一种果筐数字化生产线及其控制系统

我国是果业大国，水果种植面积及产量一直处于全球领先水平，但目前来看，相比于欧美等发达国家，我国果林机械化水平仍较低，平均综合机械化率低于30.0%。

农业机械是生产农业机械，包括畜牧业机械、农田建设机械、土壤耕作机械、作物收获机械、果林农业机械等，其中果林农业机械是在经济果林栽培管理及果品生产各项作业中所用到的机械。果林作业有土壤耕作、移栽嫁接、果树施肥、土地灌溉、中耕除草以及果品收获等，使用果林农业机械既能减轻劳动强度，又能提高工作效率，近年来，随着果林农业机械化进程加快，果林农业机械市场规模逐渐扩大。目前我国果林农业机械行业发展仍面临机械质量不稳、利用率较低、农机农艺融合度低、相关技术人员少等问题。整体来看，果林机械化水平低下已成为制约果业现代化发展的主要因素之一，未来果林农业机械市场发展潜力巨大。果林农业机械是加快果业产业化、现代化发展的重要装备，近年来，在国家扶持力度加大、农业机械化进程加快的背景下，果林农业机械化水平有所提升。但目前来看，我国果林农业机械化水平仍较低，且发展缓慢，但我国是水果种植大国，果林农业机械市场发展潜力巨大。中国领土广大，人口众多，发展农业有利于保障和提升人民生活质量，同时中国也是农业大国，近年来的许多政策以及中央文件都聚焦农业。目前全国水果产量增产，特别是广西作为水果产出大国，对果筐需求量剧增；国家也出台了一系列农业技术装备相关扶持政策，目的就是提高农业机械化水平。与传统人工车间相比，本果筐生产线以及控制系统实现了自动生产功能，不仅节省了人工费用，还消除了人工劳动疲劳带来的事故隐患风险。全国水果产量的增加将刺激市场对于果筐的需求，本项目的应用将对经济发展有积极作用。

为了响应国家农业政策的号召，提高全国果林、农业机械化水平；为社会进步发展做出贡献，保障和提升人民生活质量；为推动市场经济发展，保障水果产业配套设施跟上迅猛发展的水果产业，推动水果产业稳步发展；为企业提供降本增效方案，保障果筐生产过程高效、安全、自动化。

研究目标是实现果筐智能、高效、低成本的数字化生产线建设；项目成功实行后，将有效解决果筐生产效率低、产品质量不稳定、生产成本高等果筐生产、供应的问题，更好地满足水果市场对果筐的供给需求。因此果筐数字化生产流水线及其综合控制平台具有实际意义。

本产品为一种数字化果筐生产线及其控制系统，由机械结构、电气控制系统、软件系统组成，拥有基于PLC控制技术的果筐生产车间自动上料、自动取料、输送和码垛等智能控制集成系统、自主开发基于人机界面技术的果筐生产数字化车间监视系统、以及完成数字化车间配套设备的集成技术研究，具有实现果筐生产过程的自动化、远程监控和智能化控制的功能。

   综合控制平台是一种能够集成多种不同控制系统，实现综合控制和管理的平台。它可以通过一个中心控制器或者综合控制软件来集成、监控和控制的系统，如自动化系统、监控系统与网络通信系统等。综合控制平台已经广泛应用于工业自动化、智能交通及智慧城市等领域。

1.国外技术现状

国外在自动化流水线和工业控制领域具有较早的研究基础。欧美发达国家如美国、德国和日本等在自动化设备、机器人技术与工业控制系统等方面处于领先地位。这些国家已经建立了完善的产学研一体化体系，推动技术创新和应用。在综合控制平台方面，这些国家在工业4.0、物联网和大数据分析等技术的应用上具有较高的水平，为提高生产效率、降低成本和保障产品质量提供了有力支持。国外研究在分析由继电器和切换阀组成的塑料注塑机控制系统的局限性，包括接线复杂、控制精度低、维护不便和灵活性不足,为了解决这些问题，设计了一种基于单片机控制器的注塑机控制系统，新型控制系统由单片机、电磁阀和传感器等关键部件组成。通过单片机的高效控制、信号处理能力以及Modbus通信技术，使该系统能够提高注塑机的生产精度性和稳定性。相比之前基于继电器和切换阀的传统系统，新型控制系统具有更高的控制精度和稳定性，能够更准确地控制注塑机的动作和参数。WISEPLAS（韩国）：该企业是一家专业生产塑料包装制品的企业，他们的塑料果筐生产线中应用了注塑成型技术和机器人自动化操作技术。通过机器人的自动化操作，实现了原材料的自动化投放、成品的自动化取出，大大提高了生产效率和产品质量。同时，他们还应用了智能化监控系统，实时监测生产过程，以优化生产计划和控制生产成本。德国的克拉斯机器人公司是一家领先的机器人生产厂商，他们提供的机器人通过利用Modbus通信技术和自动化操作技术可以在塑料果筐生产线上实现自动化的取料、投料、装配等操作。

2.国内技术现状

随着先进数字化制造技术的发展和成熟，国内科研机构和学者开展了较为深入的研究。

华中科技大学对高端装备数字化设计、制造系统集成等技术开展了大量研究，其成果已在我国一些重要企业中应用。“数字制造装备与技术”国家重点实验室在先进数字化制造设计与集成、高端装备数控装备与关键技术等方面开展了深入研究，并在国家各重大专项的支持下，获得了相应的研究成果，同时该团队针对网络化制造所面临的安全漏洞与威胁，开展了大量针对制造设备网络化制造所面临的信息安全技术研究，对全世界各先进制造系统所存在的安全漏洞开展深入分析，总结并归纳出了各种技术漏洞与问题，同步提出了能够确保全球数字化制造系统安全运行的先进体系架构，在柔性化、精益生产方面，该团队依托“板料加工流程管理与系统”项目，将制造企业的过程管理技术与信息化技术深度融合，并同步将汽车制造企业的准时生产模式引入其中，提出一种能够集柔性化和精益生产为一体的先进制造方法，同时创新性开发了一种将流程管理与技术相结合的先进库房管理系统，并将其成功应用于企业的生产管理过程中。

3.当前国内果筐数字化生产技术现状

由于我国生产数字化无人车间关键控制技术研究起步相对较晚，而且针对性数字化生产，比如针对果筐数字化生产，其各项环节控制技术相对分散，集成技术积累较为薄弱，数字化车间技术的研究及应用不充分，特别是我市处于经济较为落后地区，果筐产业的智能装备技术和数字化进程相对较慢，更需要加大投入，解决我市乃至全区水果产业中果筐数字化生产问题。

在整个数字化生产过程，该技术针对国外分析研究由继电器和切换阀组成的塑料注塑机控制系统存在接线复杂、控制精度低、维护不便、灵活性不足等缺点，采用实际应用方法的仿真评估，设计了基于PLC控制器的注塑机控制系统，新型控制系统由PLC组成，变频器、传感器等部件，提高了生产精度性，稳定性，这种新型控制系统能够取得更好的性能，效果更好，从而降低稳定系统的能耗。

总体来说果筐注塑机生产流水线利用PLC技术实现自动生产功能，能够完成从上料到生产结束运输果筐到达指定位置的自动化操作，相比较之下在上料和运输增加了PLC控制不仅大大的提高了产品的生产速度，还节省了人工操作。

由于我国生产数字化无人车间关键控制技术研究起步相对较晚，而且针对性数字化生产，比如针对果筐数字化生产，其各项环节控制技术相对分散，集成技术积累较为薄弱，数字化车间技术的研究及应用不充分，特别是我市处于经济较为落后地区，果筐产业的智能装备技术和数字化进程相对较慢，更需要加大投入，解决我市乃至全区水果产业中果筐数字化生产问题。

可以在很大程度上减少设备运行时安全隐患，提高操作人员的生产安全性，同时也提高了果筐的生产效率，满足了工作的需求。数字化果筐生产利用自动化设备和数字化技术进行生产，不需要人工参与，可以实现连续生产和高效率生产。相比传统生产方法，数字化生产方法可以大大提高生产效率，减少生产周期，满足快速交付的需求。

1.传统果筐生产技术的不足：传统注塑生产需要一系列的生产设备，包括注塑机、模具等，设备投入、模具制造等成本相对较高，增加了生产成本。注塑生产需要使用大量的塑料原料，这些原料会产生废弃物，对环境造成一定程度的污染。而且，塑料在自然环境中难以降解，会给环境造成长期的危害。传统注塑生产需要进行模具设计、加工、注塑等多个环节，生产效率相对较低，需要较长的生产周期。传统注塑控制过程自动化水平低，上料/下料采用人工方式，劳动强度大，并有一定的安全隐患。生产灵活性不高，如果需要生产其他型号或尺寸的果筐，就需要重新制作模具，增加了生产成本和生产周期。

2.产品优势：在果筐数字化生产线以及控制系统应用PLC技术、单片机技术及HMI技术，可以在很大程度上减少设备运行时安全隐患，提高操作人员的生产安全性，同时也提高了果筐的生产效率，满足了工作的需求。相对于传统的、半自动制造果框的生产线减少了人为操作的延迟和错误，实现连续高效生产，从而提高生产效率；降低人为因素对质量的影响，提高产品的一致性和稳定性，保证产品质量；快速适应不同产品的生产需求，便于调整生产流程；增强灵活性；减少对大量人工的依赖，降低劳动力费用，降低人力成本；能更快地调整生产，满足市场变化，快速响应市场需求；实时监控与故障预警，即时发现问题，提前预警，减少停机时间；依托大量生产数据，做出更明智的决策；实现对原材料、能源等资源的精准配置。具体优势如下：

（1）提高生产效率

数字化果筐生产利用自动化设备和数字化技术进行生产，不需要人工参与，可以实现连续生产和高效率生产。相比传统生产方法，数字化生产方法可以大大提高生产效率，减少生产周期，满足快速交付的需求。

（2）提高生产质量稳定性。

数字化果筐生产过程中使用的自动化设备可以实现高精度制造，相比传统手工制作方法，数字化生产方法可以大大提高生产质量稳定性，减少人工误差，提高产品一致性。

（3）实现个性化和多样性设计。

数字化果筐生产可以实现灵活的设计和定制，可以根据客户需求进行个性化和多样性设计。这使得数字化果筐生产可以更好地满足现代市场对于多样化和个性化的需求。

降低环境影响。数字化果筐生产利用自动化设备和数字化技术进行生产，减少了人工参与，可以降低对环境的影响。同时，数字化生产方法可以有效地利用资源，减少废弃物的产生。

（4）全自动生产

该生产线可以实现从原材料到成品的全自动生产，减少了人工操作和生产成本。

（5）数字化控制

该生产线采用数字化控制系统，可以准确控制每个生产环节，提高了生产效率和质量。

（6）一体化设计

该生产线采用一体化设计，将多个生产环节集成在一起，减少了生产线长度和空间占用。

（7）灵活性高

该生产线可以根据不同规格的果筐进行调整，生产灵活性高。

基于PLC控制技术的果筐生产车间自动上料、自动取料、输送和码垛等智能控制集成系统、自主开发基于人机界面技术的果筐生产数字化车间监视系统、以及完成数字化车间配套设备的集成技术研究，具有实现果筐生产过程的自动化、远程监控和智能化控制的功能。

应用综合控制平台集成多种不同控制系统，实现综合控制和管理的平台。通过中心控制器或者综合控制软件来集成、监控和控制的系统。

随着智能化技术的不断发展，可以引入图像识别系统，进一步提升产品质量和生产效率。其次，可以将该控制平台与物联网技术相结合，实现远程监控和管理。通过将控制平台连接到互联网，生产数据可以实时传输到云端服务器，并可以通过手机、平板电脑等终端设备进行远程监控和控制。这将为企业提供更便捷和灵活的生产管理方式。此外，我们还可以考虑引入机器学习和人工智能算法，对生产数据进行分析和预测，以优化生产过程，实现对系统的自学习、自优化和远程监控等功能，提高系统的智能化水平和效率，通过对大量的生产数据进行挖掘和分析，可以发现生产中的潜在问题和改进空间，并进行智能调整和优化。同时，目前各厂商的PLC控制器存在差异，使得不同设备之间的通信和协作存在一定困难。未来，随着国际标准的制定和应用，PLC控制器将会更加统一和标准化，使得不同设备之间的互通更加方便和可靠。

初期：主导事业型战略（1-3年）

1.主要目标市场

果筐数字化生产线是众多可持续发展产业之一，通过减小果农到买家之间的损失来减小成本达到盈利目的。故首要的目标客户就是果农，其次再将市场转向其他方向预期到2030年，世界上35%的化工产品将被微生物制造产品所取代，在项目创建初期，利用自身技术和成本优势、为果农生产商和运营商提供合理的运输路线及水果实时状态系统。并借助政策趋势，与水果生产领域、电商领域、合作，为其提供一流的实时追踪系统。用一至三年时间迅速进入国内果筐数字化生产系统市场并成立公司。

2.市场战略部署

考虑到创业初期团队品牌知名度不高，本团队作出以下部署：紧跟行业前沿企业技术脚步，不断提升系统的核心竞争力，探索市场中未开拓的领域。

中期：纵向一体化战略（4－6年）

1.主要目标市场

基础型果筐运输实时追踪系统在保持原有市场业务持续增长的基础上，与国内知名运营企业合作，建立战略合作伙伴关系主力抢占果筐数字化生产领域市场。扩大原有的水果生产领域市场的规模。与电商企业合资开设工厂，吸纳高新技术人才。扩大团队核心竞争。

2.市场战略部署

鉴于品牌效应优势大。本项目系统升级优化要求较高，因而中期战略重点在于获得与知名高校长期合作机会，积极培养优秀人才。

远期：相关多元化战略（6－10年）

1.主要目标市场

果筐数字化生产线在协调运输方面已展现巨大的经济效益与社会价值，并电商行业快速发展，随着更高级的系统不断研发与升级，未来还可能进入其他领域，实现各产业全方位、多领域、高精尖的长远发展。加强与政府的合作力度是降低进入门槛的关键。

2.市场战略部署

打造高新技术主导产业，争做行业开拓者。