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        柔性化生產(chǎn)趨勢下卷煙輔料智能配盤研究

        2018-10-18 11:47:52
        物流技術(shù) 2018年10期
        關(guān)鍵詞:物流體系作業(yè)

        (貴州中煙工業(yè)有限責任公司貴陽卷煙廠,貴州 貴陽 550000)

        1 引言

        近年來,隨著煙草行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營內(nèi)外部環(huán)境變化,卷煙市場總量趨于穩(wěn)定,消費者需求更加個性化、多樣化、訂制化。各卷煙工業(yè)企業(yè)順應(yīng)這種需求,卷煙研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等開始朝多頻次、小批量、柔性化轉(zhuǎn)變。這對于工業(yè)企業(yè)物流工作提出了比較大的挑戰(zhàn),特別是在原輔料供應(yīng)物流環(huán)節(jié),由于基礎(chǔ)相對薄弱,主要還是以人工作業(yè)為主,適應(yīng)這種趨勢存在較大的難度。同時,隨著中國制造2025計劃的整體推進,國內(nèi)人工智能快速發(fā)展,AGV機器人等自動化、智能化技術(shù)開始在各個領(lǐng)域普遍應(yīng)用,產(chǎn)品價格已經(jīng)達到了替換人工的邊緣地帶,各地政府紛紛出臺“機器換人”產(chǎn)業(yè)政策。物流領(lǐng)域是“機器換人”產(chǎn)業(yè)政策的重點受益領(lǐng)域之一,京東、四達一通、日日順等快遞或物流企業(yè),普遍開始自動化、智能化技術(shù)的規(guī)?;瘧?yīng)用,但這些企業(yè)并不是簡單地應(yīng)用自動化設(shè)備,而是普遍引入基于自動化技術(shù)的“貨到人”智能揀選模式,取得了非常好的效果。輔料供應(yīng)物流與電商、快遞物流在多品種、小批量、多頻次特點上有很多相似之處,基本這些相似點,貴陽卷煙廠探索將“貨到人”智能揀選模式引入到輔料配盤環(huán)節(jié),系統(tǒng)研究工業(yè)企業(yè)輔料“貨到人”智能配盤模式構(gòu)建以及管理體系的配套,以期適應(yīng)柔性化生產(chǎn)需求和越來越大的人力成本壓力。

        2 卷煙輔料配盤現(xiàn)狀

        卷煙輔料是生產(chǎn)卷煙產(chǎn)品中不可缺少的重要組成部分,在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品調(diào)整、減害降焦等多項工作中起著重要的作用,并且直接影響卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。卷煙輔料物流作業(yè)主要分為配盤和配送,輔料配盤主要采用人工作業(yè),按照卷煙生產(chǎn)工藝和高架庫存儲要求,將不同品種的輔料組垛到同一個托盤上,碼放形式、品種和數(shù)量按照卷煙配盤標準要求進行配盤,是卷煙輔料物流中的核心環(huán)節(jié)。輔料配送主要是按配盤標準配好盤之后,將配好的輔料托盤搬運到生產(chǎn)平衡庫暫存,再根據(jù)生產(chǎn)計劃將卷接包機臺所需輔料托盤送至生產(chǎn)現(xiàn)場。

        目前,大部分工業(yè)企業(yè)普遍采用庫前配盤、高架庫暫存、AGV運送到機臺的輔料物流模式,這種模式后端高架庫暫存和AGV運送到機臺環(huán)節(jié)相對較為成熟。前端庫前配盤和運送到高架庫環(huán)節(jié),主體采用人工和機械混合作業(yè)模式,在卷煙生產(chǎn)多頻次、小批量、柔性化趨勢下,逐步顯現(xiàn)一些問題:

        (1)作業(yè)效率和精準度不能滿足需求。原來大品牌輔料普遍采用規(guī)模化、固定化的供給方式,每班按品牌及配盤標準進行輔料配盤,輔料品類、作業(yè)路徑基本固定,作業(yè)效率和精準度都有所保障。卷煙個性化、多樣化趨勢下,卷煙品規(guī)不斷增多,每班單品牌配盤批量較小,批次增加,配盤品規(guī)和配盤路徑不斷切換,對作業(yè)效率和作業(yè)精準度影響較大。

        (2)作業(yè)場地和安全存在隱患。為避免交叉作業(yè),原有輔料配盤不同品規(guī)采用物理分離的策略,采用不同場地作業(yè),但隨著卷煙品規(guī)不斷增多,這種物理分離策略基本失效,沒辦法再大量增加作業(yè)場地,只能在原有場地上進行交叉作業(yè)。此時人、叉車、液壓叉車,在同一個工作場景進行操作,人與機械混合作業(yè),容易出現(xiàn)碰撞,造成人員傷害;作業(yè)需要人員之間相互協(xié)同、配合,容易出現(xiàn)摩擦和口角;由于機械的操作空間,擠占人員操作空間??傊?,存在較大的安全隱患。

        (3)人員管理較為復雜。輔料配盤主要依托人工作業(yè),需要大量人員,以貴陽卷煙廠為例,年產(chǎn)量100萬箱,生產(chǎn)品牌多達30種,其卷煙輔料配盤需要25名員工。在卷煙個性化、多樣化趨勢下以及人工成本不斷上漲壓力下,輔料配盤人工成本壓力越來越凸顯。同時,輔料配盤人員結(jié)構(gòu)分為卷煙廠自有人員和勞務(wù)外包人員,人員結(jié)構(gòu)上的差異也加大了管理難度。

        3 輔料“貨到人”智能配盤模式

        “貨到人”揀選系統(tǒng),就是在物流中心的揀選作業(yè)流程中,由自動化物流系統(tǒng)將貨物搬運至固定站點以供揀選,即,貨動,人不動。目前,“貨到人”揀選系統(tǒng)已在快遞分揀領(lǐng)域成熟應(yīng)用,我們將這套體系引入到輔料配盤領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用。

        根據(jù)卷煙輔料配盤的特點及“貨到人”揀選系統(tǒng)要求,我們將輔料配盤平面布局規(guī)劃出輔料入庫區(qū)、配盤暫存區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、立庫入庫區(qū)四大區(qū)域,設(shè)計出存儲、揀選、輸送三大功能,具體如圖1所示:

        圖1 “貨到人”智能配盤整體布局圖

        3.1 輔料存儲功能

        主要依托AGV搬運機器人,將所有輔料品種在配盤區(qū)域建立一個自動化暫存區(qū),不同品種輔料設(shè)置機器自動識別儲位;根據(jù)配盤所需輔料,機器人代替人工進行長距離找貨過程,并自動搬運到配盤工作臺,完成配盤自動補貨作業(yè);通過WMS維持暫存區(qū)的輔料庫存平衡,庫存不足時自動從大庫存要料,并通過AGV搬運機器人完成自動入庫作業(yè),具體流程如圖2所示。

        圖2 暫存區(qū)作業(yè)流程圖

        3.2 輔料配盤功能

        設(shè)立配盤工作臺,AGV機器人將輔料搬運至此區(qū)域;作業(yè)人員在電子看板支撐下,借助RF、稱重、掃描等一系列技術(shù),完成輔料揀選、電子確認等簡單作業(yè)過程。配盤工作臺一般設(shè)計在暫存區(qū)邊緣位置,并做好與高架庫的銜接,根據(jù)輔料配盤效率要求,確定配盤工作臺數(shù)量,具體流程如圖3所示。

        圖3 配盤區(qū)作業(yè)流程圖

        3.3 輔料輸送功能

        利用AGV搬運機器人建立三大自動輸送系統(tǒng),一是暫存區(qū)補貨自動入庫系統(tǒng),暫存區(qū)補貨作業(yè)只需要叉車將大庫輔料搬運至暫存區(qū)入庫位,AGV機器人自動完成后續(xù)入庫作業(yè),避免叉車與AGV混合作業(yè)。二是配盤區(qū)自動補貨體系,根據(jù)配盤工作臺的物料需求,由AGV機器人在暫存區(qū)完成初次找貨過程,并自動搬運到配盤工作臺;補貨過程中,機器人RCS系統(tǒng)會對所有輔料貨架進行定位并確定相應(yīng)配盤工作臺,同時結(jié)合機器人及存儲貨架的空閑及遠近情況,調(diào)度合適的機器人去輔料貨架。三是立庫自動搬運區(qū),配好盤的輔料放置在配盤區(qū)固定貨架上,通過掃描托盤碼產(chǎn)生入高架庫任務(wù),機器人RCS系統(tǒng)收到倉儲管理系統(tǒng)的指令,前往貨架位置,將托盤舉起并送至入高架庫提升機,提升機將托盤提升到輸送滾筒線,托盤入高架庫存儲,具體流程如圖4所示。

        圖4 配盤區(qū)與高架庫銜接作業(yè)流程圖

        4 效益分析

        輔料“貨到人”智能配盤模式契合了工業(yè)企業(yè)卷煙個性化、多樣化趨勢,滿足了卷煙柔性化生產(chǎn)需求,實現(xiàn)了輔料配盤領(lǐng)域的技術(shù)性革命,作業(yè)效率、作業(yè)精準度、運行成本、作業(yè)人員數(shù)量等都出現(xiàn)了倍數(shù)級的改善,徹底改變了原有輔料配盤作業(yè)勞動強度大、作業(yè)現(xiàn)場亂、安全隱患存的現(xiàn)狀,取得了較好的效果。

        4.1 主要經(jīng)濟指標分析

        傳統(tǒng)的輔料配盤是采用“人找貨”方式,主要依托人工憑經(jīng)驗進行配盤,大量時間浪費在找貨和搬運過程,作業(yè)效率有限,同時人工作業(yè)難免出現(xiàn)差錯。而輔料“貨到人”智能配盤模式解決了以上問題,具有以下優(yōu)勢:

        (1)配盤效率大幅提升。與傳統(tǒng)人工作業(yè)模式相比,輔料“貨到人”智能配盤模式優(yōu)化了配盤訂單,利用AGV自動化機器人實現(xiàn)了輔料配盤的初期找貨過程,簡化了輸送系統(tǒng)和人工配盤作業(yè),并實現(xiàn)與原有高架庫系統(tǒng)的無縫對接,可將最高配盤效率提升4-6倍,見表1。

        表1 配盤效率對比表

        (2)作業(yè)精準度進一步提高。傳統(tǒng)人工配盤模式主要依托工作人員的熟練程度、工作經(jīng)驗、工作責任心等,在配盤過程中隨意性大,作業(yè)精準度存在一定風險。智能配盤模式引入信息系統(tǒng)對配盤前的輔料進行管理,系統(tǒng)在接到配盤訂單后會準確地將配盤任務(wù)下發(fā)給機器人調(diào)度系統(tǒng),由機器人將需要配盤的原輔料托盤送到揀選工作臺,工作人員根據(jù)系統(tǒng)提示的電子看板進行揀選、掃碼,確定數(shù)量及種類。揀選正確,系統(tǒng)才會下發(fā)指令讓機器人將配好的托盤送至高架庫;揀選錯誤,系統(tǒng)會報警直至揀選正確,可以保證接近100%的揀選正確率。系統(tǒng)可以記錄每一個輔料的運行軌跡,從而具有對輔料的質(zhì)量追溯功能。

        (3)后期運行成本大幅降低。原有輔料配盤運行成本主要是作業(yè)人員工資,其它設(shè)施設(shè)備較少。與傳統(tǒng)人工配盤相比,智能配盤模式可以實現(xiàn)配盤工序間的并行作業(yè),減少等待、尋找、搬運的時間,根據(jù)測算可以減少一半左右的工作人員,人工成本降低一半,設(shè)備運行成本和電費消耗總體上增加不多。經(jīng)過整體測算,預(yù)計運行成本降低約54%。

        (4)運行安全性大幅提升。智能配盤模式將作業(yè)區(qū)域嚴格分為輔料入庫區(qū)、配盤暫存區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、立庫入庫區(qū)四大區(qū)域,配盤暫存區(qū)、立庫入庫區(qū)兩個區(qū)域是AGV機器人的運行區(qū)域;輔料入庫區(qū)是叉車與AGV機器人的銜接區(qū)域,通過入庫暫存位銜接,避免了交叉運行;配盤作業(yè)區(qū)是人工主體作業(yè)區(qū)域,AGV機器人進行補貨和立庫入庫銜接,設(shè)置了專門的暫存位銜接,同時AGV機器人具有防碰撞功能,消除了作業(yè)人員安全隱患??傊?,四大區(qū)域的設(shè)置及不同類型設(shè)備、人員的相對獨立運行,有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)中人、叉車混合作業(yè)所帶來的安全隱患,大大提升了作業(yè)安全性。

        4.2 其它優(yōu)勢分析

        (1)滿足柔性化生產(chǎn)趨勢。輔料“貨到人”智能配盤模式在卷煙品規(guī)批量小、配盤切換頻繁時,更能發(fā)揮它的優(yōu)勢。暫存區(qū)可以存儲所有品牌所需輔料品類,由AGV機器人根據(jù)品牌及盤型進行輔料的初次找貨、搬運,送到作業(yè)人員面前,作業(yè)人員效率完全不受品規(guī)數(shù)量眾多、配盤品規(guī)頻繁切換影響,能夠很好地滿足柔性化生產(chǎn)需求。

        (2)便于構(gòu)建完整的輔料配盤現(xiàn)場管理體系。輔料“貨到人”智能配盤模式將作業(yè)現(xiàn)場劃分為四大區(qū)域,AGV機器人、叉車、作業(yè)人員在不同區(qū)域主體作業(yè),各區(qū)域通過暫存位有效銜接等做法,恰恰符合了人、機、料、法、環(huán)等現(xiàn)場管理生產(chǎn)要素要求,能夠較為容易地構(gòu)建完整的輔料配盤現(xiàn)場管理體系,進一步提升輔料配盤的效率和質(zhì)量。

        (3)建立完整的質(zhì)量追溯體系。輔料“貨到人”智能配盤模式中,AGV機器人要詳細記錄所有輔料暫存位置和運行軌跡,RF設(shè)備要對揀選輔料進行電子確認,這都要基于完整的輔料條碼體系,利用這套條碼追溯體系,進一步延伸,可實現(xiàn)輔料全過程的質(zhì)量追溯。

        5 應(yīng)用啟示

        隨著消費者個性化、多樣化、訂制化需求趨勢向卷煙消費領(lǐng)域蔓延,工業(yè)企業(yè)物流也開始呈現(xiàn)出多品種、小批量、多頻次的特征,與社會物流特別是快遞物流的特征趨于一致。這種趨勢對于工業(yè)物流原有固定化、規(guī)?;鳂I(yè)體系提出了較大的挑戰(zhàn),卷煙銷售物流開始向小批量、多頻次、碎片化訂單發(fā)展,原輔料供應(yīng)物流朝彈性化、柔性化、高頻次發(fā)展,原來主要依托人工、機械化作業(yè)的傳統(tǒng)工業(yè)物流體系已不能滿足這種要求,需要借助智能化、信息化手段對工業(yè)物流體系進行升級,這種升級不能是簡單的自動化設(shè)備應(yīng)用,需要對整個工業(yè)物流體系發(fā)展的方向和智能化路徑進行重新定位和系統(tǒng)思考。

        (1)工業(yè)物流的發(fā)展方向需要重新審視。原來工業(yè)物流體系主要以生產(chǎn)為核心進行建設(shè),更加關(guān)注與生產(chǎn)的銜接環(huán)節(jié),普遍通過建設(shè)高架庫,建立生產(chǎn)與物流的中轉(zhuǎn)銜接和高緩存平臺,解決上游原輔料物流環(huán)節(jié)、下游卷煙物流流轉(zhuǎn)能力不足問題。這種體系在原來計劃性較強、生產(chǎn)固化的模式下能夠起到較強的支撐作用,但在彈性化、柔性化生產(chǎn)趨勢下,體系不靈活性、高運維成本、瓶頸環(huán)節(jié)明顯等問題逐步顯現(xiàn)。

        未來工業(yè)物流體系需要更加整體、靈活,供應(yīng)物流不能僅僅依托高架庫實現(xiàn)與生產(chǎn)銜接的高緩存,要提升整個體系的流通能力和柔性能力,利用最新的智能化技術(shù)提升原輔料倉庫、配盤等各個環(huán)節(jié)的流通能力,盡力消除體系中的瓶頸環(huán)節(jié),提升整體流通能力和作業(yè)質(zhì)量,有效支撐柔性化生產(chǎn)。卷煙物流上,改變主要面向生產(chǎn)的模式,更加關(guān)注流通,提高卷煙出庫能力和流通能力,建設(shè)流通能力更高的自動化樓庫,逐步替代出庫能力和流通能力有限的高架庫。

        (2)工業(yè)物流智能化的路徑需要更加清晰。工業(yè)物流智能化不是簡單地應(yīng)用自動化設(shè)備,要更加強調(diào)智能化模式、體系的整體應(yīng)用。工業(yè)物流智能化是一個系統(tǒng)工程,不能以整體或個別環(huán)節(jié)的自動化為目標,要根據(jù)工業(yè)物流最新發(fā)展趨勢和特點,探索出合適的智能化作業(yè)體系,實現(xiàn)對傳統(tǒng)作業(yè)模式的徹底革新,在效率、成本、質(zhì)量、安全上實現(xiàn)大幅度提升。要更加強調(diào)與原有設(shè)施設(shè)備的協(xié)同銜接,有效利用原有設(shè)施設(shè)備,輔料“貨到人”智能配盤模式就充分利用了原有配盤場地,充分利用原有叉車,引入AGV自動化機器人,對各設(shè)備及人員主體作業(yè)區(qū)域進行了劃分,并做好了與輔料高架庫的高效銜接。更加強調(diào)管理體系的輔助完善,智能化體系應(yīng)用后,加快管理體系建設(shè),特別是現(xiàn)場管理體系和質(zhì)量管理體系建設(shè),實現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境和管理的系統(tǒng)化提升。

        (3)工業(yè)物流智能化建設(shè)要面向卷煙供應(yīng)鏈物流。要充分考慮與下游商業(yè)企業(yè)的一體化銜接,依托托盤聯(lián)運、紙滑托盤聯(lián)運與商業(yè)無縫銜接,減少件煙重復裝卸搬運,實現(xiàn)卷煙供應(yīng)鏈托盤單元化和一貫化作業(yè)。這需要工業(yè)物流體系支撐更加靈活的托盤碼垛方式,適應(yīng)不同商業(yè)碼垛對接需求和車輛聯(lián)運需求。要提升整個體系的流通能力,特別是節(jié)日時點的柔性出庫能力,充分利用現(xiàn)有的卷煙平庫和樓庫,進行自動化改造,將樓庫一層改造成卷煙收發(fā)貨中轉(zhuǎn)平臺,實現(xiàn)卷煙快速收發(fā)貨;要利用AGV機器人等智能化技術(shù)提升自動化樓庫體系的出貨能力,高峰節(jié)點要能夠直接調(diào)用其它環(huán)節(jié)AGV機器人瞬間提升整體出入庫能力。

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