文/吳 壯 何 敏

煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)在煙草制絲車間和卷包車間之間起著承上啟下的作用，負(fù)責(zé)制絲車間成品煙絲存儲(chǔ)，同時(shí)滿足卷包車間煙絲原料的供給。因此，煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)是煙草智能物流配送系統(tǒng)的重要組成部分。隨著新一輪煙草行業(yè)技術(shù)系統(tǒng)的革新，煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、物流設(shè)備、控制系統(tǒng)開發(fā)及軟件系統(tǒng)開發(fā)等方面均需要進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)。

近年來，福建煙草煙絲庫物流系統(tǒng)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)上采用平庫箱式自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)，配置AGV與輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煙絲箱的自動(dòng)出入庫；同時(shí)，采用完整的接口協(xié)議，配合制絲系統(tǒng)和卷包系統(tǒng)完成煙絲的裝箱存儲(chǔ)和準(zhǔn)確出庫，在硬件配置上采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物信息準(zhǔn)確交互。廈門煙草煙絲庫物流系統(tǒng)也進(jìn)行了技術(shù)革新及優(yōu)化設(shè)計(jì)；采用平庫無貨架方式實(shí)現(xiàn)煙絲箱存儲(chǔ)，物料存儲(chǔ)方式靈活；配置單箱雙工位循環(huán)煙絲裝箱機(jī)，提高煙絲裝箱效率；翻箱喂料系統(tǒng)采用移動(dòng)式多功能機(jī)器人翻箱系統(tǒng)，任意種類煙絲可以送達(dá)任何卷煙機(jī)組，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高度柔性；AGV系統(tǒng)采用先進(jìn)的NDC激光導(dǎo)引技術(shù)，提高搬運(yùn)系統(tǒng)的定位精度及穩(wěn)定性。河南煙草儲(chǔ)絲庫物流系統(tǒng)則采用駛?cè)胧截浖軆?chǔ)存形式，提高了廠房空間利用率；配備AGV實(shí)現(xiàn)煙絲箱自動(dòng)搬運(yùn)；采用圖像識(shí)別系統(tǒng)，校驗(yàn)煙絲箱煙絲是否殘留；采用直行穿梭車對(duì)翻箱倒料機(jī)進(jìn)行實(shí)煙絲箱供給。

煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)在響應(yīng)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、智能化控制、集約化生產(chǎn)、柔性化生產(chǎn)要求的同時(shí)，要體現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)用性、先進(jìn)性、高效性、擴(kuò)展性特征。安徽中煙蚌埠卷煙廠為了建立自動(dòng)化、柔性化、信息化的智能物流配送系統(tǒng)，對(duì)煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、物流系統(tǒng)開發(fā)等方面分別進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新。

煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)是煙草智能物流配送系統(tǒng)的重要組成部分

一、煙絲庫系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

安徽中煙蚌埠卷煙廠煙絲庫遵循高效性、先進(jìn)性、兼容性、安全性、可靠性及可擴(kuò)展性等設(shè)計(jì)原則。通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案多次進(jìn)行可行性分析、技術(shù)路線認(rèn)證、有效性分析及風(fēng)險(xiǎn)分析，完成了煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)。

1.煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)

煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)由貨架系統(tǒng)、穿梭車系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、裝箱系統(tǒng)及翻箱系統(tǒng)等組成，煙絲庫系統(tǒng)布局如圖1。

圖1：煙絲庫系統(tǒng)布局圖

圖2：站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備

煙絲庫貨物單元采用箱式儲(chǔ)絲，按照上下兩箱疊放、密集庫方式存儲(chǔ)。煙絲存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)方法極大地提高了煙絲庫空間利用率，在近2000m2、凈空高7.4m廠房范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)1576個(gè)貨位，實(shí)現(xiàn)超過40噸成品煙絲的存儲(chǔ)。同時(shí)，儲(chǔ)絲箱以130～250 千克/箱為單位，小單位方式存儲(chǔ)，方便實(shí)現(xiàn)煙絲庫批次管理，避免不同煙絲之間串味，增加煙絲有效存儲(chǔ)時(shí)間。另外，煙絲箱的輸送摒棄AGV輸送形式，采用穿梭車完成煙絲箱輸送。該設(shè)計(jì)避免AGV線路規(guī)劃占用大量廠房空間，使得整個(gè)煙絲庫設(shè)計(jì)非常緊湊，提高了煙絲庫系統(tǒng)的輸送效率，增加了煙絲庫的有效存儲(chǔ)空間。

煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)是煙草智能物流配送系統(tǒng)的重要組成部分，煙絲庫系統(tǒng)故障將導(dǎo)致整個(gè)卷煙生產(chǎn)車間停線。因此，煙絲庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的應(yīng)急方案：

（1）裝箱系統(tǒng)故障應(yīng)急方案。將裝箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩條相互獨(dú)立的作業(yè)線，其中任意一條線故障，另一條線可以繼續(xù)完成裝箱作業(yè)，保證系統(tǒng)連續(xù)裝箱。

（2）翻箱系統(tǒng)故障應(yīng)急方案。翻箱系統(tǒng)配備兩套滑軌機(jī)械手，其中任意一套滑軌機(jī)械手故障，另一套可以繼續(xù)完成實(shí)箱出庫、空箱入庫的任務(wù)，保證系統(tǒng)連續(xù)翻箱。

（3）穿梭車故障應(yīng)急方案。貨架系統(tǒng)有兩層設(shè)計(jì)，每層各配備一套獨(dú)立的穿梭車系統(tǒng)，其中任意一套穿梭車故障，另一套穿梭車可以繼續(xù)完成實(shí)箱出庫、空箱入庫的任務(wù)。同時(shí)，若出現(xiàn)翻箱區(qū)緊急要料，可以安排入庫區(qū)的穿梭車優(yōu)先完成出庫任務(wù)，即通過貨架中間的輸送通道，將出庫區(qū)所需實(shí)煙絲箱從入庫區(qū)出庫后送到出庫區(qū)翻箱倒料。

二、翻箱倒料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

翻箱倒料系統(tǒng)的功能是將煙絲箱中的煙絲平穩(wěn)地導(dǎo)入喂絲機(jī)中，最大限度減少煙絲造碎率、降低揚(yáng)塵及保持煙絲完整配方。翻箱倒料系統(tǒng)大致分為五種翻箱倒料模式，即工業(yè)機(jī)器人翻箱倒料模式、龍門式翻箱倒料模式、追蹤式翻箱倒料模式、AGV式翻箱倒料模式及堆垛機(jī)式翻箱倒料模式。其中，堆垛機(jī)式翻箱倒料機(jī)為常用的翻箱倒料設(shè)備，在煙草物流領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。

圖2為站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備。該設(shè)備采用成熟的雙立柱結(jié)構(gòu)，通過鏈條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)提升功能，升降臺(tái)上配置翻轉(zhuǎn)夾抱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)翻箱倒料功能。站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備具有運(yùn)行速度快、定位準(zhǔn)確、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。然而，站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備也存在一些不足：一方面，站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備無開箱功能，煙絲倒料前要完成獨(dú)立的開箱動(dòng)作；另一方面，站立式堆垛機(jī)翻箱倒料設(shè)備無清掃及質(zhì)檢功能，煙絲倒料完成后要單獨(dú)完成煙箱清掃動(dòng)作，隨后進(jìn)行煙箱質(zhì)檢；開箱、清掃及質(zhì)檢功能的實(shí)現(xiàn)占據(jù)廠房大量空間，增加貨物單元搬運(yùn)工時(shí)。

安徽蚌埠煙絲庫物流系統(tǒng)采用移動(dòng)式堆垛機(jī)翻箱倒料模式，該套系統(tǒng)在傳統(tǒng)堆垛機(jī)式翻箱倒料模式上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖3為安徽蚌埠煙絲庫翻箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

從圖3可以看出，翻箱倒料系統(tǒng)主要包括滑軌機(jī)器人系統(tǒng)、開蓋系統(tǒng)、蓋保護(hù)系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)?；墮C(jī)器人系統(tǒng)由牽引小車、伸縮貨叉、水平旋轉(zhuǎn)裝置等組成，負(fù)責(zé)將煙絲箱送達(dá)指定位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙絲箱翻箱功能；開蓋系統(tǒng)通過真空吸附實(shí)現(xiàn)開蓋功能，用于翻箱動(dòng)作前取出箱蓋，另外保證翻箱動(dòng)作完成后將箱蓋放回容器上；蓋保護(hù)系統(tǒng)是通過機(jī)械自鎖結(jié)構(gòu)，確保箱蓋不會(huì)因氣動(dòng)故障而脫落；清潔系統(tǒng)的清潔裝置框架頂部和兩側(cè)均裝有平刷。清潔時(shí)，煙箱被移動(dòng)到清潔裝置框架上并橫向穿過框架，同時(shí)框架在振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下振動(dòng)，使得箱壁底部和兩側(cè)殘煙絲掉落到喂絲機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)煙絲箱的清潔功能；視覺系統(tǒng)由照相機(jī)及照明系統(tǒng)組成，安裝在滑軌機(jī)器上，用于探測(cè)及識(shí)別清理后的煙絲箱。

安徽蚌埠煙絲庫翻箱倒料設(shè)備將開箱、倒料、清掃、質(zhì)檢等功能一體化，一方面大幅提高廠房空間利用率，提升廠房煙絲儲(chǔ)量；另一方面降低了貨物單元無效搬運(yùn)工時(shí)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，圖4為翻箱倒料系統(tǒng)示意圖。

從圖4可以看出，移動(dòng)式堆垛機(jī)翻箱倒料機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)煙絲喂料機(jī)和煙箱站臺(tái)之間往復(fù)工作。

三、物流系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

煙絲庫物流系統(tǒng)基于智能化的設(shè)計(jì)思想和功能規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息管理、智能調(diào)度、在線監(jiān)控、系統(tǒng)集成、統(tǒng)一配送、資源共享等功能。安徽蚌埠煙絲庫物流系統(tǒng)依托WMS倉庫管理系統(tǒng)及WCS倉庫控制系統(tǒng)為核心的信息技術(shù)，綜合集成軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，相互配合，統(tǒng)一管理。同時(shí)，結(jié)合煙廠的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，信息系統(tǒng)要具備一定的開放性和可擴(kuò)展性。因此，設(shè)計(jì)綜合考慮系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)能力、預(yù)留相應(yīng)的拓展功能和協(xié)作窗口。

圖3：翻箱倒料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4：翻箱倒料系統(tǒng)示意圖

圖5：煙絲庫出庫流程說明

1.WMS倉庫管理系統(tǒng)應(yīng)用

WMS倉庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與MES/ERP等上位系統(tǒng)通訊，接收生產(chǎn)任務(wù)單，并將任務(wù)單發(fā)送給調(diào)度控制層，設(shè)備執(zhí)行完成后將作業(yè)信息反饋給上位系統(tǒng)。WMS倉庫管理系統(tǒng)通過采集、跟蹤、存儲(chǔ)、管理各種物流信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析、作業(yè)計(jì)劃管理、訂單批次管理、物料追蹤管理等功能。

安徽蚌埠煙絲庫項(xiàng)目對(duì)WMS倉庫管理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了更加全面的管理功能。使得WMS倉庫管理系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：

第一，WMS倉庫管理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效、安全。系統(tǒng)采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行方式對(duì)倉庫進(jìn)行管理，從任務(wù)的產(chǎn)生到任務(wù)結(jié)束整個(gè)生命周期，系統(tǒng)可以監(jiān)控所有任務(wù)類型及任務(wù)狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常作業(yè)；系統(tǒng)開發(fā)了人性化的任務(wù)管理功能，操作人員能夠暫停、回收、強(qiáng)制執(zhí)行任務(wù)。同時(shí)，操作人員能夠?qū)崟r(shí)查詢系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

第二，WMS倉庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程靈活管理，具備良好的開放性、擴(kuò)展性和柔性管理功能。WMS倉庫管理系統(tǒng)支持質(zhì)量管理及跟蹤；支持對(duì)庫存貨物的批次管理方式；支持定期盤點(diǎn)和循環(huán)盤點(diǎn)方式；支持倉庫、區(qū)域、貨位等多層次管理；支持貨物最大庫存量和安全庫存量設(shè)置，并有越界限報(bào)警處理功能；支持庫存貨物當(dāng)前數(shù)量鎖定等一系列功能。

第三，WMS倉庫管理系統(tǒng)軟件易于管理與維護(hù)，安裝簡(jiǎn)單方便，不向系統(tǒng)以外目錄進(jìn)行任何寫操作。

2.WCS倉庫控制系統(tǒng)應(yīng)用

WCS倉庫控制系統(tǒng)處在設(shè)備執(zhí)行層和信息管理層的中間層，其軟件功能既實(shí)現(xiàn)設(shè)備層集成，又是實(shí)現(xiàn)信息管理的基礎(chǔ)。WCS是設(shè)備執(zhí)行層的中央控制軟件，通過TCP/IP通訊方式與設(shè)備系統(tǒng)連接，進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)倉庫系統(tǒng)執(zhí)行層控制接口的集成；WCS協(xié)調(diào)穿梭車、輸送機(jī)、翻箱倒料機(jī)、裝箱系統(tǒng)等完成WMS下達(dá)的作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理的功能；通過實(shí)時(shí)收集設(shè)備層反饋，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控及對(duì)任務(wù)執(zhí)行狀況的實(shí)時(shí)跟蹤。

WCS倉庫控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)，在調(diào)度時(shí)奉行均衡負(fù)載、最短路徑、優(yōu)先級(jí)任務(wù)、堵塞就近等原則。對(duì)出入庫任務(wù)組合實(shí)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最佳的出入庫雙循環(huán)作業(yè)；另外還增加了額外的流程來加強(qiáng)系統(tǒng)安全性，降低系統(tǒng)對(duì)部分設(shè)備的依賴性。這些安全流程包括輸送線緩沖臨界檢測(cè)、設(shè)備故障任務(wù)轉(zhuǎn)移等。

為了方便用戶操作，WCS提供了一個(gè)仿真界面，界面上形象地反映了各設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及任務(wù)執(zhí)行情況，用戶可以根據(jù)自身權(quán)限進(jìn)行直觀地操作。WCS還提供操作日志、任務(wù)執(zhí)行記錄、設(shè)備故障記錄及報(bào)警等功能。

安徽蚌埠煙絲庫物流系統(tǒng)基于WMS倉庫管理系統(tǒng)及WCS倉庫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息管理、調(diào)度控制、在線監(jiān)控、系統(tǒng)集成、設(shè)備執(zhí)行等功能，最終完成系統(tǒng)所需的物流流程。其中主要物流流程包括煙絲入庫、煙絲出庫、煙絲盤點(diǎn)及抽檢、煙絲箱質(zhì)檢等。物流系統(tǒng)完成煙絲箱出庫流程如圖5。

從物流作業(yè)流程可以看出，物流系統(tǒng)通過對(duì)WMS倉庫管理系統(tǒng)及WCS倉庫控制系統(tǒng)的有效運(yùn)用，能夠?qū)ο嚓P(guān)作業(yè)信息及時(shí)進(jìn)行記錄并更新，保證貨品信息的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性。煙絲庫物流系統(tǒng)的應(yīng)用，使物流管理質(zhì)量及效率得以有效提升，為整個(gè)生產(chǎn)流程提供有力保障。

四、結(jié)論

安徽蚌埠煙絲庫物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用具備如下特點(diǎn)：物流系統(tǒng)存儲(chǔ)量大，響應(yīng)效率高；設(shè)計(jì)倉儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)急方案，保證物流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；移動(dòng)式堆垛機(jī)翻箱倒料模式的應(yīng)用，大大提高煙絲庫物流系統(tǒng)的效率；WMS倉庫管理系統(tǒng)及WCS倉庫控制系統(tǒng)的開發(fā)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)煙絲庫物流系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化、柔性化功能。

安徽蚌埠煙絲庫物流系統(tǒng)的成功實(shí)施，代表了傳統(tǒng)制造企業(yè)向“工業(yè)4.0”的邁進(jìn)，是智能制造發(fā)展的有益探索。