Delta-K 型啤酒空瓶剔除系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化

林慶文 路 偉 李加亮 吳衛(wèi)群

引語：

隨著啤酒消費市場需求的日益增長及消費者對食品安全的日益關(guān)注，傳統(tǒng)的啤酒灌裝設(shè)備已經(jīng)無法滿足啤酒生產(chǎn)企業(yè)對生產(chǎn)線自動化、規(guī)?；?、高質(zhì)化、高效化等一系列要求，高速生產(chǎn)線及高精度質(zhì)量檢測設(shè)備應(yīng)運而生。作為啤酒容器進入灌裝環(huán)節(jié)前的最后一道質(zhì)量關(guān)卡，空瓶檢測（EBI:Empty Bottle Inspector,如圖0-1)將光學(xué)、視覺、電信號學(xué)等采集數(shù)據(jù)，融合獨有的邏輯運算對容器進行識別，將判斷為不合格的容器信息傳遞給剔除系統(tǒng)，由作為“執(zhí)法者”角色的剔除系統(tǒng)執(zhí)行可靠剔除。此前玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線速度以24K/H 為主流，玻璃容器以約400 瓶每分鐘的速度在輸送帶上通過，這種較低的通過速度對于缺陷容器剔除功能的要求相對較低。隨著制造業(yè)突飛猛進的發(fā)展，生產(chǎn)線速度目前已提至830瓶乃至更高的1200 瓶每分鐘，傳統(tǒng)剔除模塊已經(jīng)無法滿足準(zhǔn)確可靠的要求。

圖0-1 空瓶檢測設(shè)備外觀圖

經(jīng)過經(jīng)驗積累與技術(shù)迭代，百威亞太投資有限公司灌裝線廣泛應(yīng)用的一型EBI 剔除器由單手指FLIP 型剔除器發(fā)展為更具可靠性、兼容性的DELTA-K 型剔除器結(jié)構(gòu)。本文針對其常見問題，結(jié)合多年現(xiàn)場運維經(jīng)驗，進行專業(yè)深入的原因與解決方案分析。流程所示（圖1-1）剔除系統(tǒng)承接EBI 所有檢測流程的最終執(zhí)行指令。

圖1-1 EBI 工作流程

一、EBI 運行流程

二、剔除系統(tǒng)

1.布局

EBI 剔除系統(tǒng)位于檢測機后部布置（如圖2-1），由一套高速動作的推指型剔除器，位置捕捉光電開關(guān)和差速輸送平臺組成。

圖2-1 剔除系統(tǒng)布局

2.結(jié)構(gòu)

由結(jié)構(gòu)示意（圖2-2）可看出，多推指型剔除器具有良好的容錯性與可調(diào)整空間，所以目前高速線大多配備多推指剔除器。但多推指剔除器也存在明顯缺陷，即結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，需要更好的使用和保養(yǎng)條件，保證各部件之間穩(wěn)定的配合與作用。

圖2-2 DELTA-K 多推指剔除器結(jié)構(gòu)

3.DELTA-K 剔除器動作原理

如圖2-3 所示，控制系統(tǒng)標(biāo)記為缺陷的容器隨著輸送帶經(jīng)過DELTA-K 型多推指剔除器時，在與輸送鏈條同步的編碼器及定位光電共同作用下，系統(tǒng)控制著剔除器配合瓶流速度逐一將推指伸出，利用剔除推指特殊的流線型設(shè)計，將缺陷容器滑出瓶流，并送入缺陷容器回收鏈道，此過程為剔除過程。很多外界因素會造成這一剔除過程失敗，例如：剔除推指并未僅順利作用于缺陷容器，而觸及合格容器導(dǎo)致瓶流紊亂；剔除推指精準(zhǔn)的作用于缺陷容器，但缺陷容器沒有順利的滑出到下一級鏈條，產(chǎn)生傾倒使瓶流紊亂；在連續(xù)的動作中某一根或多根剔除推指動作沒有跟隨控制節(jié)拍，導(dǎo)致滑出曲線不完整等，這些現(xiàn)象統(tǒng)一定義為“剔除故障”。

圖2-3 剔除動作示意

圖3-2

圖3-3

圖3-4

圖3-5-2

圖3-5-3

三、剔除故障的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因分析與處理

1.剔除推指動作不連貫

1.1 產(chǎn)生原因

DELTA-K 剔除器為多推指協(xié)同動作，因此剔除手指間協(xié)作的連貫性關(guān)重要。個別手指反應(yīng)遲滯將造成容器剔除卡頓、傾倒甚至剮蹭，導(dǎo)致剔除故障或卡瓶堆積。

1.2 處理方案

2.擊打器距離調(diào)整不準(zhǔn)確

2.1 產(chǎn)生原因

DELTA-K 剔除器剔除原理為容器沿一條被優(yōu)化的曲線從出口輸送帶滑出瓶流至剔除平臺，剔除器的每一個手指的曲線都是完成剔除的重要環(huán)節(jié)，所以確保缺陷容器從第一手指開始進行剔除是非常有必要的，否則有可能因后端長手指撞擊力過大造成不穩(wěn)定。

2.2 處理方案

3.EBI 觸發(fā)質(zhì)量調(diào)整不精確

3.1 產(chǎn)生原因

容器隨輸送帶運行，只能在一定程度上保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，無法完全排除整段檢測路徑中意外發(fā)生的相對位移。為記錄容器在檢測路徑中相對準(zhǔn)確的位置，EBI利用光電信號判斷當(dāng)前容器所處在輸送帶的位置，那么有效設(shè)定兩個光電間的距離對容器位置判斷是非常重要的，對容器檢測及缺陷剔除起到?jīng)Q定性作用。

3.2 處理方案

4.日常運行狀態(tài)檢查不到位

4.1 產(chǎn)生原因

除設(shè)備調(diào)整外，潤滑保養(yǎng)，日常巡檢，換線調(diào)整，及有效控制前端瓶源質(zhì)量，也會對EBI 可靠運行提供很大幫助。

4.2 處理方案

5.剔除系統(tǒng)“藏污納垢”

5.1 產(chǎn)生原因

EBI 剔除系統(tǒng)如同一臺機器一樣需要很多裝置和部件共同工作，只有每個部分都保持良好的狀態(tài)，剔除器的運行才能得到一個完美的效果。那么，對各個部件的檢查，清潔和保養(yǎng)非常重要。

5.2 處理方案

5.2.1 清潔

長期頻繁高速工作的剔除器很容易受到外界異物的影響，化學(xué)品的腐蝕，灰塵的磨損，異物的鈍傷，很多剔除器的細(xì)小變化會對剔除器的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生意想不到的影響。所以應(yīng)定期對推指、保護罩及擊打器內(nèi)氣動部件進行清潔。

5.2.2 檢查

作為EBI 設(shè)備的一部分，提出系統(tǒng)的檢查內(nèi)容也應(yīng)該納入設(shè)備檢查計劃中，這樣可以提早發(fā)現(xiàn)對剔除系統(tǒng)工作穩(wěn)定性造成影響的問題，在出現(xiàn)故障前解決，防患于未然。

5.2.3 潤滑

使用專用清潔潤滑油對活塞桿進行清潔潤滑，注意不要進行常規(guī)潤滑，只在活塞桿上輕輕擦拭（如圖3-5-9），留下一層薄得油膜并同時可以清楚附著在氣缸上的灰塵雜質(zhì)即可。

6.執(zhí)行收益

6.1 成本收益

成本是企業(yè)生存與發(fā)展繞不開的話題，所以項目執(zhí)行對成本的影響是評價項目成功與否的重要依據(jù)。公司運用行業(yè)領(lǐng)先的ERP 管理系統(tǒng)SAP 作為成本、績效、物料、工單執(zhí)行等工作的管理工具。通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄、篩分與統(tǒng)計得知，推行上述內(nèi)容以來，公司大區(qū)安裝有DELTA-K 型剔除器的工廠，該型剔除器平均每臺設(shè)備年維護成本（圖3-6-1），每有效運行1000 小時的維護成本（圖3-6-2），均成逐年下降趨勢。

圖3-6-1

圖3-6-2

6.2 績效收益

運行效率是間接反映項目執(zhí)行結(jié)果的有效依據(jù)，公司在推崇低成本、高績效的同時，始終踐行運用先進技術(shù)手段不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)實力，如圖（圖3-6-3）為一線員工依托公司數(shù)字化戰(zhàn)略項目基礎(chǔ)，自行開發(fā)編輯的數(shù)字化報表平臺，由該平臺統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可知，推行上述內(nèi)容以來，公司大區(qū)安裝有DELTA-K 型剔除器的工廠，發(fā)生末端剔除故障平均間隔時間（圖3-6-4），平均故障的修復(fù)時間（圖3-6-5）均成逐年下降趨勢。

圖3-6-3 一線員工自主設(shè)計GRAFANA 平臺

圖3-6-4

圖3-6-5

四、可靠性升級改造

1.現(xiàn)狀

雖然設(shè)備擁有強大的檢測能力，經(jīng)由上述操作可以保證設(shè)備運行的流暢性，但是消費市場仍有出現(xiàn)瓶中異物產(chǎn)品風(fēng)險（如圖4-1）。

圖4-1

2.原因分析

2.1 剔除動作缺失

擊打器組件由于不可預(yù)知原因產(chǎn)生偶發(fā)的遲滯或動作缺失現(xiàn)象。

2.2 間歇性潤滑失態(tài)

化學(xué)品濃度不穩(wěn)定造成瓶子與輸送帶間相對滑動。

2.3 瓶源差異性

由于瓶子個體差異性帶來的瓶子與輸送帶間的相對滑動。

3.改造方案

雖然設(shè)備可以檢測到剔除失敗的結(jié)果，并以警告，停止設(shè)備隱形等動作提示操作人員，但沒有主動解決方案，由此筆者設(shè)計了一種補充剔除的裝置，降低人工介入的比率，提高人工處置可靠性。

3.1 新增改造“補充剔除裝置”安裝在“剔除確認(rèn)傳感器”后方10cm 處（如圖4-2），裝置由雙線圈電磁閥、驅(qū)動氣缸及動作推板組成。

圖4-2 補充剔除裝置圖示

3.2 補充剔除裝置控制方式：

當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)“剔除故障”報警停機時，“補充剔除裝置”自動啟動，將剔除失敗容器前后相關(guān)容器冗余統(tǒng)一排除；員工只需確認(rèn)故障后，將裝置收回，并啟動設(shè)備繼續(xù)生產(chǎn)。

當(dāng)操作人員非常規(guī)操作按下緊急停機按鈕時，設(shè)備與輸送帶將立刻急停，“補充剔除裝置”將立即動作，此時復(fù)位按鈕無法讓裝置收回，須按點動按鈕使輸送帶持續(xù)慢速運行10 秒，待“補充剔除裝置”自動收回，啟動設(shè)備繼續(xù)生產(chǎn)。此邏輯為避免緊急停止造成容器移位產(chǎn)生缺陷產(chǎn)品遺漏流入市場。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

如圖4-3 所示改造7 年來，根據(jù)筆者公司數(shù)據(jù)顯示，消費市場產(chǎn)品異物反饋數(shù)量顯著降低。

圖4-3

總 結(jié)：

今天，隨著生產(chǎn)力提高，制造業(yè)進入高端化，生產(chǎn)模式被工業(yè)4.0 逐步覆蓋，很多工作都在被機械化自動化設(shè)備取代中，不過無論科技如何發(fā)展，設(shè)備的使用和維護都離不開技術(shù)的積累和創(chuàng)新，技術(shù)人員要不斷學(xué)習(xí)、沉淀、創(chuàng)新，才能更好實現(xiàn)自身價值，迎接更高挑戰(zhàn)。