云南財經(jīng)大學物流學院/冉文學　劉玉杰　陳凡武煙信息技術(shù)有限公司/劉軍

單元物料訂單自動化分揀線的能力探討

云南財經(jīng)大學物流學院/冉文學劉玉杰陳凡
武煙信息技術(shù)有限公司/劉軍

如何提高分揀效率，是一個直接關(guān)系到卷煙物流配送中心的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵問題。本文研究了條煙分揀過程的串聯(lián)和并聯(lián)合單問題，其計算與控制方法對選配卷煙自動化分揀系統(tǒng)設備具有指導意義。

卷煙配送、訂單自動分揀、串聯(lián)生產(chǎn)物流系統(tǒng)、并聯(lián)生產(chǎn)物流系統(tǒng)、自動化合單

隨著國家煙草專賣局“深化改革、推動重組、走向聯(lián)合、共同發(fā)展”戰(zhàn)略的推進，工商分設、工業(yè)重組效果顯著，卷煙生產(chǎn)企業(yè)的集中度要求卷煙分銷體系也要成規(guī)模和集中化。卷煙配送改變了傳統(tǒng)的批發(fā)、零售體系，建立了以現(xiàn)代物流配送為核心的現(xiàn)代流通體系。這個轉(zhuǎn)變要求建設高效的物流配送體系，應用先進的物流裝備及先進的信息管理技術(shù)，有利于降低企業(yè)成本、縮短流通時間、達到資源利用高效化。

經(jīng)過十多年的開發(fā)、研究和實踐，我國卷煙生產(chǎn)單元物料（條煙）自動化分揀設備從無到有，從手工到半自動到全自動，從單一設備走向系統(tǒng)成套設施，逐步走向成熟。就單機水平而言，其質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性都有大幅提升，已經(jīng)形成了臥式、立式等不同的產(chǎn)品類型。但是，單元物料自動化分揀設備的單機效率不等于整個分揀系統(tǒng)的效率，特別是應用不同形式的分揀設備組成自動化生產(chǎn)線，就造成了在分揀過程中客觀存在的分單、合單問題。其中合單是分揀線生產(chǎn)效率的技術(shù)關(guān)鍵。

本文針對單元物料自動化分揀設備的訂單合單問題，從串型和并型兩種生產(chǎn)線的形式去分析研究，另外再考慮訂單單元物料的輸送系統(tǒng)的速度匹配問題，任何一條分揀線都可以從這幾個方面去研究。因此，本文所論述的理論方法具有實際應用價值。

一、串型單元物料自動化分揀線

“串型單元物料自動化分揀線”就是將若干種分揀機，沿單條訂單條煙輸送帶，如N+1的五條、二條、單條分揀機串型組成的分揀機組，構(gòu)成自動分揀線，也可以是多種臥式分揀機串型組成的分揀線，如圖1所示。

圖1　串型單元物料分揀線的組合模型

圖2為典型的N+1串型單元物料自動分揀的構(gòu)成圖，其中包括五條、二條、單條等多種分揀機。五條分揀機可實現(xiàn)0.3秒撥出5條煙，即五條單機的速度達59400 條/小時；二條分揀機可實現(xiàn)0.3秒撥出2條煙，即二條單機的速度達23760條/小時；而單條分揀機0.3秒撥出1條煙，即單條單機的速度達11880條/小時。這種分揀線的分揀能力究竟是多少？多家設備生產(chǎn)商都標稱其生產(chǎn)能力指標為15000條/小時，或者超過20000 條/小時等，但我們認為這種生產(chǎn)能力指標的標識并不準確。

圖2　典型的串型單元物料自動化分揀線

如圖2所示，典型的串型單元物料自動化分揀線中，除了分揀機，還有訂單輸送帶、各種輸送機、在線打碼設備、裝箱及包裝機等，這些設備的生產(chǎn)能力指標，都直接影響分揀線的效率。假設這些設備的能力都足夠大，條煙在各種輸送機上的輸送姿態(tài)都很理想，每個訂單都按順序要用所有的分揀設備分揀一遍，即分揀線上不能出現(xiàn)多個訂單同時分揀的情況，而且分揀線由單一類型的分揀機構(gòu)成，設分揀線的分揀能力指標為I，各分揀機的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標為：

（1）如果分揀線由多種分揀機構(gòu)成，如五條、二條、單條分揀機組成分揀線，分揀線的能力應該為多少？理論研究與實際研究表明，式（1）都不能描述分揀線的能力指標。經(jīng)過深入思考，分揀線的能力指標不僅與分揀線的構(gòu)成有關(guān)，而且與訂單的結(jié)構(gòu)有關(guān)。訂單的結(jié)構(gòu)決定了在訂單i的分揀作業(yè)中，使用了五條、二條、單條分揀機的概率分別為p5i，p2i，p1i，顯然可有：

（2）設五條、二條、單條分揀機的分揀能力為λ5，λ2，λ1，分揀線的能力應該為；

（3）上述串型分揀線能力的計算公式，在嚴格的控制條件下可以這樣得出。在實際生產(chǎn)過程中，由于訂單條煙輸送帶長，相鄰兩個或者多個訂單量少，可能存在多個訂單同時分揀的情況。本文將這種兩個或者多個訂單同時作業(yè)的情況，歸于并聯(lián)型單元物料自動化分揀作業(yè)方式。

二、并型單元物料自動化分揀線

并型單元物料自動化分揀線，就是將若干種分揀機并聯(lián)組合成分揀線，如圖3所示。這些分揀機類型可以有多種，如N+1的五條、二條、單條分揀機等，可以是多種臥式分揀機并型組成的分揀線，也可以是立式分揀機、臥式分揀機混合組成并聯(lián)分揀線。

假設并型單元物料自動化分揀線上除分揀機外，其它設施的能力都足夠大，條煙在各種輸送機上的輸送姿態(tài)都很理想。設分揀線的分揀能力指標為I，各分揀機的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標為：

圖3　并型單元物料分揀線的組合模型

式（4）描述的意義是，并型單元物料自動化分揀線的能力確實是各種分揀機能力的總和。

三、復合單元物料自動化分揀線

復合單元物料自動化分揀線，就是將若干種分揀機串聯(lián)和并聯(lián)共同組合成的分揀線。圖4給出了一種實用的復合單元物料自動化分揀線，其組成包括用N+1自動分揀機構(gòu)成兩組自動分揀線，這兩組分揀線各自獨立并行工作，分揀后進行并行一級合單；另外一條分揀線用一組N+1自動分揀機和多組通道式自動分揀機串聯(lián)組成，分揀后與并行一級合單的訂單單元物料進行并行二級合單，合單后再輸送到包裝設備進行訂單包裝。

圖4　實用的復合單元物料自動化分揀線

根據(jù)前述研究成果，圖4所示的自動分揀線中，串型組合部分都可以用式（3）進行能力估算，而并行組合部分用式（4）進行能力估算。假定訂單的輸送速度以及其它環(huán)境變量都匹配，那么一級合單后，其能力估算為：

而由N+1自動分揀機和多組通道式自動分揀機串聯(lián)組成的分揀線的能力估算為：

這條復合分揀線在進行二級并行合單后，其分揀能力為：

如前所述，除了分揀機，影響分揀線能力指標的還有訂單輸送帶、各種輸送機、在線打碼設備、裝箱及包裝機等，這些設備的生產(chǎn)能力指標都直接影響分揀線的效率。所以，設備生產(chǎn)廠商自己標稱的分揀線能力，并沒有科學依據(jù)。任何一個卷煙物流配送中心，其生產(chǎn)工藝不同，分揀線的組成設備、組成形式不同，其分揀能力也不同，而單臺分揀機的額定分揀能力只是分揀線能力計算的基礎(chǔ)，并非分揀線的能力。

四、影響單元物料訂單輸送系統(tǒng)能力的其他因素

單元物料訂單輸送系統(tǒng)的速度，也是影響分揀線能力的主要因素之一。目前，國內(nèi)分揀線的單元物料訂單輸送系統(tǒng)一般定義為48～60m/min（即0.8～1m/s）。設單元物料（條煙）的寬度為100mm（即0.1m），以0.8～1m/s的速度能夠輸送單元物料的最大量為8～10單元。也就是說，每小時單元物料的輸送量為28800～36000單元/小時。如果訂單的平均量為50單元/單，為576～720單/小時，這僅是個理想值，因為訂單與訂單之間還有間距，通常定義訂單與訂單之間的間距為300mm，每小時的分揀過程中將有172800～216000mm的空運轉(zhuǎn)距離，合計可輸送條煙1728～2160單元，這時的單元物料的輸送量就將下降到27072～33840單元/小時。

需要注意的是，上述能力單元物料與單元物料之間的距離為0，單元物流的輸送姿態(tài)非常理想。如果每兩個單元物料之間增加50mm的間距，單元物料訂單輸送系統(tǒng)的輸送量就將下降到13536.5～16920單元/小時。當然，目前國內(nèi)分揀線的每兩個單元物料之間的間距沒有50mm，估計平均在30mm左右，因此多數(shù)單元物料訂單輸送系統(tǒng)的有效能力都僅在16000～20000單元/小時之間。

另外，如果單元物料的輸送姿態(tài)不好，輸送能力將受到更大影響。這個因素因為隨機性很強，這里無法論述，但可以定性說明，只要輸送姿態(tài)不好，將大幅度降低單元物料訂單輸送系統(tǒng)的有效能力。

單元物料訂單輸送系統(tǒng)速度的提高，不一定能提高分揀線的能力，因為輸送速度越高，單元物料的輸送姿態(tài)就越差，反過來分揀能力還有可能不如低速的單元物料訂單輸送系統(tǒng)的能力。就實際應用而言，單元物料訂單輸送系統(tǒng)的最高速度可以達到90m/min。

在線打碼設備、裝箱及包裝機等的能力，也是影響單元物料自動化分揀線能力的因素。就在線打碼設備而言，由于打碼信息需要長途在線通信，還有信息傳輸?shù)臏笮?，目前在線打碼能力最大也就標稱15000單元/小時。分揀能力大，輸送能力大，而打碼能力不足，同樣影響速度。解決問題的有效辦法就是分流打碼，使用多臺在線打碼設備，但打碼成本會成倍上升。

目前，國內(nèi)卷煙配送中心使用的裝箱及包裝機都是熱縮膜包裝設備，即使不計人工成本，其單個包件的成本多數(shù)已經(jīng)高于1.2元，而其效率并不高，單臺熱縮膜包裝設備穩(wěn)定運行的最高效率僅為15000單元/小時左右。據(jù)考察統(tǒng)計，國內(nèi)快遞行業(yè)的紙箱成本也就每個0.8元左右，因此建議卷煙配送中心廢除熱縮膜包裝設備，以降低包件成本，提高包裝效率。

五、結(jié)束語

總的看來，單元物料自動化分揀線是一個系統(tǒng)工程，單機設備只是構(gòu)成自動分揀線的因素之一。因此在規(guī)劃設計配送中心單元物料自動化分揀線時，一定要統(tǒng)籌考慮各種因素，不能迷信個別設備廠商不切實際的能力宣傳。本文給出的種種計算方法，都是作者多年實踐總結(jié)，相信能為卷煙配送中心的建設起到參考作用。