“機(jī)器人是智能制造發(fā)展的重要組成部分。在我們面前的這個(gè)機(jī)械手臂是卷煙小盒包裝紙智能裝填的一環(huán)，整套系統(tǒng)簡單概括就是‘一眼、一手、一刀’……”

日前，在福建中煙廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司卷包車間內(nèi)，參觀者被高速包裝設(shè)備GDX6邊上一個(gè)操控智能、動(dòng)作精準(zhǔn)、響應(yīng)敏捷的機(jī)械手深深折服。

該商標(biāo)紙機(jī)械手智能裝填系統(tǒng)具備高速包裝機(jī)小盒商標(biāo)紙自動(dòng)裝填功能，從硬件設(shè)計(jì)、加工、組裝到PLC系統(tǒng)和機(jī)械手控制程序編寫優(yōu)化，均由廈門煙草工業(yè)公司卷包車間包裝機(jī)維修團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜自主研發(fā)，能夠滿足日常生產(chǎn)功能需求，是福建中煙“智造”能力的又一有力體現(xiàn)。

深挖痛點(diǎn) “智”為生產(chǎn)賦能

“怎么樣，咱們這個(gè)智能兄弟，表現(xiàn)如何呀？”

“黑科技滿滿，太智能了，不但不需要人工介入，而且完全避免了小盒包裝紙偶有褶皺等包裝不良的小概率風(fēng)險(xiǎn)，棒棒噠！”

自主研發(fā)項(xiàng)目組成員在設(shè)備正式上線后，仍舊抱著“常用常新”理念，時(shí)常蹲守在設(shè)備旁，邊調(diào)研邊發(fā)掘需求，讓設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)更好發(fā)揮作用。

從立項(xiàng)到投產(chǎn)耗時(shí)大半年，為何要自主研發(fā)這一整套系統(tǒng)？

廈門煙草工業(yè)公司卷包車間有7組包裝機(jī)組，高速硬盒包裝機(jī)每天使用商標(biāo)紙約250萬張。

“市面上已有的自動(dòng)裝填系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)到使用跟實(shí)際生產(chǎn)不夠適配，甚至還有不少缺陷?！本戆囬g包裝機(jī)組長、高級(jí)技師李志勇說，“生產(chǎn)期間操作工需要密切關(guān)注包裝機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如果沒有及時(shí)添加小盒商標(biāo)紙，或者放錯(cuò)牌號(hào)，就會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度。”

識(shí)別出這一痛點(diǎn)后，李志勇同工作室其他包裝維修師碰頭商量，大家很快達(dá)成一致：“做，并且做好！”經(jīng)過頭腦風(fēng)暴，他們很快明確“解題思路”——自主研發(fā)一套裝填系統(tǒng)，用智能化手段為生產(chǎn)“賦能”。

如何實(shí)現(xiàn)從無到有的突破？“志勇師傅很快就開始梳理設(shè)計(jì)流程，流程藍(lán)本是整個(gè)項(xiàng)目的重中之重，決定了項(xiàng)目方向?！本戆囬g包裝維修師劉長勝說。

2022年10月，李志勇與劉長勝等維修師組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，基于卷包車間現(xiàn)有的設(shè)備布局和實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行現(xiàn)場測量、討論、分析，確定了小盒商標(biāo)紙智能填裝系統(tǒng)技術(shù)方案，核心流程是實(shí)現(xiàn)商標(biāo)紙的定位、抓取、輸送、拆包、碼放。

所謂的“一眼”，指的是3D視覺成像裝置，它是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛和智慧“芯”，能實(shí)時(shí)識(shí)別并掃描待用的小盒商標(biāo)紙，根據(jù)垛型判斷商標(biāo)紙余量，一旦發(fā)現(xiàn)余量不足，就會(huì)通知AGV小車送料。

市面上現(xiàn)有的機(jī)械手裝填設(shè)備，都是滿足對(duì)一個(gè)托盤商標(biāo)紙的識(shí)別和抓取，而項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)卻將堆垛待生產(chǎn)商標(biāo)紙的托盤數(shù)量設(shè)計(jì)成兩個(gè)。卷煙生產(chǎn)環(huán)環(huán)相扣，牽一發(fā)而動(dòng)全身。為何要進(jìn)行大刀闊斧地改動(dòng)？

以問題為導(dǎo)向，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過機(jī)械手抓取滿滿一托盤的10萬張商標(biāo)紙只需要18分鐘左右，而AGV小車從接到取料指令、去高架庫取料到完成送料，整個(gè)過程則要30分鐘?！斑@就意味著12分鐘的空檔，還是需要操作工去手動(dòng)搬運(yùn)包裝紙?！崩钪居抡f。

為了實(shí)現(xiàn)3D相機(jī)對(duì)兩垛待用包裝紙的識(shí)別，項(xiàng)目組放棄了較為輕量化的連桿式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用移動(dòng)更穩(wěn)定、定位更精準(zhǔn)的氣缸式結(jié)構(gòu)，讓相機(jī)沿著包裝紙上方的軌道穩(wěn)定移動(dòng)，從而真正讓這個(gè)新助手閃耀智能化的光芒，避免因包裝紙缺件而停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

多措并舉 探索數(shù)智應(yīng)用

裝填系統(tǒng)的“眼”還有一個(gè)重要作用，便是獲取堆疊商標(biāo)紙的定位坐標(biāo)，進(jìn)而對(duì)“手”發(fā)出指令，協(xié)作機(jī)械手對(duì)商標(biāo)紙進(jìn)行抓取，并運(yùn)送到解包位置。

助生產(chǎn)一“臂”之力，具備重力感應(yīng)功能的協(xié)作機(jī)械手，能按照系統(tǒng)設(shè)定精準(zhǔn)抓取待用商標(biāo)紙，智能識(shí)別并抓取每層商標(biāo)紙之間的分隔牛皮紙，并將其放置到一旁的收納箱內(nèi)。

對(duì)機(jī)械手臂的“抓取”動(dòng)作，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)不斷在論證調(diào)試中優(yōu)化升級(jí)，最終版本較好滿足了生產(chǎn)所需?！皥F(tuán)隊(duì)成員有一股不滿足的沖勁，每一環(huán)節(jié)都力求做到最好?！崩钪居抡f，“機(jī)械手抓取方案也在一輪輪修改中漸趨完美?！?/p>

“原本只是設(shè)計(jì)在商標(biāo)紙的正上方吸附，但機(jī)械手臂在運(yùn)送商標(biāo)紙過程中，一旦速度稍有變化，商標(biāo)紙就容易掉落?！眻F(tuán)隊(duì)成員薛秋競介紹，于是，他們在機(jī)械臂的抓手上增加了側(cè)面穩(wěn)定系統(tǒng)，雙配盤模式有效提高了抓取精度和效率。

看似簡單的動(dòng)作，背后卻蘊(yùn)含著“小而精”的“黑科技”元素。今年3月底，整套設(shè)備系統(tǒng)從工作室移到車間，在試運(yùn)行過程中，一個(gè)個(gè)攔路虎紛紛出現(xiàn)。

機(jī)械手臂頻繁出現(xiàn)奇異點(diǎn)報(bào)錯(cuò)提醒，這成為壓在所有項(xiàng)目成員心頭的一塊大石頭。

“原以為1米7的機(jī)器手臂活動(dòng)半徑能達(dá)到自身高度，但事實(shí)證明，有些指定位置它無法夠到?！眻F(tuán)隊(duì)成員王國璽指著筆記上的圖紙說，“同時(shí)，受制于程序無法求解，有的指定位置雖然能達(dá)到，卻無法以想要的工作姿態(tài)進(jìn)行抓取?！?/p>

那段時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員一上班就湊到一塊，下班后仍然為打磨一個(gè)用于實(shí)驗(yàn)的零部件而埋頭苦干。“沒有先例可循，我們必須不斷在實(shí)踐中去尋找最佳方案?！眲㈤L勝說。

一頁頁資料、一遍遍調(diào)試、一次次修改，他們在實(shí)踐中不斷優(yōu)化吸取裝置的工作姿態(tài)，終于找到了避免機(jī)械手觸達(dá)奇異點(diǎn)的最優(yōu)解。

“兩周多的努力沒有白費(fèi)，當(dāng)機(jī)械手臂在兩垛待用商標(biāo)紙上移動(dòng)自如時(shí)，大家的心終于踏實(shí)了?！笨粗矍暗脑O(shè)備系統(tǒng)作業(yè)如行云流水，團(tuán)隊(duì)成員都長舒一口氣。

協(xié)作機(jī)械手抓取的一疊商標(biāo)紙是帶有外包裝的，在運(yùn)送到包裝機(jī)前需要對(duì)牛皮紙外包裝進(jìn)行裁切。“為了保證解包完整度，避免切到包裝紙，這個(gè)解包裝置除了最為直觀的‘一刀’外，還包含一整套內(nèi)部系統(tǒng)?！眲㈤L勝說，目前，通過調(diào)整“刀”的形狀、切割位置等多輪修正的解包裝置正在申請(qǐng)專利。

依托李志勇勞模創(chuàng)新工作室，他們以項(xiàng)目為載體開展創(chuàng)新研究與實(shí)踐，在推進(jìn)控制與圖像識(shí)別、工業(yè)流程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、方案實(shí)施調(diào)試等方面積累了經(jīng)驗(yàn)。

這套智能裝填系統(tǒng)充分體現(xiàn)了靈活小巧的特點(diǎn)，輕盈、可自由拆卸，能滿足不同生產(chǎn)空間需要。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)安裝于卷包車間二區(qū)1組GDX6包裝機(jī)組，并將陸續(xù)推廣到其他6組設(shè)備上。相比外購，自主研發(fā)節(jié)約費(fèi)用1400多萬元。

“我們將按照福建中煙整體規(guī)劃，堅(jiān)持一盤棋思想，持續(xù)開展一系列探索，建立并完善機(jī)器人研究應(yīng)用工作機(jī)制，拓展機(jī)器人應(yīng)用場景和使用范圍，以應(yīng)對(duì)智能時(shí)代生產(chǎn)組織模式等的變革?！睆B門煙草工業(yè)公司黨委書記、董事長邱曉衛(wèi)說。