技術通報 283期_後疫情時代之碾米產業轉變 智慧堆棧模組技術 2022.05.12
後疫情時代之碾米產業轉變－
智慧堆棧模組技術
文／嘉創服務部 李榮致
國外碾米廠對於稻米碾製生產，逐漸重視自動化科技導入，落實農工業合作，並且積極導入IoT（物聯網）協同作業來提升產能，整合機械手臂跨域工程來解決碾米工廠人力不足及生產效率等問題。
在中國輸送機械設備公司投入湖北省有一家名為康宏糧油集團，集種植、收購稻米、儲存、碾米、貿易、物流為一體的稻米產業龍頭企業，擁有碾米能力達20萬噸／年，稻米烘乾能力達2,000噸／日，2014年康宏糧油斥資百萬元，引進全自動化堆棧生產線及堆棧機器手臂，如圖一所示，減輕工人每天搬運近500噸米包之負擔，且提升企業的科技性及生產效率；在2020年由於新冠肺炎疫情影響，康宏糧油集團主動承擔企業公民的社會責任，啟動應急生產，碾米產能全開日產2,300公噸，也依靠堆棧機械手臂幫忙減輕勞工搬運作業，完成緊急時期的白米供給任務。
日本輸送機械設備公司也投入於金源米業，為香港最大規模之食用米供應商，經辦稻米採購，碾米、包裝及市場推廣銷售，為香港米業市場佔有領導地位，金源米業於2015年也積極投入堆棧機械手臂，如圖二所示，不僅對於產線上省人省力，也對於生產管理效率方面掌握數據化管理來取代紙本作業。
國內碾米產業，主要廠商如：三好米、東遠、宏田碾米工廠及東豐拾穗農場…等，大約都設立於1970年代，產業聚落分別落於雲嘉南及花東地區，這些廠商主要從事碾米製造及銷售為主，部分產品為銷售米相關副食品等，大部分產品以自有品牌行銷全球市場；然而國內碾米廠內設備多為舊產線、老舊設備，部分碾米業者有心想導入自動化設備，然而碾米設備廠商仰賴進口設備方式販售，無法符合國內碾米廠作客製化設計，以及進口設備之技師在國外公司，疫情影響使業者叫修設備維修不易；相較於鄰近國家，如中國、香港等，知名碾米廠已投入機械手臂進行堆棧及整合系統技術，且中國及東南亞國家以米之低廉成本優勢，搶佔全球米市場。
▋碾米廠堆棧製程簡介
國內於碾米產業在白米碾製製程上，大部分製程有全自動化設備優勢，但是在堆棧製程上仍然人工作業搬運米包，使得堆棧製程產能成為碾米工廠製程上的瓶頸站，且訂單資訊及生產管理資訊上仍停留在紙本作業，導致白米碾製產能與生產管理無法提升。
目前國內碾米產業所面臨的技術缺口為尚未有相關堆棧設備技術升級與應用，在堆棧製程仍依靠人力搬運米包，加上疫情影響關係，若員工染疫將造成工廠停工，無法營業生產，國內諸多碾米設備業者並未投入機械手臂應用開發，且國內碾米設備商以單機販售為主，鮮少系統整合應用之技術，以致傳統碾米工廠科技技術與生產管理系統無法提升，也使訂單及製程資訊停留在紙本方式傳遞生產訊息。因此如何提升堆棧製程生產效率及克服人力不足成為國內碾米廠重要的解決問題。
▋ 智慧堆棧模組技術
智慧堆棧模組技術將透過機械手臂結合夾爪技術開發與延伸，廠商導入堆棧製程智能化模組及協定系統技術，進而衍伸至堆棧製程監控APP 系統，晉級開發數據化系統，使得國內碾米工廠產業可以引進相關高階設備及系統來強化生產管理及產能。
A. 軟性米包夾爪
碾米工廠包裝白米通常使用編織袋，白米在編織袋填裝的特性較為鬆軟，將軟性米包進行自動化堆棧時，需要設計考量堆棧後的米包平整性及穩固性，如果米包堆棧後不平整的話，造成堆棧後米包在移載過程中容易搖晃、倒塌等危險性。
自動化堆棧技術開發藉由機械手臂搭配夾爪來進行米包堆棧，米包的入料方式為滾筒輸送機傳輸米包至定位，夾爪再從滾筒間之間隙伸入夾取米包，再將米包移載至棧板上進行堆棧作業，如圖三所示。
本技術針對碾米工廠所堆棧的米包，其鬆軟的特性開發兩款夾爪設計：
第一款夾爪設計名為牙叉式夾爪，其設計原理為利用細長爪子結構從滾筒輸送機側面夾取米包，其米包移載過程中，將夾爪結構上的下壓鈑下壓米包，使米包穩固，然後移載至棧板上放置米包，米包堆棧一層米包後，藉由其夾爪上滾筒結構，將米包滾實，讓鬆軟的米包能更夯實、平整，堆棧的成果也能更穩固。
牙叉式夾爪設計可混線生產夾持不同米包及紙箱，如圖五所示，此設計可達到全自動化功能，無須人工調整結構及換爪等。
第二款夾爪設計名為投放式夾爪，其設計原理為利用兩側爪子結構伸入滾筒輸送機之滾筒間的間隙，將米包夾持來進行移載，其夾爪結構中有下壓鈑機構下壓米包，使米包移載過程中，不受離心力影響而導致米包滑動，然後移載至棧板上投放米包，最後再藉由下壓鈑機構壓實米包，使米包更夯實、平整，堆棧之效果也能更穩固。
投放式夾爪設計可以透過馬達驅動使兩側爪子距離調整，使爪子可夾持不同尺寸大小的米包，如圖九所示，來達到全自動化功能，無須人工調整機構及換爪機構等。
B. 智慧堆棧專家系統
系統整合廠商想導入機械手臂給碾米工廠進行米包堆棧，但碾米工廠員工平均學歷不高，也沒有操作機械手臂的相關經驗，面臨客戶端及使用端有承接機械手臂操作技術的困難問題，故本技術開發智慧堆棧專家系統，其系統載入自動堆棧排列模式技術，將不同的米包尺寸及棧板規格進行自動運算，產出最佳排列組合，並計算在不同層堆棧的最佳交編模式，系統流程如圖十所示。然後將堆棧模式劇本匯入機械手臂控制器，即可自動產生堆棧程式。
操作介面設計簡易模板，如圖十一所示，由介面點擊米包尺寸、棧板尺寸設定，然後自動堆棧排列模式技術將提供建議堆棧模式給操作員點選，並建議最佳堆棧模式，如圖十二所示，最後顯示米包堆棧後預疊顯示，如圖十三所示，讓傳統碾米廠人員皆能輕易操作，使智慧化堆棧技術得以普及。
C. 堆棧製程協定系統
國內大部分傳統碾米廠以紙本方式傳遞訂單資訊及生產管理，使得辦公室人員與生產人員之訂單生產訊息的傳達沒有效率，且容易接收到錯誤訊息，生產管理也無法有效率的提升產能與有效的派工。本技術開發碾米廠堆棧製程協定系統進行通訊連線，可透過此系統串聯辦公室ERP 或進銷存系統或獨立系統至現場，並建立電子工單看板，可執行訂單查詢、急件處理、完成回報等功能。本系統技術能整合秤重包裝機、開箱機、自動裝箱機、封箱機、金屬檢測機及機械手臂等生產設備，提供生產資料可視化設計、數位報工系統，取代紙上作業模式，以數位管理提升生產效率。
本技術結合堆棧製程管理平台系統與訂單系統來監控生產現況，再透過手機APP 可隨時掌握工廠生產及設備狀況，讓辦公室人員與生產人員同步收到訂單訊息，讓碾米工廠管理人員能強化有效管理，使碾米廠得以數位管理方式提高效能與效率。
▋ 結論
本技術主要改善傳統碾米廠堆棧製程過度仰賴勞力之工作型態，透過本技術能量來建構智動化堆棧系統設備，並開發後段堆棧包裝設備系統聯網與整合，使堆棧製程節省人力，並且提升碾米工廠生產效率，轉化碾米工廠堆棧製程數據化管理，協助傳統產業提升堆棧核心技術，引領國內碾米業朝向智慧自動化發展，促進碾米產業附加價值升級。
▋ 參考文獻
1. 康宏糧油集團：https://kknews.cc/agriculture/3x5gavo.html
2. 金源米業：https://www.youtube.com/watch?v=I4Pb8rffv4E