“機器人是智能制造發展的重要組成部分。在我們面前的這個機械手臂是卷煙小盒包裝紙智能裝填的一環，整套系統簡單概括就是‘一眼、一手、一刀’……”

日前，在福建中煙廈門煙草工業有限責任公司卷包車間內，參觀者被高速包裝設備GDX6邊上一個操控智能、動作精準、響應敏捷的機械手深深折服。

該商標紙機械手智能裝填系統具備高速包裝機小盒商標紙自動裝填功能，從硬件設計、加工、組裝到PLC系統和機械手控制程序編寫優化，均由廈門煙草工業公司卷包車間包裝機維修團隊領銜自主研發，能夠滿足日常生產功能需求，是福建中煙“智造”能力的又一有力體現。

深挖痛點 “智”為生產賦能

“怎么樣，咱們這個智能兄弟，表現如何呀？”

“黑科技滿滿，太智能了，不但不需要人工介入，而且完全避免了小盒包裝紙偶有褶皺等包裝不良的小概率風險，棒棒噠！”

自主研發項目組成員在設備正式上線后，仍舊抱著“常用常新”理念，時常蹲守在設備旁，邊調研邊發掘需求，讓設備在實際生產更好發揮作用。

從立項到投產耗時大半年，為何要自主研發這一整套系統？

廈門煙草工業公司卷包車間有7組包裝機組，高速硬盒包裝機每天使用商標紙約250萬張。

“市面上已有的自動裝填系統，從設計到使用跟實際生產不夠適配，甚至還有不少缺陷。”卷包車間包裝機組長、高級技師李志勇說，“生產期間操作工需要密切關注包裝機運行狀態，如果沒有及時添加小盒商標紙，或者放錯牌號，就會影響生產進度。”

識別出這一痛點后，李志勇同工作室其他包裝維修師碰頭商量，大家很快達成一致：“做，并且做好！”經過頭腦風暴，他們很快明確“解題思路”——自主研發一套裝填系統，用智能化手段為生產“賦能”。

如何實現從無到有的突破？“志勇師傅很快就開始梳理設計流程，流程藍本是整個項目的重中之重，決定了項目方向。”卷包車間包裝維修師劉長勝說。

2022年10月，李志勇與劉長勝等維修師組成攻關團隊，基于卷包車間現有的設備布局和實際生產需求進行現場測量、討論、分析，確定了小盒商標紙智能填裝系統技術方案，核心流程是實現商標紙的定位、抓取、輸送、拆包、碼放。

所謂的“一眼”，指的是3D視覺成像裝置，它是整個系統的眼睛和智慧“芯”，能實時識別并掃描待用的小盒商標紙，根據垛型判斷商標紙余量，一旦發現余量不足，就會通知AGV小車送料。

市面上現有的機械手裝填設備，都是滿足對一個托盤商標紙的識別和抓取，而項目團隊卻將堆垛待生產商標紙的托盤數量設計成兩個。卷煙生產環環相扣，牽一發而動全身。為何要進行大刀闊斧地改動？

以問題為導向，項目團隊發現，通過機械手抓取滿滿一托盤的10萬張商標紙只需要18分鐘左右，而AGV小車從接到取料指令、去高架庫取料到完成送料，整個過程則要30分鐘。“這就意味著12分鐘的空檔，還是需要操作工去手動搬運包裝紙。”李志勇說。

為了實現3D相機對兩垛待用包裝紙的識別，項目組放棄了較為輕量化的連桿式結構，轉而采用移動更穩定、定位更精準的氣缸式結構，讓相機沿著包裝紙上方的軌道穩定移動，從而真正讓這個新助手閃耀智能化的光芒，避免因包裝紙缺件而停產的風險。

多措并舉 探索數智應用

裝填系統的“眼”還有一個重要作用，便是獲取堆疊商標紙的定位坐標，進而對“手”發出指令，協作機械手對商標紙進行抓取，并運送到解包位置。

助生產一“臂”之力，具備重力感應功能的協作機械手，能按照系統設定精準抓取待用商標紙，智能識別并抓取每層商標紙之間的分隔牛皮紙，并將其放置到一旁的收納箱內。

對機械手臂的“抓取”動作，項目團隊不斷在論證調試中優化升級，最終版本較好滿足了生產所需。“團隊成員有一股不滿足的沖勁，每一環節都力求做到最好。”李志勇說，“機械手抓取方案也在一輪輪修改中漸趨完美。”

“原本只是設計在商標紙的正上方吸附，但機械手臂在運送商標紙過程中，一旦速度稍有變化，商標紙就容易掉落。”團隊成員薛秋競介紹，于是，他們在機械臂的抓手上增加了側面穩定系統，雙配盤模式有效提高了抓取精度和效率。

看似簡單的動作，背后卻蘊含著“小而精”的“黑科技”元素。今年3月底，整套設備系統從工作室移到車間，在試運行過程中，一個個攔路虎紛紛出現。

機械手臂頻繁出現奇異點報錯提醒，這成為壓在所有項目成員心頭的一塊大石頭。

“原以為1米7的機器手臂活動半徑能達到自身高度，但事實證明，有些指定位置它無法夠到。”團隊成員王國璽指著筆記上的圖紙說，“同時，受制于程序無法求解，有的指定位置雖然能達到，卻無法以想要的工作姿態進行抓取。”

那段時間，團隊成員一上班就湊到一塊，下班后仍然為打磨一個用于實驗的零部件而埋頭苦干。“沒有先例可循，我們必須不斷在實踐中去尋找最佳方案。”劉長勝說。

一頁頁資料、一遍遍調試、一次次修改，他們在實踐中不斷優化吸取裝置的工作姿態，終于找到了避免機械手觸達奇異點的最優解。

“兩周多的努力沒有白費，當機械手臂在兩垛待用商標紙上移動自如時，大家的心終于踏實了。”看著眼前的設備系統作業如行云流水，團隊成員都長舒一口氣。

協作機械手抓取的一疊商標紙是帶有外包裝的，在運送到包裝機前需要對牛皮紙外包裝進行裁切。“為了保證解包完整度，避免切到包裝紙，這個解包裝置除了最為直觀的‘一刀’外，還包含一整套內部系統。”劉長勝說，目前，通過調整“刀”的形狀、切割位置等多輪修正的解包裝置正在申請專利。

依托李志勇勞模創新工作室，他們以項目為載體開展創新研究與實踐，在推進控制與圖像識別、工業流程設計、機械設計、方案實施調試等方面積累了經驗。

這套智能裝填系統充分體現了靈活小巧的特點，輕盈、可自由拆卸，能滿足不同生產空間需要。目前，該系統已經安裝于卷包車間二區1組GDX6包裝機組，并將陸續推廣到其他6組設備上。相比外購，自主研發節約費用1400多萬元。

“我們將按照福建中煙整體規劃，堅持一盤棋思想，持續開展一系列探索，建立并完善機器人研究應用工作機制，拓展機器人應用場景和使用范圍，以應對智能時代生產組織模式等的變革。”廈門煙草工業公司黨委書記、董事長邱曉衛說。