摘要：制造业智能化转型背景下对非标自动化物料分拣设备要求越来越高。采用模块化设计理念开发的物料分拣设备可有效地提高装置的灵活性，可扩展性及维护性。文章系统地阐述了模块化设计的基本原则和优点，并对非标自动化物料分拣设备研发过程进行了深入地探讨，主要包括功能模块的划分，结构设计等、控制系统开发等方面，分析了该装置在实践中的性能优势，并在此基础上讨论了其运用过程中所遇到的挑战和应对策略，目的在于对非标自动化物料分拣装置的开发和推广使用提供理论参考和现实指导，促进制造业物流自动化的发展。

关键词：模块化设计；非标自动化；物料分拣设备；设备研发；应用实践

引言

在制造业飞速发展和电子商务行业崛起的大背景下，物料分拣作业量呈现爆炸式上升。根据数据显示，全球的物流行业每年处理的包裹数量已经超过了千亿件，而传统的手工分拣方法不仅效率低下，错误率也很高，这已经不能满足现代生产和物流的实际需求。以手工分拣为例子，每个人每小时大概会分拣200-300 件物品，而且错误率高达 5%-8% 。非标自动化物料分拣设备具有效率高，准确性好等优势，是提高分拣效率的重点。但不同行业和企业对物料特性和分拣要求存在显着差异，通用型分拣设备不能适应多样化需求。模块化设计理念的提出为非标自动化物料分拣设备研究与开发提供一种新思路。该装置通过对装置进行分解，使其成为一个独立的功能模块，可以对装置进行快速定制，灵活搭配和更新，从而有效地降低了研发成本，缩短了研发周期。深入研究以模块化设计为核心的非标自动化物料分拣设备研发和应用对于促进制造业智能化转型，提升物流效率有实际意义。

1. 模块化设计基本原则和优点

1.1 模块化设计的原则

模块化设计就是把一个产品或者系统拆分成多个功能独立且可以相互转换的模块，各个模块之间通过标准化接口相互联系和协同工作。在非标自动化物料分拣设备的研究与开发方面，根据物料分拣工艺流程及功能要求，该设备分为输送模块，分拣执行模块，检测识别模块和控制系统模块。各模块功能定位清晰，内部结构较为独立，外接机械接口，电气接口及通信接口等模块，以形成一个整体物料分拣设备。

1.2 模块化设计的优点

模块化设计的优点是明显的。在研发方面，每个功能模块都可以自主设计，制造及调试，减少研发复杂性并缩短研发周期。同时模块重复利用降低研发成本。该装置使用时采用模块化设计，增强装置灵活性与可扩展性。在企业分拣需求变化情况下，只要替换或者添加相应功能模块就能迅速对设备进行升级改造。另外，采用模块化设计，方便对设备进行维护和保养。

2. 非标自动化物料分拣设备研究与开发

2.1 功能模块的划分

按照物料分拣工艺流程将非标自动化物料分拣设备分为如下几个功能模块。输送模块承担着对物料进行输送并有序输送到分拣工位的任务，常用的运输方式主要包括皮带运输，链板运输和滚筒运输。其中皮带输送适于表面光洁的材料，而链板输送能处理较重，形状不规整的货物。分拣执行模块作为核心模块实现对物料的分拣，依据分拣需要可以采取机械臂分拣，气动分拣和电磁分拣。机械臂分拣的精度较高，常被用于电子元器件及其他精密物料的分拣；气动分拣反应快，适用于批量较大的普通物料分拣。所述检测识别模块，用于检测并识别材料的类型，大小，重量及颜色信息，其主要由传感器和视觉识别系统组成。

2.2 结构设计

在结构设计上，需要充分考虑到模块安装，拆卸与维修的便利性，同时也要考虑到装置整体运行的稳定性与可靠性。各个功能模块结构设计要遵循标准化，通用化的原则，使用统一安装接口及固定方式以方便快速替换模块。对分拣执行模块这类关键部件需要通过力学分析及结构优化来保证其高速运行及频繁运动时的稳定性。如利用有限元分析软件测试机械臂各关节部位应力，优化结构强度等。同时对各个功能模块空间位置进行了合理布置，对装置整体结构进行了优化，降低了装置占地面积和提高了空间利用率。经过精心的设计优化，设备所需的土地面积可以降低 20%-30% ，这使其更加适合在有限的生产环境中进行安装和使用。

2.3 控制系统的研制

在物料分拣自动化过程中，控制系统至关重要。首先根据物料分拣过程要求及功能模块运行逻辑对控制系统硬件架构进行了设计，并选取了适当控制器，传感器，执行器等硬件设备。接着，编制了控制程序以实现输送模块转速控制，分拣执行模块运动控制和检测识别模块数据采集和处理。编程实现了各个功能模块的协同作业，保证了物料分拣过程高效和精准。

3. 以模块化设计为基础，非标自动化物料分拣设备，具有性能优势

3.1 具有高效性

模块化设计物料分拣设备经过合理功能模块组合及优化控制系统可实现物料高速连续分拣操作。各个功能模块分工协作，协同作业，缩短分拣时物料等待时间和提高分拣效率。如高级视觉识别系统结合快速响应分拣执行模块可以在较短的时间内实现海量物料精准分拣。根据实际使用的数据，这种设备在每小时的分拣量上可以达到5000-10000 件，与传统的人工分拣相比，其效率提高了数十倍。

3.2 精准性强

检测识别模块利用高精度传感器及先进视觉识别技术可以精确地获得材料各种信息。控制系统基于检测和识别结果对分拣执行模块进行精准控制，以保证将物料精准分拣至指定地点。通过准确调整优化设备运行参数，可以使分拣错误率保持在很低的范围内，以适应高精度分拣作业要求。在那些对精度有极高要求的行业中，例如医药和精密仪器制造行业，可以将设备的分拣错误率控制在 0.1% 以下。

3.3 灵活性和可扩展性

该装置以模块化设计为基础，能迅速适应各种材料和分拣要求。企业在需要对新物料类型进行分拣或者调整分拣工艺等情况下，只要更换或者添加相应功能模块以及对控制系统做简单参数调整或者程序修改就可以达到设备快速更新的目的。该灵活性与可扩展性使得该装置能在相当长的时间内适应企业持续发展的要求，并减少了企业更新该装置的成本。

4. 应用挑战和应对策略

4.1 应用的挑战

以模块化设计为核心的非标自动化物料分拣设备在实践中遇到了一定的挑战。一方面不同功能模块间兼容性问题会影响到装置的正常工作。由于各个模块可能由不同的供应商提供，因此在接口标准、通信协议等方面存在差异，这可能会导致模块之间无法有效地协同工作。如某公司购买的检测识别模块和原控制系统通信协议不符，造成数据传输延迟而影响分拣效率。另一方面设备智能化水平还有待提升。伴随着制造业的智能化，人们对于物料分拣设备自主决策，故障诊断以及远程监控的功能有了越来越高的需求，现有的设备在这几个方面还存在着不足之处。

4.2 应对策略

根据以上挑战可以采取相关应对策略。制定模块接口统一标准及通信协议以增强模块供应商间的协作和协调，保证功能模块间兼容性。如行业协会可以主导统一技术标准以促进供应商间技术对接。

结束语

以模块化设计为主的非标自动化物料分拣设备，为制造业物流自动化的实现提供一种高效，灵活的解决方案。通过对功能模块进行科学合理地划分，结构设计以及控制系统的开发，本装置在高效性，精准性，灵活性及可扩展性上表现出了显著的优越性。尽管在应用过程中面临一些挑战，但通过建立统一标准、加强技术研发和人员培训等策略，能够有效解决问题。

参考文献

[1] 林永福 . 非标自动化设备的模块化设计分析 [J]. 造纸装备及材料 ，2021，50（06）：41- 43.

[2] 麻建波 . 非标自动化设备控制系统的标准化研究 [J]. 工业控制计算机 ，2021，34（01）：12- 13+16.