摘要：汽车零部件生产下线后，基本都是采用人工装配方式进行拣选和码垛操作，其使用的零部件承载箱主要为空塑箱，而空塑箱的规格是标准化的，这也为空塑箱实现自动拣选和码垛提供的基础。
关键词：空塑箱；自动拣选；自动码垛
随着经济的飞速发展，生产制造行业对人力的使用成本也越来越大，同时工业4.0概念及实施，越来越多的行业采用机械自动化以取代人力操作。汽车制造业一直是高端制造业的代表行业，然而其零部件的下线装配还基本是以人力拣选操作为主，包括拣选后的码垛等工序。下面将基于汽车零配件及空塑箱的相关特点，结合自动拣选及码垛的基本操作，研究分析空塑箱实现自动拣选码垛的实际操作可行性。
一、空塑箱介绍及特点
空塑箱也是注塑箱，是一种塑料周转箱。循环用周转器具在汽车零配件生产企业内使用非常普遍，主要用以满足库存、运输（发货及回收）、生产线及客户的使用需求。空塑箱这类塑料周转箱是厂内主要的工位器具之一，在可以承载多种汽车零部件的同时，又要利于人工搬运，所以这类空塑箱的规格不会太大，承载重量要能够满足人机工程搬运重量要求，如图1所示为某款空塑箱实物图。
图1 空塑箱实物图
如图2所示为某工厂内部使用的专用空塑箱的主要参数表，从图表中可以看出这里使用的空塑箱规格高度都比较小，利于人工操作。
在实际使用中，大部分的空塑箱规格都会遵循物流联运托盘的尺寸要求进行规格设计，有些汽车零配件生产企业会参照汽车主机厂的要求或一些行业要求进行设计与定制。使用较为广泛的就是德国汽车工业协会（VDA）就制定的《单元化集成包装KLT系统》推荐规程，该规程定义了供散装货物和小零件（适用于机械或人工搬运）的标准化塑料包装单元化集成包装系统，用于汽车行业中各个级别供应商与汽车主机厂之间的货物运输。
图2 某工厂内部空塑箱参数表
二、空塑箱自动化分拣码垛的基础要求
本文依据VDA的要求，结合某汽车零配件生产企业内部使用需求，删选和设定了几种主要用于验证的空塑箱规格和使用参数，如图3所示。
空塑箱要实现自动化分拣码垛，就需要符合既有的生产操作步骤与流程，目前实际生产过程中需要依次完成输送与识别、分拣、拆托盘、码垛、加顶盖、等一系列操作。可以看出在整个过程中，还涉及到了码垛用托盘以及顶盖，下面就简单介绍一下托盘和顶盖的相关参数信息。
这些空塑箱在实际堆放时使用到托盘主要规格（长×宽）为1200×1000mm，托盘采用的是塑料厚片材料，通过吸塑工艺一次性模具成型产品，如图4所示。另外顶盖也采用了同样材质，规格与托盘和空塑箱尺寸进行匹配，如图5所示。
吸塑顶盖主要是对空塑箱顶部进行防尘处理，吸塑顶盖在平时码放时为反面朝上，当需要对空塑箱进行顶部加盖时，需将吸塑顶盖翻转180度后正面朝上，再盖在码垛好的空塑箱箱体上方，通常空塑箱在托盘上的码垛方式均可预先设定好，而且其码垛形式也比较规整，部分可参考图6所示。
三、自动化实现分析与验证
根据目前现有生产装配流程，如果实现空塑箱的自动拣选码垛，那么就需要依次实现空塑箱的输送、识别、分拣、码垛，空托盘拆垛、补充，未盖顶盖满托盘输送、满托盘盖顶盖、满托盘输出待铲运等操作完全自动化。
那么在整个自动化操作过程中分别会包括以下主要环节与设备：主环线单元、拣选流道、码垛机器人区域、空托盘输送单元、有轨制导（RGV）小车、桁架机器人盖顶盖单元、拆盘机单元、满托盘下线单元。
1、主环线单元：主要是完成空塑箱的上线、靠边输送、规格尺寸识别、拣选符合规格要求的空塑箱、剔除不符合规格要求的空塑箱。整个单元中需要统筹好空塑箱的分拣线，并形成回路，对未拣选或码放线满时循环输送；通过加载尺寸检测系统，对空塑箱的尺寸、颜色、空满状态进行检测识别。所采用的相关设备照片如图7和图8所示。
2、拣选流道：主要用于空塑箱码垛前的缓存、靠边及为码垛机器人抓取提供位置设置。所采用的相关设备照片如图9所示。
图3 七款欧标规格空塑箱参数表
图4 厚片吸塑托盘叠放实物图
图5 厚片吸塑顶盖叠放实物图
图6 部分空塑箱码垛形式
3、码垛机器人区域（如图10）：给予足够的区域空间，主要用于空塑箱的码垛及满托盘的缓存。
4、空托盘输送单元：主要用于空托盘的输送及移载。对空托盘由拆盘机拆出，并放置到相应传送机上。
图7 动力辊筒输送机
图8 激光测距传感器
图9 90度辊筒转弯输送机
图10 码垛机器人单元
图11 RGV小车
图12 拆盘机单元图纸
5、有轨制导（RGV）小车（如图11）：主要用于满托盘的输送。确保及时取走满托盘，并及时补充空托盘，以确保空满托盘切换不影响码垛节拍。
6、桁架机器人盖顶盖单元：这个主要是用于顶盖的翻转、对空塑箱进行加顶盖的操作。可以通过桁架机械手吸取顶盖，然后搬运至翻转机构处，再由翻转机构将顶盖翻转180度。桁架机械手吸取翻转后的顶盖，移动至加盖工位空塑箱上方，下行为空塑箱盖上顶盖。机械手返回顶盖缓存区上方，空塑箱流向下一工位，完成一个循环。
拆盘机单元：主要用于托盘的自动拆垛。具体可以查看图12所示。
8、满托盘下线单元：主要是通过与叉车对接，缓存盖顶盖后的满垛托盘。
当然除此之外，还有一些其他单元，如：安全防护装置和电控系统等。
通过实际的设备实施及试用，确实可以实现空塑箱的自动拣选码垛。
结语
目前鲜有汽车零部件生产企业通过机械自动化来实现空塑箱拣选码垛等操作，从实现的技术角度相对容易达成，但要找到契合企业自身的需求以及与管控流程匹配还是需要多花时间进行磨合，真正实现自动化从而大幅减少人工。
