文/崔江波 孟祥婷 朱江

近年來，煙草行業(yè)隨著生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)內(nèi)外部環(huán)境的變化，卷煙市場(chǎng)總量趨于穩(wěn)定，消費(fèi)者的需求朝個(gè)性化、多樣化、定制化方向發(fā)展。通過定制平臺(tái)，消費(fèi)者可以選擇適合自己使用場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)香煙并且對(duì)外觀進(jìn)行自主個(gè)性化設(shè)計(jì)。煙草定制化服務(wù)的出現(xiàn)說明在面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)，只有牢牢抓住消費(fèi)者，知道消費(fèi)者的實(shí)際需要，打造滿足消費(fèi)者需求的高質(zhì)量個(gè)性化產(chǎn)品才能占有市場(chǎng)。為了適應(yīng)市場(chǎng)和滿足消費(fèi)者不斷變化的需求，各卷煙工業(yè)企業(yè)在卷煙研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)開始朝多頻次、小批量、柔性化轉(zhuǎn)變。這種碎片化訂單生產(chǎn)模式對(duì)于固有的工業(yè)企業(yè)物流體系提出了巨大的挑戰(zhàn)。不但要求物流服務(wù)要更加柔性化，而且物流系統(tǒng)也要敏捷、迅速地響應(yīng)這種變化。其中，輔料揀選配盤環(huán)節(jié)是卷煙工業(yè)物流中滿足碎片化訂單、實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確快速的輔料揀選是制約物流柔性化服務(wù)、滿足消費(fèi)者需要的關(guān)鍵。而現(xiàn)在輔料揀選配盤環(huán)節(jié)沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，完全為人工作業(yè)模式，由人工進(jìn)行揀選，叉車進(jìn)行搬運(yùn)，常常出現(xiàn)人、叉車交叉作業(yè)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)混亂的場(chǎng)面，影響配盤的效率和準(zhǔn)確性。所以亟需建立一種智能化的卷選配盤系統(tǒng)，提高輔料配盤的效率及準(zhǔn)確性，提高輔料物流整體自動(dòng)化水平，來滿足消費(fèi)者個(gè)性化碎片訂單需求。

在卷煙工業(yè)物流環(huán)節(jié)中，輔料揀選配盤環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)碎片化訂單的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確快速的輔料揀選是滿足消費(fèi)者碎片化訂單需要的關(guān)鍵

一、總體布局設(shè)計(jì)

本文主要利用多頭桁架機(jī)械手實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)揀選配盤，利用配盤控制系統(tǒng)控制輸送機(jī)、頂升移載機(jī)、提升機(jī)、子母穿梭板等自動(dòng)化設(shè)備完成找貨、送貨和搬運(yùn)等工作。體系整體架構(gòu)如圖1所示，主要利用穿梭板式貨架建立一個(gè)輔料自動(dòng)暫存區(qū)，用于配盤所需輔料的暫存，暫存區(qū)內(nèi)由提升機(jī)、子母穿梭板完成自動(dòng)出入庫(kù)區(qū)和自動(dòng)找貨、搬運(yùn)作業(yè)等；配盤工作區(qū)內(nèi)揀選配盤作業(yè)由多頭桁架機(jī)械手自動(dòng)完成；配盤完成后由輸送機(jī)自動(dòng)搬運(yùn)到高架庫(kù)入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)與高架庫(kù)的自動(dòng)化銜接。

將輔料入高架庫(kù)前的配盤區(qū)域規(guī)劃出四大區(qū)域，依次是：輔料收貨區(qū)、輔料暫存區(qū)、機(jī)器人自動(dòng)碼垛區(qū)、配盤入高架庫(kù)區(qū)。如圖1。

圖1：總體布局圖

1.輔料收貨區(qū)

從平庫(kù)由叉車運(yùn)來的單品種輔料直接放置在穿梭板式貨架入口處，操作人員錄入輔料信息，并通過手持PDA掃描托架碼，輔料智能配盤管理系統(tǒng)將輔料信息與托盤綁定，隨后系統(tǒng)調(diào)度升降機(jī)、子母穿梭板將輔料來料運(yùn)送至穿梭板式貨架中暫存。

2.輔料暫存區(qū)

為穿梭板式貨架系統(tǒng)，由子母式穿梭板、提升機(jī)及貨架組成。穿梭板式貨架共3層，1 0列，頂層為6進(jìn)深，其余兩層均為4進(jìn)深，一共有10×6×1+10×4×2=140個(gè)存儲(chǔ)單元，單個(gè)存儲(chǔ)單元尺寸為1500mm×1300mm×1700mm。底層用于存放拆開包裝的待碼垛輔料、殘盤及空托盤，每列存一種輔料。中層用于存放包裝紙殼箱及空托盤。頂層用于存放空托盤。在底層與中層需要倒貨時(shí)，頂層也用于提供臨時(shí)存儲(chǔ)空間。待碼垛的輔料存儲(chǔ)于該貨架中，需要碼垛時(shí)，將由該貨架自動(dòng)出貨。形成的空托盤及殘盤將返回該貨架，等待統(tǒng)一處理；子母式穿梭板用于輸送輔料托盤；提升機(jī)用于待碼垛輔料入高層貨架的提升。

3.機(jī)器人自動(dòng)碼垛區(qū)

機(jī)器人自動(dòng)碼垛區(qū)由穿梭車、輸送機(jī)、頂升移載機(jī)、拆盤機(jī)、多頭桁架機(jī)械手組成。設(shè)置待揀選位5個(gè)，配盤入庫(kù)位1個(gè)，人工拆包位1個(gè)，從穿梭板式貨架系統(tǒng)中調(diào)出準(zhǔn)備待碼垛的輔料，由輸送機(jī)和穿梭車將待碼垛輔料輸送到人工拆包位進(jìn)行拆包，再運(yùn)送到各個(gè)待揀選工位，由桁架機(jī)械手將輔料按配盤方案依次碼垛到輸送線上配盤入庫(kù)位的空托盤上，碼完盤的輔料托盤由輸送機(jī)送進(jìn)高架庫(kù)儲(chǔ)存。穿梭車和輸送機(jī)用于輸送輔料托盤；頂升移載機(jī)用于輔料托盤在不同高度的輸送機(jī)上切換路徑；拆盤機(jī)用于將托盤組拆成單個(gè)托盤；多頭桁架機(jī)械手用于輔料碼垛。

4.配盤入高架庫(kù)區(qū)

為已配好盤的輔料進(jìn)入高架庫(kù)的通道，由自動(dòng)化輸送機(jī)組成。

圖2： 流程路線圖

二、功能設(shè)計(jì)

1.輔料存儲(chǔ)功能

主要是依托穿梭板式貨架系統(tǒng)，在輔料智能配盤管理系統(tǒng)的控制下，不同品種輔料由子母穿梭板自動(dòng)識(shí)別儲(chǔ)位存儲(chǔ)；根據(jù)配盤所需輔料，子母穿梭板在貨架中自動(dòng)查找并搬運(yùn)到揀選工作臺(tái)，完成配盤輔料自動(dòng)補(bǔ)貨作業(yè)；自動(dòng)維持暫存區(qū)的輔料庫(kù)存平衡，根據(jù)每日配盤計(jì)劃向輔料綜合庫(kù)要料，并通過提升機(jī)、子母穿梭板自動(dòng)存入貨架中。

2.輔料配盤功能

當(dāng)輔料智能配盤管理系統(tǒng)下發(fā)配盤任務(wù)時(shí)，多頭桁架機(jī)械手根據(jù)輔料智能配盤管理系統(tǒng)的任務(wù)信息，自動(dòng)完成輔料揀選，自動(dòng)將輔料數(shù)量、品種、廠家等信息與托盤條碼綁定。

3.輔料輸送功能

一是暫存區(qū)自動(dòng)入庫(kù)系統(tǒng)，暫存區(qū)入庫(kù)作業(yè)只需要叉車將大庫(kù)輔料搬運(yùn)至貨架入庫(kù)位，輔料智能配盤管理系統(tǒng)下發(fā)指令，提升機(jī)、子母穿梭板自動(dòng)完成入庫(kù)作業(yè)。二是配盤區(qū)自動(dòng)送補(bǔ)貨體系，根據(jù)配盤工作臺(tái)的物料需求，輔料智能配盤管理系統(tǒng)自動(dòng)下發(fā)送補(bǔ)料指令，由子母穿梭板在貨架中完成自動(dòng)找貨，并由輸送機(jī)自動(dòng)搬運(yùn)到揀選工作臺(tái)的待揀選位；三是配盤自動(dòng)入庫(kù)區(qū)，配好盤的輔料放置在配盤入立庫(kù)位上，輔料智能配盤管理系統(tǒng)下發(fā)入庫(kù)指令，輸送機(jī)將已配好的托盤自動(dòng)送入高架庫(kù)中。

三、流程設(shè)計(jì)

流程路線圖如圖2，主要流程圖如圖3。

圖3：主要流程圖

1.輔料收貨流程

輔料智能配盤管理系統(tǒng)可以根據(jù)MES等系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃，自動(dòng)生成配盤訂單，并向輔料大庫(kù)要料。人工通過手持PDA掃描托架碼，將輔料信息綁定在托架上，生成入暫存區(qū)任務(wù)，系統(tǒng)管理貨架貨位及庫(kù)存，同時(shí)向貨架系統(tǒng)發(fā)送入庫(kù)任務(wù)命令。

2.配盤入高架庫(kù)流程

輔料智能配盤管理系統(tǒng)根據(jù)配盤訂單，將所需搬運(yùn)的輔料托盤告訴貨架系統(tǒng)，貨架系統(tǒng)完成輔料托盤的找貨，并將輔料托盤運(yùn)送到待揀選位。輔料智能配盤管理系統(tǒng)顯示準(zhǔn)確的配盤信息，包括計(jì)劃數(shù)，牌號(hào)及配盤標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人根據(jù)系統(tǒng)配盤信息進(jìn)行輔料揀選，當(dāng)待揀選位出現(xiàn)空托盤，系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)貨。揀選完成后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄輔料的品種、數(shù)量、廠家等批次信息，并與托盤碼綁定后自動(dòng)入高架庫(kù)。

四、卷煙輔料智能配盤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

卷煙輔料智能配盤系統(tǒng)管理層次可分為三層（如圖4）：

第一，《洪范五行傳》以《洪范》“五行”“五事”“皇極”為基本結(jié)構(gòu)，拋棄了戰(zhàn)國(guó)以來五行學(xué)文獻(xiàn)中常見的“四時(shí)—五行”體系，這使其基本脫離了傳統(tǒng)五行學(xué)文獻(xiàn)歸本陰陽、依時(shí)刑德的思想框架，建立起更具儒學(xué)色彩的政治災(zāi)異論。

圖4：管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.信息管理層

信息管理系統(tǒng)作為輔料入高架庫(kù)前的揀選配盤環(huán)節(jié)的調(diào)度管理中心和信息存儲(chǔ)處理中心，負(fù)責(zé)處理本環(huán)節(jié)運(yùn)行過程中的綜合信息，是本環(huán)節(jié)的后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)，具有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的功能。同時(shí)還要與ERP倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、高架庫(kù)信息管理系統(tǒng)緊密集成，是聯(lián)系ERP倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)和高架庫(kù)信息管理系統(tǒng)的紐帶。主要功能有：入暫存區(qū)管理、配盤訂單管理、配盤任務(wù)管理、配盤庫(kù)存管理等。

2.設(shè)備調(diào)度層

作為控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔料智能配盤系統(tǒng)的自動(dòng)操作、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷定位和報(bào)警顯示、記錄等。

3.設(shè)備操作層

負(fù)責(zé)各設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行，并可實(shí)時(shí)接收監(jiān)控級(jí)的操作命令，向監(jiān)控級(jí)發(fā)出請(qǐng)求，報(bào)告設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。采用PLC工業(yè)控制總線網(wǎng)絡(luò)方式連接各遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)、人機(jī)智能信息屏、條碼掃描設(shè)備的智能終端。

五、卷煙輔料智能配盤管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.配盤作業(yè)規(guī)范化

整個(gè)區(qū)域貨物的輸送完全由輸送機(jī)來完成，沒有人的參與；配盤輔料存放于貨架之中，規(guī)劃整齊；輔料碼垛環(huán)節(jié)完全由機(jī)器人完成，配盤作業(yè)規(guī)范。改變了原先人、車、物交叉配盤作業(yè)模式，消除了配盤區(qū)域內(nèi)因交叉作業(yè)造成的等待、停滯、碰撞等混亂局面。

2.減員增效

（1）自動(dòng)化設(shè)備代替原有叉車搬運(yùn)、人工碼垛、人工收貨、人工確認(rèn)入庫(kù)等環(huán)節(jié)，大大減少人工成本。

（2）系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)度物料搬運(yùn)、暫存、配盤、入高架庫(kù)等作業(yè)，物料能及時(shí)到位，提升配盤效率。

3.避免錯(cuò)配漏配

（1）庫(kù)內(nèi)物料由系統(tǒng)統(tǒng)一管理調(diào)度，輸送系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)的配盤訂單搬運(yùn)物料，保證不發(fā)生錯(cuò)搬情況；

4.自動(dòng)盤庫(kù)

（1）配盤過程中，系統(tǒng)及時(shí)過賬盤庫(kù)，實(shí)時(shí)更新；

（2）可及時(shí)發(fā)現(xiàn)輔料在庫(kù)量不足，提示采購(gòu)及時(shí)下單，避免庫(kù)存不足，影響配盤和生產(chǎn)效率。

5.便于質(zhì)量追溯

傳統(tǒng)的作業(yè)模式只記錄輔料的收貨、配盤、入庫(kù)、暫存的數(shù)量名稱，配盤全過程的信息或資料是間斷不連貫的，也是不全面的，難于進(jìn)行質(zhì)量追溯。輔料從進(jìn)收貨區(qū)到入高架庫(kù)前的每個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中都有對(duì)其進(jìn)行的記錄（包括數(shù)量、時(shí)間、名稱、處于哪個(gè)環(huán)節(jié)等等），而且信息記錄是連貫的，方便進(jìn)行輔料質(zhì)量過程全追溯。

6.安全效益

傳統(tǒng)作業(yè)模式有比較大的安全隱患，人、叉車、物在同一個(gè)工作場(chǎng)景進(jìn)行操作，容易出現(xiàn)碰撞，造成人員傷害安全事故。本設(shè)計(jì)使庫(kù)內(nèi)無人作業(yè)，只有機(jī)器和機(jī)器操作的物品，不會(huì)發(fā)生安全事故。

六、總結(jié)

本文針對(duì)煙草行業(yè)定制化服務(wù)條件下產(chǎn)生的碎片化訂單的發(fā)展要求，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于機(jī)器人碼垛的卷選配盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本方案將機(jī)器人碼垛、輸送機(jī)和穿梭車輸送、提升機(jī)搬運(yùn)、貨架系統(tǒng)暫存等自動(dòng)化和智能化設(shè)備應(yīng)用到入高架庫(kù)前的揀選配盤系統(tǒng)中，通過合理設(shè)計(jì)整體布局與規(guī)劃路徑，實(shí)現(xiàn)了入高架庫(kù)前的揀選配盤系統(tǒng)全自動(dòng)化，以及與自動(dòng)化高架庫(kù)的無縫銜接的要求，尤其實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)碼垛，使人從繁重的碼垛工作中脫離出來。本方案相對(duì)于傳統(tǒng)人工輔料揀選配盤系統(tǒng)更加適應(yīng)碎片化訂單、柔性化生產(chǎn)發(fā)展的要求，無論在流通能力、柔性能力和作業(yè)質(zhì)量等方面都得到大幅度提升。