杜芳芳DU Fang-fang；申建軍SHEN Jian-jun；歐莉莉OU Li-li；任鵬鯤REN Peng-kun；王英桃WANG Ying-tao；張夢琪ZHANG Meng-qi

（黃河交通學(xué)院，焦作 454950）

0 引言

家電產(chǎn)品量大面廣，生產(chǎn)性質(zhì)屬于大批量流水線生產(chǎn)，流水線的工作緊張而有序，由于生產(chǎn)節(jié)拍比較短（短的10-20 秒，中等25-45 秒，稍長的50 秒及以上）。在班產(chǎn)量的要求下，操作人員必須在有限的生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間內(nèi)，全神貫注地迅速完成本工序的工作，然后迎接上道工序流過來的裝配件，進(jìn)行重復(fù)的操作[1]。由于家電市場需求的多樣化，多品種小批量生產(chǎn)已成趨勢，一條生產(chǎn)線有時(shí)同時(shí)生產(chǎn)八九個(gè)甚至十個(gè)以上的品種，而這些品種中，有國內(nèi)產(chǎn)品、出口產(chǎn)品以及國內(nèi)產(chǎn)品和出口產(chǎn)品的混合生產(chǎn)，在外形尺寸方面相近或一樣的情況下，稍不盡心或遇到新進(jìn)的工作人員，在最后的外包裝箱箱裝環(huán)節(jié)，會(huì)造成最終錯(cuò)裝外包裝箱的嚴(yán)重質(zhì)量事故。由于成品被外包裝箱罩住，這樣的問題終檢不容易發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品一旦出廠，會(huì)對企業(yè)聲譽(yù)造成不良影響。特別是出口產(chǎn)品，其影響和損失很難挽回。對于此類問題，《中華人民共和國產(chǎn)品質(zhì)量法》第二十七條規(guī)定產(chǎn)品或者其包裝上的標(biāo)識(shí)必須真實(shí)，并符合五項(xiàng)要求。第五十四條產(chǎn)品標(biāo)識(shí)不符合本法第二十七條規(guī)定的，責(zé)令改正；……，情節(jié)嚴(yán)重的，責(zé)令停止生產(chǎn)、銷售，并處違法生產(chǎn)、銷售產(chǎn)品貨值金額百分之三十以下的罰款等。另外，國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中已有明確要求[2]。因此，這樣的問題必須杜絕發(fā)生。

以往對于此類產(chǎn)品質(zhì)量問題，企業(yè)內(nèi)部采取的主要措施是加強(qiáng)員工培訓(xùn)，著重提高產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)，重視外觀相似的產(chǎn)品的識(shí)別與判別，加強(qiáng)出廠產(chǎn)品的抽檢，以及配套的質(zhì)量問題的獎(jiǎng)罰辦法等。國內(nèi)有關(guān)解決包裝箱箱裝錯(cuò)誤的研究，也是多側(cè)重于外包裝箱本身質(zhì)量的改進(jìn)[3][4]。沒有提出此類問題的有效解決方法。

我們使用信息化技術(shù)對這個(gè)存在已久的老問題提出解決方法，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的流水線上產(chǎn)品外包裝箱箱裝系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)充分利用外部的聲音和光線對人的感官提示作用，以正確可靠的信息提示操作者進(jìn)行正確無誤的選擇，從而有效避免包裝箱箱裝錯(cuò)誤的發(fā)生。對于這個(gè)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，它的實(shí)施將收到良好的效果。

1 技術(shù)方案

在生產(chǎn)現(xiàn)場，包裝箱存放區(qū)域一般設(shè)于流水線一側(cè)，存放著不同型號(hào)成品所對應(yīng)的全部外包裝箱，每一種類型的外包裝箱都存放在相互獨(dú)立的架子上，以便最終產(chǎn)品箱裝使用。我們的方案中，包括用于掃描流水線輸送的成品上的標(biāo)識(shí)碼的掃碼器、用于標(biāo)識(shí)掃碼器掃描的成品所對應(yīng)的外包裝箱存放區(qū)域的指示裝置、用于采集掃碼器的信息并控制指示器相應(yīng)動(dòng)作的單片機(jī)控制器。通過掃碼器能夠讀取、識(shí)別成品的信息，控制器能夠?qū)⒉杉男畔⑴c預(yù)先給定的所有成品的信息進(jìn)行比較，并控制蜂鳴器和指示燈工作，以提示掃碼器掃描的成品對應(yīng)的包裝箱所在的包裝箱存放區(qū)域。通過對該成品包裝箱存放區(qū)域進(jìn)行提示，使得操作人員正確取出與這個(gè)產(chǎn)品對應(yīng)的存放區(qū)域的外包裝箱，給成品裝上，從而保證外包裝箱正確，避免出現(xiàn)產(chǎn)品裝錯(cuò)包裝箱的情況。

具體實(shí)施方式如下：

如圖1 所示，成品1 流入成品包裝前一道工序的位置，安裝在流水線一側(cè)的條碼掃碼器3 對已經(jīng)粘貼在產(chǎn)品上的條形碼2 自動(dòng)掃碼。掃碼器將此信號(hào)輸送給單片機(jī)4處理。單片機(jī)對此信息進(jìn)行識(shí)別，即與預(yù)先給定的所有成品的信息比較，符合哪一個(gè)產(chǎn)品型號(hào)的信息時(shí)，在顯示屏5 上顯示其產(chǎn)品型號(hào)；同時(shí)驅(qū)動(dòng)存放這一產(chǎn)品型號(hào)的外包裝箱架子8 上的蜂鳴器（或語音提示器）6 發(fā)聲提示，驅(qū)動(dòng)指示燈7 閃亮提示。生產(chǎn)線操作人員根據(jù)聲光提示取出該架子上的外包裝箱9，給已經(jīng)掃碼過的成品裝上該成品的外包裝箱，此時(shí)箱裝工作結(jié)束。這段時(shí)間經(jīng)過實(shí)際測試，定為蜂鳴器發(fā)聲提示和指示燈燈光閃亮提示的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間到了，蜂鳴器停止發(fā)聲，指示燈停止閃亮。這時(shí)又一臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)入掃描區(qū)，重復(fù)以上過程。這個(gè)過程類似于我們經(jīng)?？吹铰牭降呢涇嚨溶囕v在倒車時(shí)，會(huì)反復(fù)發(fā)出“倒車，請注意”的安全語音提示，提醒車輛附近的行人警惕，防止行人被車輛撞上。

圖1 流水線上產(chǎn)品外包裝箱箱裝的方法示意圖

系統(tǒng)總體工作流程圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)總體工作流程圖

2 技術(shù)原理

輔助外包裝箱箱裝的系統(tǒng)主要由51 單片機(jī)最小系統(tǒng)（單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路）、條形碼掃碼器及電路、顯示器電路、警示燈電路和蜂鳴器電路等組成[5]。流水線上的成品，通過掃碼器掃碼，掃碼信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)中已經(jīng)存儲(chǔ)的編制好的程序?qū)π畔⑦M(jìn)行分析判斷，經(jīng)單片機(jī)處理后，驅(qū)動(dòng)顯示器屏幕顯示掃碼器掃過的產(chǎn)品的型號(hào)；同時(shí)控制蜂鳴器（或語音提示器）發(fā)聲，如“請取8 號(hào)架子上的外箱”。同時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)燈光提示，如紅色燈光閃爍。給人非常明確的提示這個(gè)外包裝箱的存放位置。在聲與光提示下，操作人員可以毫不費(fèi)力的選擇已經(jīng)掃碼成品相對應(yīng)的外包裝箱，去給該成品裝上。有效地避免了取錯(cuò)裝錯(cuò)外包裝箱的錯(cuò)誤操作的發(fā)生。

圖3是系統(tǒng)硬件組成示意圖。

圖3 系統(tǒng)硬件組成

這個(gè)系統(tǒng)的軟件，是用51 單片機(jī)的C 語言——C51根據(jù)解決的問題要求，編寫的相應(yīng)的程序代碼即應(yīng)用軟件。在Keil μVision 環(huán)境下，編譯并生成可執(zhí)行文件。然后在Proteus 環(huán)境下，進(jìn)行程序仿真，將單片機(jī)與各個(gè)子電路連接為總電路圖，然后對總的電路原理圖進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)以后，最后將可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)中，成為解決問題的特定應(yīng)用軟件進(jìn)行運(yùn)行，完成設(shè)計(jì)要求。軟件的主要模塊如圖4 所示。

圖4 軟件主要模塊

3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

對于這個(gè)設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)總體工作流程圖編寫的C51應(yīng)用程序，在Keil μVision 環(huán)境下調(diào)試編譯、鏈接，并生成單片機(jī)可執(zhí)行的HEX 文件，然后在Proteus 環(huán)境下，繪制電路原理圖，并通過電氣規(guī)則檢查。上述工作完成后，將HEX 文件裝入單片機(jī)中，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合仿真調(diào)試[6]。

最后進(jìn)行了實(shí)物的實(shí)驗(yàn)。圖5 為實(shí)物布置圖。其中，51開發(fā)板的型號(hào)為AT89C52，芯片處理器使用了STM32，LCD 顯示屏的型號(hào)為LCD1602。語音提示器與讀碼器模塊分別與51 開發(fā)板的第P31，RXD 和P32，TXD 引腳連接，LED 指示燈為嵌入式連接，他們共同形成了該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。在硬件系統(tǒng)中，通過代碼的燒錄和軟件的運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)，即正確的提示被掃碼產(chǎn)品的外包裝箱所存放的位置信息。

圖5 實(shí)物布置圖

4 結(jié)論

通過流水線產(chǎn)品外包裝箱正確箱裝的設(shè)計(jì)，至少可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

①利用信息化技術(shù)輔助流水線產(chǎn)品的外包裝箱箱裝方法，把單純由人力識(shí)別進(jìn)行正確操作的工作，轉(zhuǎn)化為由機(jī)器識(shí)別來輔助，成為人和機(jī)結(jié)合進(jìn)行正確的操作，能夠解決目前單靠人力判斷容易造成失誤的問題發(fā)生，有效保證了外包裝箱的箱裝質(zhì)量，從而帶來良好的質(zhì)量經(jīng)濟(jì)效益。

②這種產(chǎn)品外包裝箱箱裝的方法，主要適用于多品種批量生產(chǎn)、成品外形相似而且外包裝箱是從上往下罩裝的家電產(chǎn)品，如冰箱、冷柜、洗衣機(jī)等。也適用于其它的從上向下罩裝外包裝箱的產(chǎn)品特別是品種繁多、外形相似的產(chǎn)品使用。

③進(jìn)一步的研究，可以在系統(tǒng)中加入無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)品更多的信息傳輸?shù)酱蟠鎯?chǔ)容量的計(jì)算機(jī)中，和其它的檢測信息集中在一起，形成更多的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，以便做更多的質(zhì)量分析，為產(chǎn)品的改進(jìn)，質(zhì)量的提升提供更科學(xué)的依據(jù)。同時(shí)，經(jīng)過掃碼的產(chǎn)品信息是生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，從中可以非常清楚地產(chǎn)生什么型號(hào)，包裝了多少臺(tái)數(shù)的數(shù)據(jù)。

④更深入的研究，可以和機(jī)械臂機(jī)器人結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人根據(jù)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行外包裝箱的箱裝。既能避免差錯(cuò)的發(fā)生，又能減輕人工的勞動(dòng)。