基于IGV小车的废烟支回收模式设计.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：郭跃平（1979），男，云南泸西人，汉族，本科，工程师，研究方向为机械自动化。-24-基于 IGV 小车的废烟支回收模式设计 郭跃平 孙雪松（通讯作者）郭方正 广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂，广西 柳州 545005 摘要：摘要：长期以来，卷烟厂产生的废烟支的回收普遍采用人工回收的方式进行，从节约人力成本，加强卷烟废烟支安全性等方面考虑，人工回收的方式不符合卷烟厂数字化转型的理念。计划设计一种新的废烟支回收模式。基于IGV 小车的废烟支回收模式设计，其核心思想是利用先进的技术手段，优化废烟支的回收流程，提高回收效率，降低回收成本，同时注重环保和资源再利用。关键词：关键词：废烟支；IGV 小车；回收模式 中图分类号：中图分类号：F713.2;F49 本文中所设计的废烟支回收模式采用 IGV 小车作为运输工具。利用 IGV 小车快速部署的优势，设计了组成 IGV 小车废烟支回收的各个步骤。论文首先对废烟支回收进行了系统的分析，设计了废烟支回收的两种具体模式。接着对各个环节的技术选型进行了设计，提出了废烟支回收点位的快速部署、废烟支回收箱的设计，最后进行了废烟支回收模式的实际运行，实现了所设计的各种基本功能。1 智能设备对于企业转型的背景研究 随着中国制造 2025的提出，智能工厂，数字化设备开始大规模进入传统的制造行业。智能化和数字化的概念越来越深入人心。如何将智能化设备更好的服务于现代化企业，成为企业数字化转型的重要课题。本文的主要研究内容是采用 IGV 小车运输废烟支到废支回收统计点的设计。本文分析了 IGV 小车地图设计的原理和过程，提出了废烟支回收模式改进的设计思想。设计将由 IGV 小车进行废烟支的运送，主动回收和被动回收等支持模式。卷接包设备在生产过程中产生的不合格烟支，一般称为废支。组成废支的卷烟纸、滤嘴棒、烟叶等都是烟草制品，对其回收、运输、存放等环节具有比较严格的管理规定，需要保证其回收过程的安全性与数据记录的准确性，基于此项需求，计划研究设计一种人工干预较少的废支回收模式。2 废烟支回收模式的介绍 2.1 人工巡逻式回收 人工巡逻式回收废支是国内最常用的废支回收方式。通过人工定时巡逻的方式进行回收。将预先制作的废支回收筐放置在托盘上，通过液压叉车将托盘连同废支回收筐拉到卷包车间现场各个机组进行统一的废支称重，计数，回收。这种人工巡逻式的回收方式，存在大量人工干预的环节。其优点在于它是一种相对简单且成本较低的回收方式，可以有效地收集和处理废支，减少资源浪费。然而，这种回收方式也存在一些缺点，如：工作人员需要长时间在车间内工作，且需要手动收集和搬运废支；相比自动化回收系统，人工巡逻式的回收效率可能较低；人工巡逻式回收的主要成本就是人工工资。2.2 指定地点集中回收 指定地点集中回收废支是国内常用的废支回收方式之一。指定一个固定的废支回收点，由各个机组的操作工将废支运送到废支回收点，再进行废支称重，计数，回收。这种回收方式，存在大量人工干预的环节1。指定地点集中回收的优点包括，可以通过集中回收，减少废支在车间内的搬运和分散处理时间。并且便于进行废支的管理和监控，有助于提高回收率。然而，这种回收方式也存在一些挑战。如需要操作工手动收集和搬运废支，存在一定的人工成本和劳动强度。并且需要合理设置回收点，并确保回收点的管理和卫生条件。为了进一步优化这种回收方式，企业可能会考虑引入自动化设备和智能监控系统，以减少人工干预，提高回收效率，并降低成本。同时，通过教育和培训，中国科技期刊数据库 工业 A-25-提高操作工对废支回收重要性的认识，也有助于提高回收率。3 基于 IGV 小车的废烟支回收优势分析 IGV，全称 Intelligent Guided Vehicle，即智慧型引导运输车，是一种装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。IGV 小车的基本原理主要是通过传感器和控制系统来实现无人驾驶。传感器包括陀螺仪和加速度计等，用于感知和测量车辆自身的运动状态，而控制系统则根据这些传感器的数据对车辆进行自主路径规划和避障等操作。IGV 小车的主要特点和优势有：3.1 高柔性 线路规划简单，易学习，可以根据生产需求自主规划路径。当工厂的搬运路线随着工艺流程的规划改变时，无需专业人士协助，用户也可以自行操作更改，系统简单易学习和操作。此外，IGV 小车可以根据生产需求和现场环境自主选择规划路径，无需预先铺设轨道或使用固定的导向设备。这使得小车能够适应各种复杂的工业环境，包括曲线轨迹、多层结构等2。3.2 抗干扰性 IGV 小车的设计通常能够抵抗各种工业环境中的干扰，如温度变化、振动、电磁干扰等，确保小车的稳定运行和任务的连续性。此外，在复杂的工作环境中，IGV 小车能够实时感知周围的障碍物和变化，并自主调整其路径，以避免碰撞和确保任务的顺利完成。3.3 高安全 IGV 小车通常配备有多种传感器，如激光雷达、摄像头、超声波传感器等，这些传感器能够帮助小车感知周围环境，即使在复杂的工业环境中也能准确地检测到障碍物和变化。并且通过了国家安全指标的监测，车身有多重防护措施相结合，充分保证了工作场景的安全性。如遇到障碍物，小车会通过声呐监测判断障碍物的距离并做出语音报警，同时会自主避障3。高精度：IGV 搭载独有的定位模块，精度可达1mm，目前该精度处于国际领先地位。IGV 小车能够适应不同的生产线和作业环境，即使在生产线布局发生变化时，也能迅速适应新的工作条件。3.4 在物流和搬运等领域的应用 IGV 小车已经逐渐普及 因为其高柔性和高精度的特点，IGV 小车可用于柔性化要求更高的场合。在满足常规搬运功能的基础上，IGV 小车还可以根据客户的工艺流程，选择性搭载不同的功能模块，满足一车多用的目的。同时，由于其高安全性的特点，IGV 小车能实现 24 小时自动控制完成学习各种搬运和运输工作任务，并且具备紧急接触安全装置、自动报警装置、紧急停止按钮装置和货物状态监测等多种安全防护系统，可避免对工人的伤害和对仓库、其他设备及建筑物的损坏，从而降低工作风险4。4 基于 IGV 小车地图设计介绍 4.1 车载扫描仪器 在使用 IGV 小车进行货物运送时，一个重要的工作是进行地图的录入，普通的 AGV 小车，采用反光板来作为定位点，为了解决反光板定位时间过长，花费过大的问题，IGV 小车采用扫描仪器的方式进行定位，速度更快，部署更方便。IGV 小车上装载扫描仪器，通过扫描仪器，实时呈现地图，最终与建设设计图等组成 IGV 的小车地图。目前人们使用的扫描仪器比较主流的基本方法有以下三种：(1)激 光 自 然 导 航 技 术（Laser natural navigation technology）激光自然导航是一种无需辅助导航材料，利用激光测距结合 SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法建立小车的整套行驶路径地图的导航方式。在无反射板激光叉车 AGV 技术中，通过激光自然导航，AGV 叉车可以实现定位精确、行驶路径灵活多变、自主构建实时轮廓地图并动态调整，更适用于智能工厂的全局部署。(2)全 球 定 位 系 统（Global Positioning System,GPS）GPS 的英文全称是 Global Positioning System，即全球定位系统。它是一种通过接收卫星发射的信号，进行定位和导航的技术。GPS 最初是由美国军方开发的，后来逐渐被广泛应用于民用领域，如地图、导航、位置跟踪等。现在，GPS 已经成为现代社会中不可或缺的一部分，被广泛应用于各种领域，如交通、航空、航海、科学研究和军事等。中国科技期刊数据库 工业 A-26-(3)车载视觉导航（Vehicle Vision Navigation）车载视觉导航是利用摄像头捕捉车辆周围环境的图像信息，再通过硬软件系统对图像进行处理分析，来计算车辆位置、速度、加速度等参数，从而控制车辆的行驶方向、速度等。车载视觉导航技术通过摄像头等传感器获取车辆周围环境的图像信息，包括道路、车辆、行人、建筑物等；图像处理分析是对采集的图像进行处理，提取出与车辆导航相关的特征信息，如车道线、交通标志、行人的位置和速度等；数据融合是将多个传感器获取的数据进行融合处理，提高导航的精度和可靠性。4.2 导航激光扫描仪 导航激光扫描仪是一种用于导航定位测量的仪器，它利用激光扫描技术获取周围环境的信息，从而进行精确的定位和导航。激光扫描仪的原理是将激光发射器发出的激光束射向目标物体，通过接收器接收反射回来的激光信号，并通过对这些信号的测量和处理，得到目标物体的表面形状、位置、距离等信息，形成点云数据，进而实现三维建模、测量和导航等功能。导航激光扫描仪具有高精度、高分辨率、抗干扰能力强、测量范围大等优点，在机器人导航、无人驾驶、智能物流等领域得到广泛应用。例如，在智能物流领域中，激光扫描仪可以快速准确地获取货物的位置和姿态信息，为自动拣货、搬运和配送提供精确的数据支持。同时，导航激光扫描仪也受到一些限制，如受环境影响较大、设备成本较高等。在应用过程中，需要根据实际需求和场景选择合适的激光扫描仪型号和应用方案。4.3 扫描地图与实际地图的耦合 激光扫描仪通过扫描得到的图形如图 1。图 1 扫描得到的基本图像 扫描后得到 SVG 图像文件，SVG 是一种图像文件格式，它的英文全称为 Scalable Vector Graphics，意思为可缩放的矢量图形。目前从得到的 SVG 图像中，只有现场设备和周围环境的大致轮廓，还需要加入建筑设计图来完善 IGV 小车的地图。加入建筑轮廓。扫描图像与实际建筑耦合的图像如图 2。图 2 建筑轮廓图 耦合之后得到实际建筑的图像，可以从图像中读取到车间的墙壁、柱子、房间、物流门等信息。得到的建筑轮廓图还需要进一步完善，需要补充车间的设备轮廓、运行区域、通道区域等信息加入到 IGV 小车的地图中。将车间的设备布局图耦合到扫描图像中，得到设备轮廓图。如图 3 所示。图 3 设备轮廓图 还需要对设备轮廓图中的具体设备设置编号，补充描绘工作区域、通道区域等图像信息。最后将建筑轮廓图和设备轮廓图进行耦合，得到车间预设置地图。如图 4 所示。图 4 车间预设置地图 4.4 小车运行地图 IGV 小车运行地图是指用于引导 IGV 小车行驶的地图。通过集成系统，将车间预设置地图导入到 IGV中国科技期刊数据库 工业 A-27-控制系统中，在地图上添加 IGV 小车、IGV 充电站、IGV货位等信息。可以生成 IGV 小车运行地图。监控地图上快速反应小车运行情况，如图 5 所示。图 5 IGV 小车运行地图 5 主动回收模式与被动回收模式设计 5.1 IGV 小车呼叫系统及设备 IGV 小车呼叫系统，采用现有的 WCS 系统，通过移动设备或机台固定设备进行呼叫。本次设计使用quartus II 作为这次设计的平台环境12。Quartus 是一种著名的 FPGA 开发环境，它是由世界上鼎鼎大名的一家可编程逻辑器件供应商 Altera 提供。Quartus II具有强大全面的多平台设计环境，能够轻易的完成多种不同设计的任务。Quartus II 内部嵌有 VHDL、Verilog 逻辑综合器使其能够完全支持 VHDL、Verilog的设计流程。在使用 Quartus II 时，不仅可以使用其自带的强大的仿真功能，而且常常使用第三方仿真工具 modelsim 来进行搭配，增强其仿真能力。5.2 主动回收模式设计 图 6 IGV 小车主动回收模式设计示意 卷包机台设计“主动回收”按钮，按下“主动回收”按钮后，呼叫需求信息传送到 WCS 系统，由 WCS系统寻找空闲小车，将“废支回收”任务发送到空闲的小车。小车接收到命令后，前往机台进行废支回收，回收的废支放到指定位置，进行称重扫码，传送数据到数据采集系统。主动呼叫回收设计要求如图6所示。5.3 被动回收模式 设计一个固定时间，让空闲的小车执行“废支回收”任务。WCS 系统在固定时间，下发“废支回收”命令到空闲小车，小车进行巡逻式回收，回收后将废支放到指定位置，进行称重扫码，并传送数据到数据传输系统。6 总结与展望 通过 IGV 小车自动化、智能化的特性，可以使其在生产线中担任各种角色。例如，它可以自动从原料仓库向生产线运送原材料，或者从生产线的某一环节到另一环节转运半成品或成品，大大提高了生产效率。同时，通过预设的程序和任务，IGV 小车还可以实现生产数据的自动采集和生产过程的实时监控，对于提高生产管理水平和产品质量具有重要作用。本文以 IGV小车作为废烟支运送的设备，主要进行了以下设计：（1）深入探讨了 IGV 小车运行地图制作的原理，并且对卷烟厂卷包车间的实际生产现场地图进行了绘制。（2）讨论了废烟支回收的主动回收模式和被动回收模式。实现了生产现场的实际需求。但是，由于时间的探索和学习经验的不充分，本文设计的废烟支回收模式还有许多的不足。（1）没有对废烟支回收箱进行设计，废烟支回收箱作为废烟支回收的重要容器，可以加强基于 IGV 的废烟支回收模式的便捷性和可用性。（2）没有对卸货方式进行设计。尽管此次的设计并不是非常完善，但是对于人们在学习生活中也可以运用 IGV 小车进行废烟支回收，相信今后能产生更好的设计结构。参考文献 1贾玉鑫,贾磊.膨胀式残烟处理机的改进与提高C/2006 烟草机械学术研讨会征集论文汇编(下册).北京:中国烟草学会,2006:897-899.中国科技期刊数据库 工业 A-28-2张昌柱.S200 型残烟处理机除尘系统的改进J.中国设备工程,2007(1):7O-72.3王宇,王朝飞,陈继付.基于柔性化残次烟支处理技术的研究和应用C/中国炯草学会工业专业委员会烟草工艺学术研讨会论文集.北京:中国烟草学会,2010:289.291.4胡开利,段李华,韩明,等.FY10 残烟处理机的改进及二次剥离系统的设计应用J.烟草科技,2012(2):23-25.