丁成杰

（天津煙草物流中心， 天津 300409）

0 引言

異型煙， 是指尺寸外型區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)煙的其他種類條煙。條煙長(zhǎng)度多由150～350mm 不等，寬度在70～170mm 不等，高度在20～100mm 不等。異型卷煙分揀線既是依托集成單元化的模式， 將條煙依照設(shè)定目標(biāo)路線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸，自行將訂單條煙入倉(cāng)、出倉(cāng)、合流、傳輸、包裝、裝箱等具體行為的分揀線。 異型煙分揀線屬于煙草卷煙分揀線中的一種新種類， 根據(jù)它的具體結(jié)構(gòu)和控制方式特別應(yīng)用于煙草商業(yè)分揀線上條煙、件煙的分揀工作。在分揀領(lǐng)域， 煙草物流分揀越來(lái)越多地采用異型卷煙或混合型卷煙的分揀方式?？傮w言之，信息集成度高、運(yùn)行速度快、性能好、智能化是未來(lái)煙草異型條煙分揀的必然趨勢(shì)。

1 本課題主要內(nèi)容

本文主要以天津煙草物流中心新建C 類異型煙分揀線為研究對(duì)象， 對(duì)其進(jìn)行頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)并在其工作狀態(tài)下進(jìn)行條煙分揀效率和分揀系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。 具體所做工作與取得成果如下：

（1） 異型卷煙分揀線單元設(shè)備分揀效率與穩(wěn)定性探索，異型煙分揀線的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分揀設(shè)備在實(shí)際分揀運(yùn)動(dòng)中的最佳結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用，依靠理論分析、實(shí)際分揀中分揀數(shù)據(jù)定量比對(duì)探究合理的條煙訂單結(jié)構(gòu)。

（2）異型卷煙分揀線的單元件信息銜接研究分析，根據(jù)實(shí)際分揀數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)本課題所需要的訂單結(jié)構(gòu)， 在實(shí)際分揀活動(dòng)探得到與之對(duì)應(yīng)的各單元合適信息定量， 以此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械、控制等的規(guī)劃調(diào)控。

2 總體設(shè)計(jì)要求

本文研究的異型煙分揀線主要應(yīng)用于分揀車間產(chǎn)品的分揀工作。 主要從影響效率的幾個(gè)工作流程：臥式機(jī)與立式機(jī)出煙、訂單合流、包裝等部分入手，保證條煙分揀正確率、效率與穩(wěn)定性：

塔機(jī)出煙：立式機(jī)依程序出煙到上下層皮帶上，臥式機(jī)出煙到中層皮帶上，到達(dá)二層下一層處實(shí)現(xiàn)訂單合流。

訂單合流：臥式機(jī)采用內(nèi)外雙出模式出煙，分為3、4子線， 對(duì)應(yīng)內(nèi)外線中層。 立式機(jī)分為1、2 對(duì)應(yīng)內(nèi)外線下層，5、6 子線對(duì)應(yīng)內(nèi)外線上層，從而在三擺臂處實(shí)現(xiàn)合流。

條煙包裝：疊煙機(jī)翻版負(fù)責(zé)包裝標(biāo)準(zhǔn)與類標(biāo)煙、短支煙、細(xì)支煙，機(jī)器人負(fù)責(zé)包裝5、6 子線打出的長(zhǎng)異型、類標(biāo)等卷煙以及電子貨格所出的長(zhǎng)異型和超異型卷煙。 條煙暫存至撥桿工位，隨后由推料機(jī)構(gòu)推入周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。

3 主線總體設(shè)計(jì)

在設(shè)備調(diào)試前期實(shí)際運(yùn)行中， 立式機(jī)出煙后合單時(shí)間長(zhǎng)， 原因在于1、2 子線和5、6 子線出煙后到達(dá)三擺臂合流處時(shí)間長(zhǎng)，存在不同類型條煙在合單前等待的問(wèn)題，故在設(shè)計(jì)上選擇調(diào)整煙倉(cāng)，將全部標(biāo)準(zhǔn)煙、部分短支煙調(diào)整到1、2 子線， 減小1、2、3、4 子線條煙在皮帶上匯合的時(shí)間， 同時(shí)為避免電子貨格手工放煙耗費(fèi)訂單時(shí)間問(wèn)題選擇將訂單數(shù)量較少的長(zhǎng)異型、 類標(biāo)等卷煙調(diào)整到5、6子線并且盡量控制5、6 子線的條煙所占比例。

在保證分揀狀況和分揀軟硬件系統(tǒng)設(shè)置一致前提下進(jìn)行為期三月（5-7 月）的定量分析：調(diào)整臥式機(jī)3、4 子線條煙量占比由平均55%到65%再到75%， 分揀平均效率提升了30%左右。

4 合單設(shè)計(jì)

考慮到小訂單占用分揀皮帶， 增加超額分揀時(shí)間問(wèn)題，在二樓下一樓三擺臂處，選擇將訂單進(jìn)行合單，大大減少了多余的等待時(shí)間。

合單模式設(shè)計(jì)：針對(duì)含有細(xì)支煙、標(biāo)準(zhǔn)煙與類標(biāo)煙、異型煙（其中異型煙因考慮立式機(jī)5、6 子線占比因素而選擇放置一部分于電子貨格）且數(shù)量小于20 條的訂單進(jìn)行合并。

C 類異型煙分揀線合單調(diào)試前尚未進(jìn)行子線訂單占比調(diào)整， 在為期半月的定量分析中通過(guò)合單使其平均效率提升了15%左右。

5 訂單結(jié)構(gòu)優(yōu)化探索過(guò)程

分揀線理論效率設(shè)計(jì)研究： 訂單內(nèi)條煙出倉(cāng)間隔與訂單間間距為定量， 在此基礎(chǔ)上其單小時(shí)分揀效率等于單時(shí)虛擬托盤總數(shù)（主線皮帶機(jī)速度/托盤長(zhǎng)度）×單托盤條煙數(shù)×托盤利用率[1]。 立式機(jī)1、2、5、6 子線和電子貨格為單邊出煙且需求量低于雙邊出煙的臥式機(jī)3、4 子線，現(xiàn)對(duì)臥式機(jī)主線進(jìn)行效率計(jì)算。

單時(shí)虛擬托盤總數(shù)：S=3600×V/L=3600×0.95×0.36=9500 托盤/時(shí)

單時(shí)訂單數(shù)：M=臥式機(jī)皮帶速度×3600/單訂單所占托盤長(zhǎng)度=0.95×3600/[0.36（N+6）]

當(dāng)N=1，Mmax=1357；當(dāng)N=40，Mmin=207。

托盤利用率：Q=訂單所占托盤數(shù)/相鄰訂單托盤數(shù)間隔=N/（N+6）

Q=（單時(shí)虛擬托盤總數(shù)-6×M）/單時(shí)虛擬托盤總數(shù)。即Qmax=0.870，Qmin=0.143

即求得： 臥式機(jī)兩側(cè)出煙效率P=S×Q×2。 Pmax=16976，Pmin=1359。

其中：V—臥式機(jī)皮帶速度，為0.95m/s；L—虛擬托盤長(zhǎng)度， 為0.36m；N—該訂單實(shí)際條煙數(shù)量， 范圍為1-40條 （由實(shí)際分揀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定， 受本地卷煙品規(guī)銷量影響）。 Q—托盤利用率。 訂單間隔為6 個(gè)虛擬托盤，其中含2 個(gè)修正托盤位置。

可得出，在當(dāng)前值下，托盤利用率為0.632 時(shí)，可滿足生產(chǎn)效率單時(shí)120000 條目標(biāo)。

在該利用率下，需保證N＝10.3，即滿足11 條。

立式機(jī)1、2、5、6 子線為單側(cè)出煙， 各參數(shù)均與臥式機(jī)3、4 子線相同， 在實(shí)際分揀中必須令立式機(jī)5、6 子線占比較少，而物流中心該子線實(shí)際訂單通常在10%以下，為的是在三擺臂合流處該子線條煙并不會(huì)造成臥式機(jī)3、4 子線和立式機(jī)1、2 子線訂單的被動(dòng)等待。 因此影響出煙效果的因素則為立式機(jī)1、2 子線和臥式機(jī)3、4 子線比例。 臥式機(jī)占比越高，平均訂單條數(shù)為最大值20 時(shí)，分揀能力越好。

分析： 天津煙草物流中心該線實(shí)際訂單條數(shù)大多穩(wěn)定在15～19 條。 立式機(jī)1、2 子線占比大多穩(wěn)定在20%-30%。 則在立式機(jī)占比為30%時(shí)，需保證訂單條數(shù)為14.7；最優(yōu)訂單條數(shù)時(shí)，可以接受的占比極限為42%。

以12 月14 日分揀為例，總量為70007 條，最大訂單數(shù)為6259，立式機(jī)1、2 子線占比為22.3%。 保證效率達(dá)標(biāo)的訂單條數(shù)應(yīng)為13.26，大于現(xiàn)有的訂單條數(shù)11.19。 當(dāng)天無(wú)故障分揀效率為1.03 萬(wàn)，基本等于理論效率1.04 萬(wàn)。

以分揀量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的11 月25 日分揀為例，總量為97824 條，最大訂單數(shù)為6164，立式機(jī)1、2 子線占比為28.3%。 保證效率達(dá)標(biāo)的訂單條數(shù)應(yīng)為14.36，小于現(xiàn)有的訂單條數(shù)15.8。當(dāng)天無(wú)故障分揀效率為1.31 萬(wàn)，基本等于理論效率1.32 萬(wàn)。

因此對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的受訂單結(jié)構(gòu)影響的分揀線需要根據(jù)訂單主動(dòng)調(diào)整立式機(jī)卷煙品規(guī)數(shù)量。

分揀線頂層規(guī)劃中易造成的設(shè)計(jì)研究誤區(qū)： 訂單條數(shù)在虛擬托盤位范圍內(nèi)應(yīng)越大越好。但在實(shí)際工作中，各個(gè)地區(qū)銷售卷煙品規(guī)數(shù)量均不相同， 因此訂單結(jié)構(gòu)也不相同， 在虛擬托盤位可容納范圍內(nèi)應(yīng)選擇略大于穩(wěn)定范圍內(nèi)最大的訂單結(jié)構(gòu)條數(shù) （虛擬托盤位范圍為1-40，根據(jù)訂單結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)確定的單節(jié)皮帶可容納訂單條數(shù)為20 條，并非是20～40 之間，從而匹配上主線皮帶長(zhǎng)度，但平均訂單條數(shù)可大于20 條） 也可選擇提高皮帶速度，降低虛擬托盤位（范圍根據(jù)卷煙尺寸而定），調(diào)整相鄰訂單間虛擬托盤位長(zhǎng)度。

6 訂單切戶間隔設(shè)計(jì)調(diào)整

在條煙完成打碼后的一段時(shí)間里， 即一號(hào)工程切戶延距時(shí)間，訂單切戶指令不會(huì)發(fā)出，此時(shí)倘若存在下一戶訂單到達(dá)精準(zhǔn)識(shí)別系統(tǒng)條煙識(shí)別處，就會(huì)激發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，相反，該時(shí)間段越長(zhǎng)，系統(tǒng)等待時(shí)間就越長(zhǎng)。 因此必須調(diào)整切戶間距， 一號(hào)工程上戶訂單打碼完成與接受到下戶訂單切戶信號(hào)的兩單間距離達(dá)到6 個(gè)托盤位， 約為2.2米， 比較影響效率， 后期在精準(zhǔn)識(shí)別處將該距離調(diào)整到1.5m，使每單節(jié)約時(shí)間0.7s 等待時(shí)間。那么在設(shè)計(jì)中應(yīng)清楚在疊煙機(jī)前的主線末端， 訂單切戶時(shí)間和間距可小于固定托盤位的訂單間距。

7 電子標(biāo)簽應(yīng)用規(guī)劃

電子貨格卷煙類型不局限于類標(biāo)煙、長(zhǎng)異型煙，而是充分融合超異型類卷煙，譬如煙魁1949 中支、蘇煙鉑晶，其置放于三擺臂合單后， 對(duì)于訂單中含有貨格貨位卷煙的訂單進(jìn)行最后合并。電子貨格的卷煙位于訂單末尾，考慮到立式機(jī)5、6 子線占比原因，電子貨格作用如下：①減小立式機(jī)子線占比； ②容納無(wú)法通過(guò)特定尺寸和結(jié)構(gòu)的煙倉(cāng)打出的特異型卷煙。

比例對(duì)效率的影響： 電子貨格合單時(shí)擺臂起落和人工續(xù)煙都會(huì)占用時(shí)間， 因此除了必須放置于此的特異型卷煙， 其他品規(guī)卷煙應(yīng)按整體實(shí)際情況合理布置于電子貨格。一般比例控制在10%以下。在立式機(jī)1、2 子線比例穩(wěn)定時(shí)，最好將長(zhǎng)異型、類標(biāo)煙合理放置于立式機(jī)5、6 子線和電子貨格，且盡量增大5、6 子線比例，將電子貨格比例壓縮至最低，只保留超異型煙即可。

8 疊煙機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化

疊煙機(jī)是融合機(jī)器人和翻版于一身的一種條煙包裝機(jī)，其中主要結(jié)構(gòu)為A、B 疊跺和側(cè)推桿的機(jī)器人負(fù)責(zé)依數(shù)據(jù)信息將5、6 子線和電子貨格的條煙推入疊跺， 在伺服輔助下將條煙推入撥桿工位， 而可容納六層條煙的翻版負(fù)責(zé)包裝1、2、3、4 子線的條煙并推入撥桿工位完成與機(jī)器人部分推入條煙的匯合，從而實(shí)現(xiàn)訂單包裝。

分揀能力限制性：在分揀各子線實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能后，效率在三擺臂合流處達(dá)到最優(yōu)，基本接近于理論效率。由于疊煙機(jī)翻板接收量和包裝速度均遠(yuǎn)大于機(jī)械手部分，倘若此部分能滿足疊煙機(jī)翻板最大1.8 萬(wàn)的包裝能力同時(shí)限制機(jī)械手部分的卷煙量 （通過(guò)調(diào)整部分煙的包裝路徑控制機(jī)械手接受量在15%以內(nèi)，略超時(shí)影響相對(duì)較?。┘纯杀ＷC翻板快速包裝而不受機(jī)械手包裝的影響， 保證翻板在包裝完多條條煙之前實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的條煙到位到疊跺上等待。 削弱機(jī)械手條煙包裝阻力。

短支煙在現(xiàn)實(shí)分揀調(diào)試中所遇問(wèn)題： 短支煙走機(jī)器人包裝路徑占用較長(zhǎng)等待時(shí)間 （天津煙草訂單結(jié)構(gòu)中短支煙數(shù)量少且訂單數(shù)量多），因此短支煙訂單量小更加劇了時(shí)間浪費(fèi)。因此需改變短支煙所處子線，將短支煙煙道更換到1、2 子線和3、4 子線。

9 結(jié)論

本章主要介紹了天津異型煙分揀線系統(tǒng)、 工作模式的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)和達(dá)到合格效率的實(shí)踐調(diào)試工作。

（1）系統(tǒng)地介紹了異型煙分揀線的機(jī)械系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，對(duì)分揀整體及其具體運(yùn)行模型做了深刻探索，并通過(guò)總結(jié)工作過(guò)程將作為全國(guó)首批全品規(guī)異型煙分揀線-天津煙草新建C 類分揀線設(shè)計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享， 給予同行業(yè)以后新建異型煙分揀線詳細(xì)的設(shè)計(jì)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。

（2）通過(guò)對(duì)異型煙分揀線進(jìn)行訂單結(jié)構(gòu)分析、機(jī)械結(jié)構(gòu)布局等參數(shù)規(guī)劃，明確了訂單結(jié)構(gòu)對(duì)整體規(guī)劃的影響，得到了合適的效率提升方式。