文/劉劍敏 方利梅 張其東 徐大飛 余文濤

一、引言

目前我國煙草行業(yè)的競爭越來越激烈，為滿足市場需要，不同要求的訂單生產(chǎn)已成為常態(tài)化，從而對卷煙工廠的物流水平也提出了新挑戰(zhàn)。浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠以提升自身管理水平和提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)，打造工業(yè)4.0、“中國制造2025”智慧卷煙工廠為導(dǎo)向，企業(yè)全體上下秉承“憂患、拼搏、創(chuàng)新”的企業(yè)文化核心理念和“敢想敢拼、善謀善為”的企業(yè)精神，不斷完善和發(fā)展各項(xiàng)技術(shù)水平，致力于打造國內(nèi)一流卷煙工廠。

從卷煙制造的整個工藝流程來看，半成品煙絲仍采用柜式存儲，勢必會對分組加工的工藝升級產(chǎn)生諸多限制；成品與半成品箱式儲絲分開獨(dú)立布置運(yùn)行會導(dǎo)致設(shè)備的重復(fù)投資、煙箱等周轉(zhuǎn)單元重復(fù)投入，煙絲降級、殘煙絲流轉(zhuǎn)等需要在兩個系統(tǒng)中進(jìn)行人工搬運(yùn)等問題。

針對上述問題，浙江中煙寧波卷煙廠在進(jìn)行“十二五”易地技術(shù)改造高架庫系統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)之初，對如何實(shí)現(xiàn)成品與半成品煙絲儲存一體化進(jìn)行了全面細(xì)致地考慮。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在“十二五”異地技術(shù)改造項(xiàng)目中首次將半成品、成品煙絲庫采用一體化設(shè)計，在減少設(shè)備投資的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了兩庫之間自動化功能分區(qū)作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理，為箱式存儲工藝提供一種新的模式，填補(bǔ)了國內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)空白。對行業(yè)工藝提升發(fā)展與提升企業(yè)核心競爭力，具有重要輻射意義。

二、系統(tǒng)工藝流程研究與設(shè)計

本系統(tǒng)涵蓋了卷煙生產(chǎn)整個過程中的生產(chǎn)物流、存儲物流、工藝物流、包裝物流和回收物流等各個方面，突破了生產(chǎn)、存儲及運(yùn)輸?shù)雀鱾€方面的傳統(tǒng)流程設(shè)計模式，利用現(xiàn)代化物流技術(shù)和裝備，對各環(huán)節(jié)工藝模式進(jìn)行整合，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

寧波卷煙廠制絲生產(chǎn)智能物流系統(tǒng)

本系統(tǒng)必須適應(yīng)成品與半成品煙絲精細(xì)化分組加工、精細(xì)化配方、順序投料、柔性生產(chǎn)、批次管理、按訂單生產(chǎn)、質(zhì)量跟蹤、均勻摻兌、廢品剔出、信息跟蹤不斷線、提前警示、配方無限替換等需求。通過借鑒國內(nèi)外卷煙生產(chǎn)物流系統(tǒng)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)代物流技術(shù)裝備的水平，經(jīng)過物流仿真系統(tǒng)的反復(fù)分析與驗(yàn)證，提出了系統(tǒng)工藝流程圖，參見圖1。

1.系統(tǒng)范圍

本系統(tǒng)主要包含：半成品煙絲裝箱（含梗絲、膨絲、A/B/C三線葉絲裝箱）區(qū)、半成品煙絲摻配區(qū)、成品煙絲裝箱區(qū)、成品煙絲喂絲區(qū)、回用煙絲裝箱區(qū)、余料煙箱回庫區(qū)、半成品和成品煙絲高架庫進(jìn)出庫區(qū)、EMS小車輸送系統(tǒng)和外購再生煙絲進(jìn)庫區(qū)等作業(yè)區(qū)。

2.系統(tǒng)功能要求

（1）煙箱進(jìn)出庫加去蓋設(shè)備須具備以下功能：煙箱進(jìn)庫可采用機(jī)械手自動加蓋，出庫可采用機(jī)械手自動去蓋功能；煙箱進(jìn)出庫也可采用不加去蓋功能，以上功能由煙箱進(jìn)出庫WMS與WCS系統(tǒng)定義自動選擇。

（2）煙箱倒料后具備自動清除余料和清潔功能，每個箱子都必須清潔。

（3）按“先進(jìn)先出”、“出庫優(yōu)先”等原則進(jìn)行出庫作業(yè)，并可按要求指定貨位進(jìn)出庫。

（4）在接受一個批次生產(chǎn)指令時，系統(tǒng)對于不能滿足生產(chǎn)要求的庫存發(fā)出預(yù)警信息。

圖1：系統(tǒng)工藝流程圖

（5）實(shí)現(xiàn)全過程信息采集、跟蹤。

（6）系統(tǒng)設(shè)計時考慮外運(yùn)煙絲的裝箱、暫存及進(jìn)出輸送。

（7）消防配合要求：由于消防采用預(yù)作用噴淋滅火系統(tǒng)、空氣采樣早期煙霧探測系統(tǒng)，所以貨架設(shè)計過程中須考慮留出消防系統(tǒng)設(shè)備安裝的空間。

（8）環(huán)境溫濕度范圍：溫度：26±2℃；相對濕度：58±5%。

（9）考慮貨位管理功能，能夠?qū)ω浳贿M(jìn)行多狀態(tài)管理。

（10）考慮RFID檢測及實(shí)托盤剔除環(huán)節(jié)。

（11）系統(tǒng)設(shè)計還擴(kuò)展了以下需求：①按摻配和喂絲配方比例、裝箱重量等信息確定庫存分布；②可按版本號（在授權(quán)情況下，WMS具有定義貨物的功能）裝箱入庫；③庫位管理采用不定期的休閑時段堆垛機(jī)提前布貨（即實(shí)現(xiàn)不定期整倉功能）；④余料煙箱優(yōu)先出庫；⑤具備虛擬進(jìn)退庫功能；⑥煙箱出庫、翻箱摻配機(jī)前、喂絲機(jī)前對煙箱品牌具有RFID再確認(rèn)功能；⑦庫區(qū)任何一個煙箱都具有品牌更改與降級修改（在ID CODE特別授權(quán)下）功能，對于降級的煙箱在WMS數(shù)據(jù)庫更改數(shù)據(jù)后，應(yīng)具有根據(jù)WMS指令自動將煙箱RFID電子標(biāo)簽信息重寫的功能；⑧具備某些指定煙箱只能裝某種牌號煙絲的功能；⑨具備成品煙絲降為摻配煙絲使用的功能；⑩系統(tǒng)應(yīng)具有EMS小車數(shù)量、EMS小車接送貨站臺等增減的功能。

（12）高架庫的每個煙箱需要有自動鎖定功能（煙箱不可以出庫但可以在庫內(nèi)流轉(zhuǎn)），當(dāng)煙箱進(jìn)庫時自動鎖定，拿到質(zhì)檢合格報告后才可以解鎖，同時要求有手動鎖定和解鎖的功能；高架庫的每個倉位也需要手動鎖定功能，即鎖定的倉位不能進(jìn)出庫。

（13）庫存信息能夠關(guān)聯(lián)顯示，當(dāng)操作人員需要查詢某個牌號的物料時，點(diǎn)擊該牌號，庫內(nèi)所有該牌號的貨位全部顯示。

（14）具有對某一版本號的貨物拒絕入庫功能。

（15）對于監(jiān)控系統(tǒng)，要求實(shí)時跟蹤貨物信息，并且在監(jiān)控畫面中可以查詢到貨物的信息。若貨物在某個位置信息丟失，需要人工寫入、修改信息的功能。

（16）系統(tǒng)中，凡是有人工處理站臺的都放置WMS/WCS工作終端。

3. 煙絲箱式存儲

目前箱式和柜式兩種儲絲方式在國內(nèi)外煙草行業(yè)的卷煙生產(chǎn)過程中共同存在，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，然而采用自動化箱式儲絲方式優(yōu)勢明顯。近年來，國內(nèi)煙廠如上海卷煙廠、昆明卷煙廠、曲靖卷煙廠、杭州卷煙廠等都采用了煙絲箱式存儲技術(shù)。根據(jù)自動化物流技術(shù)裝備發(fā)展特點(diǎn)，以及國內(nèi)外卷煙廠最新實(shí)踐，本系統(tǒng)采用煙絲箱式存儲方式。

4. 成品與半成品煙絲箱式存儲一體化

煙絲箱式存儲一體化，包含了成品與半成品煙絲庫之間的信息一體化，即煙箱以及托盤信息、物料信息、設(shè)備狀態(tài)信息的一體化；也包含了設(shè)備的一體化，即可以實(shí)現(xiàn)兩庫設(shè)備的互通及共用。在信息和設(shè)備的一體化的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)兩庫的一體化，即“一體化設(shè)計、邏輯分離，一庫多用、互通共享”，參見圖2。

基于不同庫的工藝需求，兩庫軟件系統(tǒng)均包含WMS（倉庫管理系統(tǒng)）、WCS（倉庫控制系統(tǒng)）及底層設(shè)備的控制系統(tǒng)；硬件系統(tǒng)包含貨架及堆垛機(jī)、EMS、輸送機(jī)、加去蓋機(jī)器人、清掃機(jī)器人、AGV，以及煙箱、托盤等。

硬件層面采用了EMS系統(tǒng)，可將兩庫硬件互聯(lián)，具備設(shè)備一體化的基礎(chǔ)，軟件層面通過WMS、WCS及控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)WMS、WCS層數(shù)據(jù)庫的共享、控制系統(tǒng)層PLC間的信息傳遞及追蹤，同時也具備了信息一體化的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)一體化及邏輯分離的設(shè)計思路，因而從整體系統(tǒng)層面，具有一體化設(shè)計的可行性，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)度共用共享作業(yè)。

煙絲箱式存儲一體化應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

圖2：成品與半成品煙絲箱式存儲一體化

圖3：原料煙包智能排序出庫

圖4：系統(tǒng)工藝流程圖

（1）提高煙絲的品質(zhì)質(zhì)量。傳統(tǒng)的柜式儲絲是將煙絲按照4000kg（或8000kg、12000kg）的規(guī)格存儲在一個柜子里，對煙絲的水分控制有一定影響；同時，由于柜子是敞開的，外界的氣味或者雜物均有可能對煙絲的質(zhì)量造成影響。而煙絲箱式存儲是將煙絲按照每120kg一個存儲單元，對煙絲的水分影響較少，同時能夠減少煙絲發(fā)生串香、串味的可能性。

（2）節(jié)約生產(chǎn)制造的場地。傳統(tǒng)的柜式儲絲采用單層存放，占地面積大，采用箱式儲絲實(shí)現(xiàn)了高架庫貨位存儲，能夠向上延伸，節(jié)約生產(chǎn)制造的場地。

（3）靈活調(diào)度滿足市場需求。采用箱式儲絲，能夠靈活排產(chǎn)，可以滿足小批量多規(guī)格的市場需求。

（4）更為方便地實(shí)現(xiàn)信息化管理。采用RFID電子標(biāo)簽記錄煙絲信息，信息化程度高，質(zhì)量把控度高。

（5）滿足不斷升級的工藝需求。隨著卷煙生產(chǎn)工藝的不斷升級，傳統(tǒng)的全配方生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足工藝需求，分組加工模式正處于探索階段。煙絲箱式存儲給分組加工的模式提供有力的信息、設(shè)備技術(shù)保障。

5.原料煙包入庫收貨單自動匹配

本系統(tǒng)采用了模糊對應(yīng)的方式，收貨人員在確認(rèn)煙葉收貨單有效后就確認(rèn)收貨，操作人員按照就近原則進(jìn)行煙包上線作業(yè)，入庫煙包在輸送過程中，系統(tǒng)自動掃描煙包條碼，并將掃描到的條碼信息與煙葉收貨單進(jìn)行匹配，自動完成煙包的入庫作業(yè)。匹配算法遵循時間優(yōu)先原則，即先開的單據(jù)優(yōu)先匹配，既保證了批次系統(tǒng)的物料跟蹤原則，又最大限度簡化了工作流程、降低工作強(qiáng)度，節(jié)省了資源，提高了效率。

6.原料煙包智能排序出庫

根據(jù)制絲線柔性加工、精確加工的要求，需要原料煙包按照設(shè)定的順序嚴(yán)格出庫。在以往的情況下，排序越嚴(yán)格，煙包出庫效率越低，甚至?xí)绊懮a(chǎn)，故絕大部分煙廠都沒有做到嚴(yán)格的排序。在本系統(tǒng)中，采用了優(yōu)化的巷道任務(wù)分配策略、EMS 小車接貨前二次排序、EMS 小車系統(tǒng)智能排序、緊急補(bǔ)料排序等多種策略，實(shí)現(xiàn)了原料的嚴(yán)格排序的行業(yè)難題，在保證投料速度的前提下，實(shí)現(xiàn)了對四條生產(chǎn)的同時投料，開創(chuàng)性地解決了行業(yè)難題。參見圖3。

表1：主要設(shè)備數(shù)量與使用率

模式一：根據(jù)生產(chǎn)計劃，煙包托盤從庫中調(diào)出，經(jīng)每個巷道出庫站臺上的托盤信息一級校驗(yàn)，合格后的由EMS系統(tǒng)按制絲線投料順序?qū)?shí)托盤送至夾抱合分機(jī)，進(jìn)行煙包與托盤分離。 夾抱合分機(jī)自動將托盤與煙包分離，分離后的煙包經(jīng)輸送線送至鋼平臺輸送線。在煙包進(jìn)入每條緩存輸送線入口處，進(jìn)行二級信息核對，正確的進(jìn)入對應(yīng)緩存線，不正確的通過環(huán)線調(diào)整后進(jìn)入正確的緩存輸送線。

模式二：平臺緩存輸送線上的煙包，由垂直提升機(jī)分別送至生產(chǎn)工房一層3條制絲線入口。 進(jìn)入制絲線前系統(tǒng)再次對煙包信息進(jìn)行校驗(yàn)，合格的進(jìn)入制絲線，不合格的由剔除口剔除，同時從庫內(nèi)緊急調(diào)用同批次、品牌的煙包進(jìn)行緊急補(bǔ)料。

模式三：煙包托盤經(jīng)每個巷道出庫站臺上的托盤信息校驗(yàn)不合格的，由EMS系統(tǒng)送至整理站臺人工處理。信息識別不出的正確煙包人工確認(rèn)后繼續(xù)出庫供制絲線使用，出錯煙包托盤由操作人員查明出錯原因。同時從庫內(nèi)調(diào)用同批次、品牌的煙包托盤進(jìn)行補(bǔ)充。

模式四：夾抱合分機(jī)自動將托盤與煙包分離，分離后的托盤由托盤碼分機(jī)碼垛成組，經(jīng)條碼掃描、外形檢測合格后經(jīng)EMS系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)入庫存儲。

7.出庫煙包智能返庫

出庫至緩存線前的煙包須要返庫時，自動輸送至夾抱合分機(jī)處。夾抱合分機(jī)自動將托盤與煙包組盤，并經(jīng)托盤條碼讀取，將煙包信息綁定及外形檢測。煙包實(shí)托盤經(jīng)EMS系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)入庫存儲。見圖4。

8.霉變煙包智能補(bǔ)料

在煙包開箱后，在切片時如果發(fā)現(xiàn)煙包霉變，需要在原位進(jìn)行補(bǔ)料。但由于此時煙包已經(jīng)開箱，人工對煙葉原料進(jìn)行判別困難，因此在補(bǔ)料時只能反復(fù)辨別、確認(rèn)，才能保證補(bǔ)料準(zhǔn)確。在本項(xiàng)目中采用了信息全程跟蹤的技術(shù)，當(dāng)物流系統(tǒng)把煙包輸送到制絲線時，這包煙的牌號、批次、順序等信息一起傳送至制絲線。制絲線實(shí)時顯示當(dāng)前正在切片的煙包信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有霉變時，只要在制絲線確認(rèn)霉變，信息就會自動傳送回物流系統(tǒng)，物流系統(tǒng)根據(jù)此信息自動補(bǔ)料。

三、系統(tǒng)仿真分析與設(shè)備的優(yōu)化配置

本系統(tǒng)以AutoMod軟件為平臺，以項(xiàng)目各種參數(shù)、布局、仿真的模式、物料流程為基礎(chǔ)，對項(xiàng)目進(jìn)行了全系統(tǒng)仿真。利用Path Mover、Conveyor、Warehouse和Kinematics等多個物流設(shè)備建模子系統(tǒng)，建立EMS系統(tǒng)、輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)輸送臺和自動立體倉庫等物流輸送設(shè)備的仿真模型，并對物料輸送流程、設(shè)備控制邏輯和設(shè)備使用效率等進(jìn)行仿真分析與不斷改進(jìn)，最終確定的設(shè)備與使用率參見表1。

四、結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)施后完全實(shí)現(xiàn)半成品與成品煙絲庫兩庫打通與分離自動切換、自動分區(qū)管理，具備煙絲箱式存儲與調(diào)度的一體化作業(yè)能力和庫存存儲與數(shù)據(jù)兩庫共享的目標(biāo)。取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，提高了制絲生產(chǎn)線的自動化控制水平，方便操作人員操作，煙絲庫（CT1與CT2）有效作業(yè)率提高15%，節(jié)約設(shè)備固定資產(chǎn)投資500萬元，同時設(shè)備維護(hù)量減少，備品備件數(shù)量減少。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程歷史回放、生產(chǎn)批次管理和質(zhì)量追溯功能，提高了企業(yè)的質(zhì)量管理能力和質(zhì)量控制能力。