舒金培，邱子航，陈升有，雷启健，许创佳，廖雪莹，方 叶，梁学龙

（广东水利电力职业技术学院，广东广州 510925）

基于工业4.0的口香糖智能装料配送生产线的研发

舒金培，邱子航，陈升有，雷启健，许创佳，廖雪莹，方 叶，梁学龙

（广东水利电力职业技术学院，广东广州 510925）

介绍一套基于工业4.0的口香糖智能装料配送生产线。为解决口香糖生产过程中的装料配送的低质、低效的瓶颈问题，设计了一套能实现远程监控和编程的智能生产线，其主要包括机械传动环节、电气控制环节和远程控制环节，并分析其设计要点、主要技术性能和工作原理。

工业4.0；自动化；口香糖装料；互联网+；国际IEC编程标准

0 引言

针对目前口香糖生产线上出现维护难，浪费物料，成本高等缺陷，结合了“互联网+”的工业4.0生产模式，利用工业以太网EtherCat技术与EtherNet的网络的兼容性，产生更高效的输出速度，实现远程监控及编程调试，创造顺应我国国情的口香糖智能装料配送生产线[1-5]。

1 工艺流程

基于工业4.0的口香糖智能装料配送生产线为全新设计开发的一套技术先进的模块化设备，集装料、送料、物料盒推送、远程通讯、远程监测及远程控制于一体的全自动智能化柔性生产设备。

其设计方案工作原理如下：包装盒机构提升→真空吸盘把包装盒提起送至定位平台上→定位平台前进→真空吸盘将口香糖提起并匹配速度送至包装盒装配（每次提取一个，需往返四次才能完成一个包装盒的装料）→末端推杆推送包装盒→输送系统输送成品。

为解决口香糖生产过程中的装料配送的低质、低效的瓶颈问题，本工艺流程设计充分考虑了设备的合理性、经济性、高效性、可操作性和可控制性。

2 整线技术原理及设计

基于工业4.0的口香糖智能装料配送生产线主要包括机械传动环节、电气控制环节和远程控制环节。

（1）机械传动环节为装料配送的执行部分，包含皮带的运动、丝杆的运动、真空吸盘等动作，该生产线生产布局如图1所示。

（2）电气控制环节为装料配送的驱动和控制部分，包含工业控制器、工业适配器、低压控制元件、开关传感器、变频驱动器、伺服驱动器等。

（3）远程控制环节为装料配送的远程控制部分，包含路由分配器、智能网关、二维码或网址、本地及远程智能终端等。

图1 基于工业4.0的口香糖智能装料配送生产线生产布局图

2.1 机械传动环节

本环节能实现包装盒与口香糖的自动上料和推送，机械结构如图2所示。

图2 机械结构图

丝杆的运动：启动生产线后，1号丝杆往上送包装盒，到指定位置后，2号丝杆气缸带动1号真空吸盘动作，每次将一个包装盒放到3号丝杆上等待的定位平台上。当包装盒到达定位台后，3号丝杆匀速向前运动。同时4号丝杆到5号丝杆处通过气缸与真空吸盘配合把口香糖提取，然后匹配速度送至包装盒装配。当完成一次装料后，1号丝杆与5号丝杆会随之提升，将剩余的口香糖提高，准备进行下一次装料。

真空吸盘运动：本设计共有2个真空吸盘，1号真空吸盘首先将包装盒吸取提升，在完成包装盒的放置后，回归原位等待下一次的装料；当定位平台开始匀速启动时，2号真空吸盘与4号丝杆配合，匹配速度将口香糖送至包装盒装配。一次装料过程中来回吸取与卸料4次，完成后回归5号丝杆处的装料位置。

皮带的运动：当定位平台到达3号丝杆末端时，包装盒即完成口香糖的包装。推杆收到信号后，随即将包装盒推送到皮带输送系统上。待推杆归位后便发送信号给皮带使其运动至前一个工位。

2.2 电气控制环节

本环节主要是口香糖的配送驱动和控制部分，同时该环节结合“互联网+”的工业4.0模式，利用工业以太网EtherCat技术与EtherNet的网络兼容性，传输速度更快，迅速处理现场层的数据信息，实现精确无误地控制包装盒在传输过程的精准装料。

底层总线采用的EtherCat工业以太网总线技术，减少电气配线，降低设备制作成本。同时百兆带宽使得数据传送速度更高，支持多种类型的拓扑结构，系统冗余及扩展更方便快捷，让多台伺服的同步控制更加简单、精准，电气控制原理如图3所示。

2.3 远程控制环节

该环节是本生产线设计的重点。将互联网融入到工业控制中，工业生产的底层数据能实时通过以太网被远程和本地智能终端访问，其访问形

图3 电气控制原理图

图4 远程控制系统原理图

本环节的工作过程如下：启动生产线后，现场操作人员可以通过工业控制器，将设备进行回零，然后按照生产计划对生产线进行调整。设置生产参数并放入包装盒与口香糖成品，检查无误后便可启动设备。

如若生产计划需要更改，操作人员能从本地智能终端对设备生产的模式进行编程调整。不需要太多时间便可使生产线再次高速高效运作，同时针对远程控制从而开发能连接以太网的手机APP，对生产设备进行远程操控，能实时监控。

3 项目的先进性

（1）机电一体化技术结合上工业4.0智能化自动化生产制造模式实现智能生产，解决了口香糖生产模式单一、兼容性差和产能过剩和供不应求等问题。式可以通过二维码、网址甚至是APP，同时也能设置不同的权限，对访问者做数据及操作的权限设定。当设备出现故障时，可以支持远程访问的方式，对设备进行远程检修排故，节省维护成本，提高设备使用时间。

首先本地智能终端通过扫描二维码或者输入网址进入到设备控制界面，可发出设备启动信号，系统将开始工作。工业控制器发出指令控制丝杆和真空吸盘将口香糖成品和包装盒送出，包装盒的装料与配送情况的数据均能通过EtherNet被远程和本地的智能终端访问。控制系统原理图如图4所示。

（2）EtherCat技术与以太网的相互配合，可通过网络或者APP操控，实现了对设备的远程监控和信息快速反馈，相比目前的生产线，能够更精确的控制螺杆的转动角度和盒子与口香糖的配合。对生产线进行实时远程监控与控制。

（3）整个装料配送过程由设备全自动检测联网生产，大大提高了口香糖生产的末端环节的生产效率，提升了装料质量，节省了劳动成本。

4 结语

市场对产品包装的技术需求日益增长，供应商必须着力改善生产包装效率。但目前生产包装方式难以满足这种市场的追求，其机械结构往往随着使用次数的积累，精度不断降低，使其使用寿命较短，后期人工维护成本高，生产效率也随着降低，随着市场需求的不断增长，企业亟需改变现有生产方式。而工业4.0的口香糖智能装料配送生产线，结合多项新兴科技和互联网大数据柔性制造，涉及行业范围宽广，大大提高了口香糖生产的末端环节的生产效率，提升了装料质量，降低了人工成本，为企业带来巨大利润的同时也推动产业迅速发展。

参考文献：

［1］ 雷皓.工业4.0浪潮下中国制造业转型策略研究［J］.科技创新导报，2017（16）：131，133.

［2］尚会永，张成岗，刘峰.实现我国工业4.0的中小企业创新发展战略［J］.教学与研究，2017（05）：43-48.

［3］汪彬.工业4.0时代的发展态势及企业的应对策略［J］.现代管理科学，2017（05）：112-114.

［4］刘星星.智能制造的发展：现状、问题及对策研究［J］.齐齐哈尔大学学报（哲学社会科学版），2016（07）：66-68.

［5］刘星星.智能制造：内涵、国外做法及启示［J］.河南工业大学学报（社会科学版），2016（02）：52-56.

DResearch and Development of Intelligent Loading and Distribution Production Line Based on Industrial 4.0

SHU Jin-pei，QIU Zi-hang，CHEN Sheng-you，LEI Qi-jian，XU Chuang-jia，LIAO Xue-ying，FANG Ye，LIANG Xue-long
（Guangdong Technical College of Water Resources and Electric Engineering， Guangzhou 510925，China）

An intelligent loading and distribution line based on industrial 4.0 is introduced.In order to solve the bottleneck problem of low quality and low efficiency in the process of gum distribution in chewing gum production,we designed a set of intelligent production line that can realize remote monitoring and programming.It mainly includes mechanical transmission link,electric control link and remote control link.The main points of the design,the main technical performance and the working principle are analyzed.

Industrial 4.0；automation；chewing gum distribution；Internet plus；international standards for IEC programming

TP278

A

1009－9492(2018)03－0089－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2018.03.024

2017－09－05

舒金培，男，1995年生，广东潮州人，大学专科。研究领域：机电一体化技术。

(编辑：向 飞)