到达拣选货位时，则显示停车指令，驾驶员停车，并根据显示屏上显示的货位编号及其拣选物品数量进行拣货作业，该货位拣选完成后，驾驶员发出拣选完成信号给配送中心的业务调度管理系统。,图13.12 小车式数字显示拣选系统,5.小车的控制系统显示下一个拣选作业的前进方向，继续进行后续作业。,图13.13 邮件自动分拣系
20、统示意,13.4.5 邮件自动分拣系统在邮政包裹上采 用条码，其目的是快速 准确地识别包裹上的信 息。邮件自动分拣系统 也可以用于其他物资的 自动分拣。,13.4.6 德国GEHE医药公司的物流系统改造案例德国医药公司GEHE运作着全球最高效的物流系统之一，其强大的供应链受到德国沙尔大学国际商学院的赞誉。一.系统建设要求GEHE汉德尔医药公司的仓储系统与物流流程改造项目要实现以下目标。1.在拣选系统中提高自动拣选的性能。2.缩短周转箱的处理时间，使吞吐量从1800个/小时提高到2700个/小时。3.减少人工拣选区的工作量。,4.实现地下2号仓储区到系统的直接连接。5.在装运区域实现配送线路分组
21、。6.将冷库和订单起始点分离。7.在装运区域的中心位置供给大件货物。二.解决方案GEHE只对建筑做了轻微改动，这得益于系统结构的详尽规划和创新的技术解决方案。值得一提的是，胜斐迩在该项目中引入了拣选到桶(PTB)的半自动拣选方案，成功地将自动化和人工拣选系统相结合。这些工作站为实现高拣选性能起到了重要作用。,药品首先从3条自动拣选线开始拣选，再进入由10个拣选站组成的人工拣选区域。其中第一个拣选站配有独立的冷藏区。经过开始的5个拣选站后，订单周转箱就可以从胜斐迩旋转系统(SCS)中收集货物。胜斐迩旋转系统(SCS)是一个高度有序的仓储系统，并且占用空间小。借助该系统，在前段工作站的操作员能够在处理超过14000件货品中达到高拣选率950个订单/小时。此外，在拣选区域连续的称重检查设置确保了稳定的作业质量，为周转箱所设立的单独的检查站则保证了“零错误”的高输送质量。新系统的主要特点可概括如下：胜斐迩旋转系统整合入中心区域的2条拣选线路之间；根据“货到人”原则，,相应的工作站放置在横跨货架的平台上；胜斐迩为GEHE汉堡分公司特别设计了第一台周转箱密封机，处理速度高达3000箱/小时。三.效果满意在业务持续增长的过程中，GEHE汉堡分公司GEHE汉德尔医药公司依然可以满足不断上升的箱吞吐量和仓储能力的要求。 GEHE汉堡分公司承诺符合高质量标准，这在和药店的业务往来中是必不可少的。,
