印刷包裝智能工廠及機器人應(yīng)用實踐分享

隨著中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速，智能工廠建設(shè)成為企業(yè)提升競爭力的關(guān)鍵。本文以許昌裕同智能工廠為例，深入探討了印刷包裝行業(yè)智能工廠的建置思路、機器人應(yīng)用實踐以及取得的成效，分析了中國制造業(yè)現(xiàn)狀及機器人應(yīng)用的廣泛性，闡述了裕同集團(tuán)智能工廠的多維架構(gòu)、建置框架、運營思路，詳細(xì)介紹了許昌裕同智能工廠的具體案例。最后總結(jié)了智能工廠項目實施的關(guān)鍵因素和常見誤區(qū)，為印刷包裝行業(yè)及其他制造業(yè)企業(yè)智能工廠建設(shè)提供了有益的借鑒和參考。

在當(dāng)今全球制造業(yè)競爭日益激烈的背景下，中國制造業(yè)正面臨著人口紅利消失、勞動力成本上升、國際貿(mào)易摩擦加劇等諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的依靠廉價勞動力和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展模式已難以為繼。與此同時，新興技術(shù)如大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等的快速發(fā)展，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了新的機遇。智能工廠作為智能制造的核心載體，正逐漸成為制造業(yè)企業(yè)提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力的重要手段。印刷包裝行業(yè)作為制造業(yè)的重要組成部分，也在積極探索智能工廠建設(shè)之路，以適應(yīng)市場變化和客戶需求的多樣化。本文將通過分析深圳市裕同包裝科技股份有限公司（以下簡稱“裕同集團(tuán)”）許昌裕同智能工廠的實踐案例，探討印刷包裝行業(yè)智能工廠建設(shè)的經(jīng)驗與啟示。

中國制造業(yè)現(xiàn)狀及機器人應(yīng)用

中國制造業(yè)正處于從“大而不強”向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)型階段。隨著“人口紅利”逐漸向“人才紅利”轉(zhuǎn)變，年輕人對傳統(tǒng)制造業(yè)崗位的興趣降低，同時，第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也對制造業(yè)勞動力市場產(chǎn)生了沖擊，導(dǎo)致制造業(yè)基礎(chǔ)工人短缺。此外，東南沿海制造業(yè)的快速崛起，產(chǎn)業(yè)外移加速，國際貿(mào)易摩擦不斷升級，使得中國制造業(yè)的傳統(tǒng)競爭優(yōu)勢逐漸減弱。在“微笑曲線”理論下，大部分制造業(yè)企業(yè)仍集中在附加值較低的組裝業(yè)或代工環(huán)節(jié)，面臨著產(chǎn)品庫存積壓、原材料成本上漲、客戶降價要求等諸多問題，亟需通過轉(zhuǎn)型升級來提升自身的競爭力。

在此背景下，機器人技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注和推廣。機器人具有高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的特點，能夠在多種復(fù)雜環(huán)境下完成各種任務(wù)，如焊接、噴涂與表面處理、機加工操作等。在印刷包裝行業(yè)，機器人主要應(yīng)用于質(zhì)量檢測、維護(hù)與預(yù)測性維護(hù)、倉儲與物流、裝配組裝、物料搬運上下料、包裝碼垛、協(xié)作作業(yè)等環(huán)節(jié)，通過搭載視覺系統(tǒng)、傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)對產(chǎn)品缺陷的檢測、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測、物料的自動化搬運和分揀等功能，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人工成本和勞動強度。

裕同集團(tuán)智能工廠建置構(gòu)思

裕同集團(tuán)作為行業(yè)領(lǐng)先的品質(zhì)包裝方案商，自成立以來一直致力于為客戶提供創(chuàng)新的一站式包裝解決方案和可持續(xù)智造服務(wù)。在智能工廠建設(shè)方面，裕同集團(tuán)提出了智能制造多維架構(gòu)，涵蓋 6 大績效目標(biāo)、5 大升級步驟、4 大業(yè)務(wù)主體、7 大關(guān)鍵技術(shù)和 4 大“支撐人才”。其中，4 大“支撐人才”分別指工業(yè)工程、自動化、信息化、行業(yè)專家。工業(yè)工程被視為企業(yè)的“大腦”，負(fù)責(zé)從企業(yè)定位、預(yù)期規(guī)模、行業(yè)特性及產(chǎn)品工藝流程等角度，對企業(yè)資源進(jìn)行整體規(guī)劃；自動化則如同“四肢”，主要解決提質(zhì)增效、機器換人的問題；信息化是“中樞神經(jīng)”，通過打通各環(huán)節(jié)信息壁壘，實現(xiàn)軟硬結(jié)合，將“大腦”指派的各項工作傳達(dá)到“四肢”，由各部門協(xié)同完成生產(chǎn)作業(yè)；而行業(yè)專家則是“血液”，是各單位資深員工，他們熟悉業(yè)務(wù)痛點難點，將業(yè)務(wù)重點及解決方案融入智能工廠建設(shè)中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在智能工廠建置框架上，裕同集團(tuán)以 MES系 統(tǒng) 為 中 心， 鏈 接 ERP 系 統(tǒng)， 通 過 與 MES、WMS、AGV、SCADA 等系統(tǒng)間的相互協(xié)作，實現(xiàn)了供應(yīng)商來料、原物料入庫、車間加工、成品入庫的全流程數(shù)據(jù)實時采集和倉庫透明化管理，以及廠內(nèi) AGV 的自動搬運，完成了業(yè)務(wù)流、信息流和物流的三流融合。

智能工廠的運營思路強調(diào)以流程管理、數(shù)字監(jiān)控、制度激勵、績效驅(qū)動為核心，通過工廠相關(guān)系統(tǒng)實時收集執(zhí)層“人、機、料、法、環(huán)、測”等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動管理，提升企業(yè)運營管理能力，最終達(dá)成提質(zhì)、增效、降本、降存的企業(yè)目標(biāo)。

許昌裕同智能工廠案例分享

許昌裕同智能工廠于 2019 年底在老廠進(jìn)行項目試點，并于 2020 年啟動新的智能制造產(chǎn)業(yè)園項目建置，園區(qū)占地面積約 187 畝（1畝≈ 666.67 ㎡），建筑面積約 20 萬㎡。經(jīng)過兩年多的時間，于 2022 年上半年完成了全流程系統(tǒng)上線，實現(xiàn)了從原材料入庫到成品入庫的整個生產(chǎn)過程的智能化管理，導(dǎo)入了 MES、WMS、AGV、SCADA 以及 BI 等解決方案。在堅定不移的探索優(yōu)化中，許昌裕同智能工廠項目于 2022 年 7 月獲得了“河南省智能工廠標(biāo)桿”的榮譽，2023 年底入榜“國家級智能制造示范工廠”名單。

1.MES 系統(tǒng)功能與應(yīng)用

許昌裕同智能工廠的 MES 系統(tǒng)功能豐富，涵蓋了安燈系統(tǒng)、質(zhì)量管理、人員管理、物料管理、工單管理等多個方面。安燈系統(tǒng)能夠在工廠制程指標(biāo)超標(biāo)或異常時，通過系統(tǒng)推送到分級的責(zé)任人或責(zé)任單位，及時觸發(fā)生產(chǎn)異常通知，保障生產(chǎn)穩(wěn)定。品質(zhì)管理全面覆蓋首檢、抽檢、巡檢、批退等各檢測環(huán)節(jié)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。人員管理與嘉揚、C6 系統(tǒng)對接，實現(xiàn)人員上下崗及關(guān)鍵崗位的有效管理。物料管理與 SAP 相連，規(guī)范了收發(fā)料等操作。工單管理實現(xiàn)綁定、溯源、報工等功能，提高生產(chǎn)效率。此外，還有異常管理分級反饋、追蹤上報，能及時解決問題；在線返工有記錄防呆，全檢可統(tǒng)計不良并報警，報廢管理也規(guī)范有序。電子 SOP 在線展示，物料搬運能自動呼叫 AGV。線頭看板和車間看板以結(jié)果為導(dǎo)向，助力智能生產(chǎn)。

2.WMS 系統(tǒng)功能與應(yīng)用

WMS 系統(tǒng)在許昌裕同智能工廠的庫存管理方面發(fā)揮了重要作用。該系統(tǒng)實現(xiàn)了庫存庫區(qū)實時展示，通過辦公室監(jiān)控、AGV 調(diào)度、PDA采集等方式，使現(xiàn)場庫區(qū)情況一目了然，打通了 AGV 系統(tǒng)，實現(xiàn)了 AGV 調(diào)度，在裝配車間和印后車間高效運作。供應(yīng)商打條碼后，PDA 收料能自動分配庫位、自動過賬，揀貨分貨、掃碼出庫等環(huán)節(jié)十分流暢。在原材料、半成品和成品管理上，系統(tǒng)對各環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化操作，涵蓋出入庫、盤點、呆滯管理等，實現(xiàn)了“原材料—半成品—成品”過程動態(tài)管理，數(shù)據(jù)實時透明化。

3.AOI 系統(tǒng)功能與應(yīng)用

外觀缺陷智能檢測（AOI）系統(tǒng)在許昌裕同智能工廠中具有顯著優(yōu)勢。它能夠快速檢測大量產(chǎn)品，效率極高；檢測過程可減少人為誤差，精度出色；還能進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與分析，實現(xiàn)可追溯性，從而達(dá)到提質(zhì)、增效、減員的效果。然而，該技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)，如初始投入成本高，需要大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)；復(fù)雜缺陷檢測存在局限性，且對專業(yè)技術(shù)人才有較高要求。AOI 系統(tǒng)通過高分辨率攝像頭與光源配合采集圖像，經(jīng)過處理、特征提取和缺陷識別等步驟，利用 AI 平臺完成建模判斷。檢測結(jié)果分為 OK和 NG，即正常流轉(zhuǎn)或自動剔除。同時，可對1# ～ 4# 線體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括缺陷分析、趨勢分析等，以實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的改善。

4. 智能封箱碼垛系統(tǒng)功能與應(yīng)用

智能封箱碼垛系統(tǒng)解決了每條線尾部需安排專人封箱碼垛，工作強度大、效率低下、現(xiàn)場擺放臟亂差的問題，成品經(jīng) FQC 檢測合格后，AGV 自動搬運到智能封箱碼垛區(qū)域，通過系統(tǒng)智能分析軟硬結(jié)合，自動推送到封箱碼垛線體上，再進(jìn)行動態(tài)稱重檢測，自動封箱，依據(jù)外箱標(biāo)簽和工單信息自動分揀，再將成品匯聚到原來的線體及工單，確保不混料、錯料及方便日后追溯，再按包規(guī)標(biāo)準(zhǔn)集中碼垛。高速碼垛機器人憑借算法優(yōu)化堆疊策略，兩臺機器人可同時滿足近 30 條裝配線碼垛需求，隨后進(jìn)行纏繞膜包裹加固。最后，系統(tǒng)自動掃描生成展板標(biāo)簽，驅(qū)動 AGV 將成品棧板轉(zhuǎn)運至成品入庫區(qū)，實現(xiàn)高效物流配送，實現(xiàn)了成品下線、成重防呆、自動封箱、分揀、自動碼垛繞膜全流程自動化與無人化運作。

5. 全廠智能物流功能與應(yīng)用

全廠智能物流導(dǎo)入跨樓層運輸，300 多臺AGV 機器人，一天最高搬運物流量達(dá) 3 萬趟左右，實現(xiàn)全廠物流搬運無人化。設(shè)有多個分揀區(qū)線路，涵蓋原材料進(jìn)庫、成品進(jìn)庫等環(huán)節(jié)，還有成品區(qū)、半成品區(qū)，配備報警 / 報表和實時看板。在物流運作上，實現(xiàn)了原材料、半成品、成品的自動出入庫，AGV 自動乘梯完成物料自動配送。與 MES、WMS、AGV 系統(tǒng)融合，達(dá)成了軟硬結(jié)合的無縫對接。物料管理實現(xiàn)系統(tǒng)化，入庫、收貨到盤點等各環(huán)節(jié)規(guī)范有序。成品自動出入庫、生產(chǎn)制程無人搬運，原材倉采用叉車式 AGV 出入庫，大大提高了物流效率，降低了人力成本。

數(shù)據(jù)驅(qū)動的多元化管理平臺構(gòu)建

在智能工廠建設(shè)進(jìn)程中，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的多元化管理平臺的構(gòu)建至關(guān)重要。該平臺猶如工廠的“智慧大腦”，能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)可視化管理，讓公司運營情況隨時隨地盡在掌握。監(jiān)控中心作為平臺重要組成部分，可對工廠的能源消耗進(jìn)行管理和監(jiān)控，同時監(jiān)視設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)能源浪費和設(shè)備故障等問題，為工廠高效運行提供保障。移動終端、智能手機以及管理辦公室，讓管理者在任何時間、任何地點都能了解全廠狀況，如車間監(jiān)控、制造品質(zhì)、設(shè)備監(jiān)控、經(jīng)營分析和園區(qū) 7S 等方面的信息，大大提高了管理的時效性和靈活性，使管理者能快速做出決策，應(yīng)對各種突發(fā)情況。

智能工廠項目實施的關(guān)鍵因素與誤區(qū)

裕同科技結(jié)合自身發(fā)展經(jīng)驗，總結(jié)出印刷包裝企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型過程中實施的關(guān)鍵因素及常見誤區(qū)。關(guān)鍵因素包括：高級主管的大力支持，雙方高階主管充分參與月會，確保項目在戰(zhàn)略層面得到重視和指導(dǎo)；項目成員積極參與，準(zhǔn)時產(chǎn)出正確完整的數(shù)據(jù)文件，為項目順利推進(jìn)奠定基礎(chǔ)；業(yè)務(wù)流程梳理需關(guān)鍵使用者部門主管支持，使項目貼合實際業(yè)務(wù)需求；制度和紀(jì)律執(zhí)行嚴(yán)格，WBS（工作分解結(jié)構(gòu)）與 Issue List（問題清單）及時解決問題，保證項目按計劃有序進(jìn)行；需求變更管理慎重，避免隨意變更影響項目進(jìn)度和質(zhì)量；設(shè)立文檔管控中心，有效管理項目文檔，為項目成功實施提供保障。

智能工廠建設(shè)還存在 8 大“輕與重”的誤區(qū)，包括：重自動化而輕數(shù)字化，忽視數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的數(shù)據(jù)價值挖掘與管理提升；重單機自動化，輕視系統(tǒng)柔性化，難以適應(yīng)多樣化生產(chǎn)需求；重局部改造而輕整體優(yōu)化，無法從整體上提升工廠運營效率；重單元系統(tǒng)應(yīng)用，忽略整體規(guī)劃與系統(tǒng)集成，無法形成協(xié)同效應(yīng)；重建設(shè)而輕運維，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降；重減人而輕整體管理價值，不利于整體管理水平提升；重信息系統(tǒng)應(yīng)用，輕視數(shù)據(jù)價值體現(xiàn)和管理改善；重顯示度而輕實用性，忽略實際應(yīng)用價值。

結(jié)語

“機器人＋印刷”模式在裕同集團(tuán)的許昌裕同智能工廠項目中得到了成功的實踐應(yīng)用，通過構(gòu)建智能制造多維架構(gòu)，以 MES系統(tǒng)為中心，實現(xiàn)全流程物流與信息流的打通和實時同步，以及在多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)引入機器人技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化、智能化和信息化，顯著提升了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力。然而，在智能工廠建設(shè)過程中也存在一些誤區(qū)和挑戰(zhàn)，需要企業(yè)在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，加以克服和解決。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，印刷包裝行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型將擁有更廣闊的發(fā)展空間和潛力。企業(yè)應(yīng)繼續(xù)加大技術(shù)研發(fā)投入，深化智能化應(yīng)用，推動印刷包裝行業(yè)向更高質(zhì)量、更有效率、更加綠色的方向發(fā)展。