張永壽，吳伯剛，杜 晶，吳貴文

（紅塔煙草（集團）有限責任公司 裝備技術(shù)部，云南 玉溪 653100）

1 引言

隨著物流技術(shù)的發(fā)展，煙草行業(yè)無論是工業(yè)還是商業(yè)，成品件煙的儲存普遍采用立體高架庫，工業(yè)、商業(yè)在內(nèi)部物流基本都實現(xiàn)了成品件煙出入庫的全自動化，但由于歷史的原因，在工商交接的環(huán)節(jié)，自動化程度還較低，仍存在大量的人工裝卸作業(yè)，為進一步提高工商交接的自動化程度，2007年，國家煙草專賣局頒布了《煙草行業(yè)聯(lián)運通用平托盤》標準，推動成品件煙工商托盤聯(lián)運模式。目前，煙草行業(yè)成品件煙的運輸形成了浙江中煙為主的30件托盤聯(lián)運模式、福建中煙為主的24 件紙滑托盤聯(lián)運模式以及傳統(tǒng)的單件件煙裝卸三種模式并存的局面。從現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢來看，發(fā)達國家已經(jīng)普及托盤運輸，托盤運輸是現(xiàn)代物流的重要標志，目前由于工商在用的托盤標準尚不統(tǒng)一、工業(yè)碼垛件煙數(shù)不統(tǒng)一、車輛裝載率低、托盤費用管理問題、工業(yè)原有高架庫和運輸車輛必須改造才能滿足托盤聯(lián)運要求等因素限制，煙草行業(yè)的成品件煙裝卸運輸模式短時間難以統(tǒng)一，具體以哪種模式為主尚不明確。

2 卷煙成品三種裝卸模式比較

2.1 傳統(tǒng)件煙裝卸模式

傳統(tǒng)件煙裝卸模式目前仍然是多數(shù)工業(yè)公司使用的模式，該模式的運作流程為：卷煙工廠生產(chǎn)的件煙（如圖1所示），由機器人在托盤上按兩層立箱兩層平箱的方式進行28 件碼垛（如圖2所示），碼垛完成的實物托盤，由RFID讀寫器在預(yù)先安裝于托盤上的RFID電子芯片中寫入28件煙的一號工程碼，然后由入庫輸送設(shè)備整托盤送入高架庫存儲。

卷煙工廠成品出庫時，先由出庫輸送設(shè)備把整托盤件煙送至機器人拆卸站臺進行拆垛，拆垛后的件煙經(jīng)合流分揀系統(tǒng)、伸縮鏈板機直接送入配送車輛內(nèi)，人工在車廂內(nèi)對件煙進行裝載，配送車輛到達商業(yè)公司后，人工對件煙進行卸貨，然后按商業(yè)的組盤要求，以人工（或自動碼垛）的方式在托盤上重新碼盤，碼盤完成后在托盤的RFID電子芯片中寫入托盤件煙的一號工程碼，整托盤入庫存儲。該模式的主要優(yōu)點是：

圖1 件煙箱

圖2 28件件碼垛方式

（1）由于是單件煙裝車，幾乎可以100%利用配送車輛的空間，運輸費用低，特別是對于在全國銷售的大品牌，可以節(jié)省大量的運輸費用。

（2）以件煙形式運輸?shù)缴虡I(yè)公司，工業(yè)不需要周轉(zhuǎn)托盤，商業(yè)也不需要保管托盤，可以節(jié)約托盤采購、回運、存儲管理費用。

（3）件煙在商業(yè)公司重新組盤，人工組盤能適應(yīng)各種特殊規(guī)格的件煙的碼垛要求，可以靈活適應(yīng)商業(yè)公司的儲存模式，充分利用商業(yè)的存儲空間。

主要缺點是：

（1）工業(yè)人工件煙裝車，裝車效率很低，大約800件/h[1]，人工費用高，工人勞動強度大，人工裝車過程中件煙的破損率較高。如果訂單數(shù)量不是28件的整數(shù)倍，最后一托盤的件煙在裝車過程中需要對拆卸下來的發(fā)貨件煙逐一人工掃描一號工程碼，效率低，信息跟蹤易出錯。

（2）工業(yè)出庫配置拆垛機器人、合流分揀線、伸縮鏈板機等設(shè)備，投資高，如果不配置上述設(shè)備，完全采用人工叉車叉托盤到配送車輛上人工拆垛裝車方式，作業(yè)現(xiàn)場比較混亂，易出現(xiàn)搬運工人裝錯車，造成品牌差錯或一號工程碼差錯等嚴重質(zhì)量事故。

（3）工商協(xié)同差。件煙到達商業(yè)公司后，需要人工卸貨并重新組盤入庫，需要逐一掃描件煙的一號工程碼并重新處理后寫入托盤的RFID電子標簽，入庫效率很低，如果采用純?nèi)斯ぬ幚恚虡I(yè)需要大量的搬運人員，人工費用高，作業(yè)現(xiàn)場混亂，件煙破損率高，易發(fā)生件煙信息錯誤，且破損煙、信息錯誤的件煙處理麻煩。如果商業(yè)采用人工卸貨，自動掃件煙碼、機器人自動組盤入庫的方式，一是商業(yè)需要增加入庫設(shè)備投資；二是由于各工業(yè)公司各種特殊規(guī)格卷煙的存在，自動碼垛難以適應(yīng)所有的件煙規(guī)格；

（4）商業(yè)環(huán)節(jié)重新組盤無論是自動碼垛還是人工碼垛，商業(yè)都需要較大的卸貨場地。

2.2 整托盤裝卸模式

浙江中煙從2003年開始向省內(nèi)外商業(yè)客戶提供成品卷煙托盤聯(lián)運運輸服務(wù)，該模式的運作流程為：卷煙工廠生產(chǎn)的件煙，由機器人在1 250mm×1 000mm×150mm 的托盤（如圖3所示，通常為木托盤或塑料托盤）上按3層立箱方式進行30件碼垛（如圖4所示），碼垛完成的實物托盤，由RFID 讀寫器在預(yù)先安裝于托盤上的RFID 電子芯片中寫入30 件煙的一號工程碼，件煙實托盤再由打帶機進行縱橫捆扎固定或裹膜機進行裹膜纏繞，然后調(diào)度管理系統(tǒng)指揮入庫輸送設(shè)備、巷道堆垛機協(xié)同作業(yè)，把實物托盤送入高架庫存儲。

卷煙廠接到成品出庫訂單后，進行整托盤出庫作業(yè)，一般由人工叉車進行整托盤單層裝車(只有成品尾數(shù)才產(chǎn)生散件煙)，然后運送到商業(yè)公司，整托盤卸車后直接整托盤進入商業(yè)配送中心儲存。該模式的主要優(yōu)點是：

（1）工業(yè)出庫環(huán)節(jié)、商業(yè)入庫環(huán)節(jié)可以通過掃托盤電子標簽一次完成30 件煙的一號工程碼信息提取，效率極高，且電子標簽隨托盤一起運送至商業(yè)公司，發(fā)生信息錯誤的概率極低。

圖3 木托盤

圖4 30件碼垛方式

（2）整托盤出入庫，作業(yè)效率高，作業(yè)現(xiàn)場整潔，裝車效率可以達到1 800 件/h，且可減少人工件煙裝卸造成的件煙破損。

（3）工業(yè)企業(yè)可以節(jié)約拆垛機器人 (或拆垛設(shè)備)和高速分揀設(shè)備、自動伸縮裝車設(shè)備及相關(guān)配套設(shè)備的投資。

（4）工商協(xié)同好。托盤運輸至商業(yè)公司，商業(yè)公司整托盤入庫上架，與件煙裝車模式相比，商業(yè)公司可以大幅降低件煙重新組盤的人工費、入庫效率高，30件垛形可充分利用商業(yè)高架庫庫容。

主要缺點是：

（1）配送車輛的裝載率明顯降低，只有件煙配送時的70%左右[2]，增加運輸費用，如果是長途運輸，將會造成驚人的運輸費用增加。

（2）托盤隨車到達商業(yè)公司，工業(yè)需要對托盤進行回收運輸，增加了托盤回收運輸費用。特別是由于目前卷煙工業(yè)使用的托盤尺寸、材質(zhì)尚不統(tǒng)一，既有木托盤，也有塑料托盤，尺寸也有1 250mm×1 000mm及1 200mm×1 000mm兩種，托盤上安裝的RFID 電子標簽標準也不統(tǒng)一（需要的讀寫器不一致），為保障回收的托盤在工業(yè)環(huán)節(jié)的良好使用，各個工業(yè)公司需要商業(yè)公司出完貨后才能回收自己的托盤，周轉(zhuǎn)率降低，工業(yè)的托盤數(shù)量和費用明顯增加。同時，由于回收不及時，商業(yè)公司需要很大的周轉(zhuǎn)空間存儲20 多個工業(yè)公司配送過來的周轉(zhuǎn)托盤，增加了存儲費和管理費。同時，托盤在運輸、周轉(zhuǎn)過程中的修補費、保管費等處理也比較麻煩。

（3）采用30件煙立箱碼垛方式，為保持運輸環(huán)節(jié)件煙垛型穩(wěn)定，防止倒塌，工業(yè)需要在入庫環(huán)節(jié)對件煙垛進行捆扎或裹膜纏繞，與件煙裝車模式相比，需要增加部分成品托盤外包裝輔材、設(shè)備投資。

2.3 紙滑托盤裝卸模式

2014年，福建中煙開始嘗試使用紙滑托盤裝卸模式，目前該模式已在福建中煙所有商業(yè)公司應(yīng)用。紙滑拖（如圖5所示）是內(nèi)帶RFID、厚度為1mm左右、重量約1kg的牛皮紙質(zhì)，具有較高的韌性，并能回收重復使用。該模式的運作流程為：卷煙工業(yè)成品高架庫存儲的托盤組（空托盤組垛入庫時每個托盤上已放置了紙滑拖），經(jīng)托盤碼分機拆解為單個托盤，帶紙滑拖的空托盤由輸送設(shè)備送至碼垛工位，機器人按兩層立箱1 層平箱的方式進行24 件碼垛（如圖6所示），碼垛完成的實物托盤，由RFID 讀寫器在預(yù)先安裝于紙滑拖上的RFID 電子芯片中寫入24 件煙的一號工程碼，然后由入庫輸送設(shè)備整托盤送入高架庫存儲。

成品出庫時，帶有紙滑拖的件煙托盤，輸送至出庫站臺，先由裹膜機進行纏膜處理，然后再由帶有推拉器的專用叉車夾住紙滑拖的翼邊，將整垛件煙拖至叉車叉臂上，經(jīng)過出庫掃碼器掃描芯片信息后送至配送車輛上的具體裝載位置，然后夾持器松開紙滑拖的翼邊，推拉器往前撐住件煙，抽出叉臂，完成紙滑托盤的裝車。配送車輛到達商業(yè)公司后，紙滑托盤整托盤從車輛上卸出，直接整托盤進入商業(yè)配送中心儲存。該模式的主要優(yōu)點是：

圖5 紙滑拖

圖6 24件碼垛方式

（1）配送車輛的裝載率高。國內(nèi)車輛運輸?shù)缆返钠毡橄薷邽?.5m，24 件紙滑托盤碼垛方式的高度不超過1.40m，兩層的高度不超過2.80m，車輛的底盤高度不超過1.5m，按兩層裝載，高度不超過4.3m，工業(yè)送貨車輛可以按照上下兩層左右兩垛，一個橫切面四托盤的裝載模式，裝載率可以達到件煙裝載的96%。

（2）工業(yè)出庫環(huán)節(jié)、商業(yè)入庫環(huán)節(jié)可以通過掃描紙滑拖電子標簽一次完成整托盤件煙的一號工程碼信息提取，效率極高，且電子標簽隨紙滑拖一起運送至商業(yè)公司，發(fā)生信息錯誤的概率極低；

（3）整托盤出入庫，裝車效率可以達到1 600 件/h[1]。既解決了件煙裝卸模式作業(yè)效率低、作業(yè)現(xiàn)場混亂、人工費用高、件煙人為破損率高的問題，又解決了整托盤裝卸模式托盤采購費用、回運費用、管理費用高的問題，商業(yè)公司可以大幅減少托盤存儲場地。

（4）工業(yè)企業(yè)可以節(jié)約拆垛機器人 (或拆垛設(shè)備)和高速分揀設(shè)備、自動伸縮裝車設(shè)備及相關(guān)配套設(shè)備的投資。

主要缺點是：

（1）工業(yè)卷煙工廠高架倉庫倉儲容量損失14%（28 件變?yōu)?4 件），商業(yè)公司倉儲容量損失20%（30件變?yōu)?4件）。

為了實現(xiàn)“基礎(chǔ)厚、口徑寬、能力強、素質(zhì)高”的人才培養(yǎng)目標，在課程內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)充分考慮到石油類高校非焊接專業(yè)學生相應(yīng)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)應(yīng)用特點，如石油化工機械主要涉及到各種化工容器、反應(yīng)塔、加熱爐和換熱器的制造與安裝。油氣儲運專業(yè)涉及到各種儲油罐、油氣管道、油槽車和油輪等制造工程。因此，需要從《金屬焊接》課程本身出發(fā)，使課程內(nèi)容與相應(yīng)支持課程內(nèi)容相融合，從而構(gòu)成“學有基礎(chǔ)、用有對象”的課程知識體系。

（2）工業(yè)和商業(yè)都需要采購部分帶推拉器的專用叉車，由于紙滑托盤的裝卸要求操作更精細，需要對原有的叉車操作工進行培訓。同時，為保證紙滑托盤在長途運輸過程中的穩(wěn)定、不大幅度位移，工業(yè)紙滑托盤出庫時，需要使用塑料薄膜纏繞垛煙，工業(yè)需要增加纏繞設(shè)備投資。

（3）與件煙裝卸相比，需要增加運營費用，紙滑拖約20 元/張，裹膜約6 元/垛。為降低運營費用，需要對紙滑拖進行回收利用。

3 高架庫柔性設(shè)計分析

從上述分析中可以看出，卷煙成品三種裝卸模式各有優(yōu)缺點，煙草行業(yè)商業(yè)公司和工業(yè)卷煙廠受歷史因素的影響，改變裝卸模式需要付出較大的代價，預(yù)計短期內(nèi)行業(yè)成品卷煙的裝卸模式難以統(tǒng)一，幾種裝卸模式還將并存一段時間，在這種情況下，對目前正在或?qū)⒁M行技術(shù)改造的工業(yè)卷煙廠來說，成品高架庫無論按哪種模式設(shè)計，都存在設(shè)計模式一旦與將來行業(yè)統(tǒng)一模式不一致，又要重新改造的問題。一旦出現(xiàn)這種情況，一是造成投資浪費；二是再次改造將對生產(chǎn)造成很大的影響；三是如果前期設(shè)計考慮不周，預(yù)留的場地不夠，將來可能無法改變裝卸模式。鑒于此，筆者認為，目前進行或即將進行技術(shù)改造的工業(yè)卷煙廠，對成品高架庫的設(shè)計，需要充分考慮對三重模式的兼容性，即設(shè)計時應(yīng)考慮一旦需要改變裝卸模式，一是需要有預(yù)留的場地進行改造；二是不需要進行很大的改造，進行較小的投資即可實現(xiàn)裝卸模式的轉(zhuǎn)變。下面筆者介紹入庫環(huán)節(jié)、存儲環(huán)節(jié)、出庫環(huán)節(jié)滿足三種裝卸模式柔性設(shè)計的思考及需注意的一些方面：

3.1 入庫環(huán)節(jié)

入庫環(huán)節(jié)主要需要從以下幾個方面進行柔性設(shè)計，成品庫設(shè)計如圖7所示。

（1）碼垛機器人的選型。傳統(tǒng)件煙裝卸模式采用28件碼垛方式，整托盤件煙模式采用30件碼垛方式，紙滑托盤模式采用24 件碼垛方式，為實現(xiàn)兼容，碼垛機器人要按滿足30件煙碼垛要求選擇手臂加長型的，同時，要設(shè)置24件、28件、30件三種碼垛程序，碼垛模式可靈活切換。機器人手抓的選擇要既可以抓取立箱，也可以抓取平箱。

（2）空間位置的預(yù)留。24 件碼垛模式為兩層立箱1層平箱、28件碼垛模式為兩層立箱兩層平箱，此兩種碼垛模式結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，在工業(yè)卷煙廠的入庫過程中，一般距離較短，入庫過程中垛型變形很小，不需要進行特殊處理。30件碼垛模式為3層立箱，垛型不穩(wěn)定，為防止入庫過程中垛型變形或散垛，需要進行捆扎后才能入庫。因此，在設(shè)計時必須在機器人碼垛區(qū)預(yù)留打帶機的安裝位置（如圖7所示）。如果采用24件或28件入庫模式，則預(yù)留打帶機安裝空間，如果采用30 件碼垛模式，則需要采購安裝打帶機。

（3）打帶機安裝位置的選擇。30 件模式件煙打帶需要給打帶機添加尼龍帶、件煙護角等輔料，目前一般是人工添加，因此，打帶機的安裝位置應(yīng)預(yù)留在機器人碼垛區(qū)的兩端，方便人工添加輔料，特別是對于輔料不存放在高架庫的情況，如果打帶機的安裝位置預(yù)留在機器人碼垛區(qū)的中部，碼垛區(qū)設(shè)備密集，人工很難把打帶輔料送到打帶機上。鑒于此，一般建議打帶機的輔料還是存放在高架庫，需要時可以從庫中自動輸送到捆扎輔料存放站臺，這種情況下，需要考慮輔料用完后輔料空托盤的碼垛及回庫路徑。

圖7 成品入庫設(shè)計

3.2 存儲環(huán)節(jié)

24 件碼垛模式，木托盤上放置紙滑拖，考慮整托盤出庫時帶推拉器的專用叉車存取方便，一般紙滑拖在木托盤的橫向、縱向都分別突出40mm。

存儲環(huán)節(jié)要兼容三種卷煙成品裝卸模式，從設(shè)計上主要是考慮預(yù)留貨架貨格、巷道的尺寸：

（1）貨格寬度尺寸。在進行貨架貨格設(shè)計時，一般按一個貨格存放兩托盤件煙進行設(shè)計，為保證將來貨架貨格可以適應(yīng)三種托盤的存儲，貨架設(shè)計時應(yīng)保證：貨格的長度應(yīng)按滿足24 件紙滑拖件煙托盤存儲的方式設(shè)計，貨格長度尺寸應(yīng)比28 件及30 件件煙碼垛模式加長80mm，貨格內(nèi)部凈長應(yīng)為2 390mm或稍大于2 390mm（如圖11所示）。

圖8 一層立箱俯視圖

圖9 二層立箱俯視圖

圖10 平箱俯視圖

圖11 貨格寬度設(shè)計

（2）貨格的高度尺寸。為保證將來貨架貨格可以適應(yīng)三種托盤的存儲，貨格的高度應(yīng)按30 件碼垛方式設(shè)計，單層貨格存儲凈空間的高度一般應(yīng)不低于2 190mm（已考慮的貨格中間噴淋頭的安裝位置，如圖12所示）。

（3）巷道寬度尺寸。24件紙滑拖碼垛方式，托盤在貨架上存放時，紙滑拖在巷道寬度方向突出木托盤40mm，同時，巷道堆垛機在進行托盤存、放過程中，堆垛機載貨臺上的托盤上紙滑拖也突出40mm，因此，與28 件、30 件碼垛方式相比，巷道寬度需要加寬80mm，巷道的總寬度應(yīng)為1 700mm 或稍大于1 700mm（如圖13所示）。

3.3 出庫環(huán)節(jié)

要適應(yīng)上述三種模式發(fā)貨，出庫環(huán)節(jié)主要需要從以下幾個方面進行柔性設(shè)計：

（1）出庫模式選擇。出庫模式只能采用整托盤出庫模式（如圖14所示）（不能采用合流分揀模式）。在這種情況下，如果未來采用24 件紙滑拖或者30 件整托盤出庫方式，可以進行簡單纏膜處理后直接出庫，如果采用單件煙裝車模式，則28 件碼垛的成品件煙整托盤輸送到出庫站臺后，由人工叉車直接叉送到運輸車輛上，人工拆垛后單件裝車。

圖12 貨格高度設(shè)計

圖13 巷道寬度設(shè)計

圖14 成品出庫設(shè)計

（2）預(yù)留紙滑拖出庫模式的功能位置。為滿足24 件紙滑拖出庫模式，需要預(yù)留幾個功能、位置：①為保證24件碼垛的件煙從工業(yè)到商業(yè)的長途運輸中托盤不倒塌，24 件碼垛的件煙，在出庫前，必須進行纏膜處理。因此，在整托盤出庫緩存通道上必須預(yù)留纏膜機的安裝位置（如圖14所示）。如果采用24件紙滑拖出庫模式，需安裝纏膜機，24件碼垛的成品托盤經(jīng)纏膜機纏膜后，送至末端出庫緩存站臺，由帶有推拉器的專用叉車夾住紙滑托的翼邊整垛取走。②為保障帶有推拉器的專用叉車夾住紙滑拖的翼邊把整垛件煙拖至叉車叉臂上的過程中木托盤保持不動，末端出庫緩存站臺須設(shè)置止擋塊，如圖15所示：

圖15 出庫站臺止擋塊

③為保障成品碼垛時木托盤上配置了紙滑拖，須預(yù)留成品發(fā)貨后空木托盤回庫時加載紙滑拖的位置和功能。紙滑拖輔料托盤從高架庫調(diào)出后送往紙滑拖輔料站臺，成品發(fā)貨形成的空托盤，在回庫組盤前，由人工或機器自動從紙滑拖輔料站臺取紙滑拖按規(guī)定的方向放置在單個木托盤上（如圖16所示），配置了紙滑拖的單個木托盤經(jīng)過托盤碼分機組成托盤組，成垛進入高架庫存儲，供成品碼垛使用。如果成品出庫過程中使用了環(huán)形穿梭車，要特別注意紙滑拖的邊翼方向，經(jīng)過環(huán)形穿梭車出庫后，紙滑拖的邊翼方向與在高架庫存儲時位置相反，設(shè)計時要考慮此情況，確保帶有推拉器的專用叉車能夠夾持到紙滑拖。

（3）預(yù)留三種出庫模式互換的功能位置。如果成品出庫以24 件紙滑拖、30 件整托盤、28 件碼垛單件裝車中的某一種模式為主，但有少量其它2種模式出庫的要求，則可以考慮預(yù)留互換出庫的功能位置，如圖17所示。

圖16 紙滑拖放置設(shè)計

圖17 三種出庫模式互換設(shè)計

例如，假如目前成品入庫以28件碼垛，出庫以單件煙裝車模式為主，當有少量24件紙滑拖或30件整托盤出庫需求時，輸送系統(tǒng)把現(xiàn)有成品托盤送至成品拆垛工位，由機器手進行件煙拆垛，拆垛的件煙經(jīng)過件煙輸送通道，再由另外一臺機器手按24 件或30 件的形式在成品碼垛工位碼垛成型，24 件或30 件的成品垛經(jīng)短距離輸送后，由裹膜機纏膜，送至末端出庫緩存站臺，直接出庫。

4 結(jié)語

本文針對卷煙成品三種裝卸運輸模式，提出了工業(yè)卷煙廠高架庫應(yīng)對的兼容設(shè)計思路。兼容設(shè)計雖然能夠兼容三種裝卸運輸模式，但也會產(chǎn)生一些問題：一是兼容設(shè)計的貨架貨格存儲高度按30 件3層立箱的高度設(shè)計，如果將來存放按24件成品垛，整個存儲容量將損失20%；二是兼容設(shè)計考慮的因數(shù)多，為保證兼容，要求工業(yè)卷煙廠在成品出入庫區(qū)預(yù)留更大的空間位置，造成一定的空間浪費和建設(shè)費用的上升；三是兼容設(shè)計采用整托盤出庫人工裝車模式，出庫的自動化程度會有所降低。因此，兼容設(shè)計主要是行業(yè)裝卸運輸模式不統(tǒng)一的情況下的一種應(yīng)對模式。