文/馬學(xué)成 張國(guó)華 李劍秋 汪 洋

1.中國(guó)煙草機(jī)械集團(tuán)許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司；2.中國(guó)煙草總公司河南省公司；3.河南省煙草公司鄭州市公司； 4.河南省煙草公司許昌市公司。

一、引言

異型卷煙（以下稱“異型煙”）尤其是細(xì)支卷煙，節(jié)省煙葉原料，節(jié)省輔料，具有成本低、危害小、創(chuàng)稅利能力強(qiáng)等特點(diǎn)。異型煙以新奇的煙支設(shè)計(jì)、個(gè)性化的包裝外形符合消費(fèi)者不斷求新求異的需要，贏得消費(fèi)者的喜愛(ài)。為滿足消費(fèi)者需求，積極推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革， “十三五”期間煙草行業(yè)大力發(fā)展以細(xì)支卷煙為代表的異型煙，拉升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，異型煙產(chǎn)銷量大幅增加，成為行業(yè)發(fā)展的新亮點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)支撐點(diǎn)。但隨之而來(lái)的異型煙分揀自動(dòng)化程度低、分揀速度慢、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、用工多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)凌亂等問(wèn)題，已成為制約煙草商業(yè)企業(yè)卷煙配送效率提升和服務(wù)水平提高的瓶頸和短板。

二、現(xiàn)狀分析

異型煙分揀作業(yè)流程一般分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別為供煙環(huán)節(jié)、分揀環(huán)節(jié)和包裝環(huán)節(jié)。供煙環(huán)節(jié)主要包括煙箱出庫(kù)掃碼、拆箱和補(bǔ)煙；分揀環(huán)節(jié)主要包括分揀和打碼；包裝環(huán)節(jié)主要包括堆垛、包裝和貼標(biāo)。行業(yè)內(nèi)異型煙分揀作業(yè)主要采用的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 異型煙分揀工藝流程方框圖

如圖1所示，異型煙供煙環(huán)節(jié)采用人工掃碼、人工拆箱、人工補(bǔ)煙，全部采用人工作業(yè)，用工多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化水平低；分揀環(huán)節(jié)采用自動(dòng)與人工混合分揀的作業(yè)方式，不同程度的存在電子標(biāo)簽輔助人工分揀現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)異型煙的全品規(guī)自動(dòng)分揀；包裝環(huán)節(jié)的堆垛、包裝及貼標(biāo)，自動(dòng)與手動(dòng)并存。調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)堆垛效率低、故障率高，人工堆垛勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于特異型煙的存在，不管是自動(dòng)堆垛還是人工堆垛，堆垛速度都偏低。

經(jīng)過(guò)調(diào)研分析可知，異型煙分揀作業(yè)存在的問(wèn)題主要是：供煙環(huán)節(jié)人工拆箱、人工補(bǔ)煙，用工多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，是制約異型煙分揀作業(yè)自動(dòng)化水平提升的瓶頸；分揀環(huán)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)異型煙全品規(guī)自動(dòng)分揀，人工參與分揀速度慢、差錯(cuò)率高；包裝環(huán)節(jié)堆垛速度慢，是制約整個(gè)異型煙分揀系統(tǒng)速度提升的關(guān)鍵。

另外，在異型煙分揀作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，不同品牌、不同規(guī)格尺寸的件煙煙箱沿分揀線堆積擺放，空煙箱隨手丟棄，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)煙箱混雜凌亂，類似手工作坊，與行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求相差甚遠(yuǎn)。

三、關(guān)鍵技術(shù)研究

為解決異型煙分揀存在的問(wèn)題，中國(guó)煙草機(jī)械集團(tuán)許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司與中國(guó)煙草總公司河南省公司、河南省煙草公司許昌市公司等單位聯(lián)合成立項(xiàng)目組，對(duì)異型煙自動(dòng)化高速分揀包裝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)技術(shù)調(diào)研及探討分析，項(xiàng)目組認(rèn)為制約異型煙自動(dòng)化高速分揀包裝的關(guān)鍵技術(shù)為：異型煙自動(dòng)拆箱與自動(dòng)補(bǔ)煙技術(shù)、異型煙全品規(guī)自動(dòng)分揀技術(shù)、異型煙計(jì)數(shù)輸送技術(shù)及高速堆垛技術(shù)等。項(xiàng)目組對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，制作試驗(yàn)裝置及樣機(jī)，以期解決異型煙分揀存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)異型煙自動(dòng)化高速分揀包裝。

1.自動(dòng)拆箱與自動(dòng)補(bǔ)煙，突破自動(dòng)化瓶頸

國(guó)內(nèi)煙草商業(yè)企業(yè)在異型煙分揀環(huán)節(jié)之所以采用人工拆箱、人工補(bǔ)煙，而不采用自動(dòng)拆箱、自動(dòng)補(bǔ)煙的工作方式，除個(gè)別商業(yè)企業(yè)受生產(chǎn)場(chǎng)地限制之外，主要原因是常規(guī)煙拆箱機(jī)不能滿足異型煙拆箱需求，而國(guó)內(nèi)又無(wú)異型煙拆箱機(jī)，采用人工拆箱是無(wú)奈之舉。研制異型煙拆箱機(jī)，是提高異型煙分揀自動(dòng)化水平的關(guān)鍵。

異型煙箱包括細(xì)支煙箱、中支煙箱及特異煙箱，煙箱品種多，尺寸變化范圍大，導(dǎo)致異型煙拆箱機(jī)研制難度大。為研制異型煙拆箱機(jī)，項(xiàng)目組進(jìn)行了大量的技術(shù)調(diào)研，收集異型煙煙箱尺寸、裝箱方式等技術(shù)資料，廣泛征求煙草商業(yè)物流人員的意見(jiàn)，詳細(xì)制定設(shè)計(jì)方案，制作試驗(yàn)裝置，對(duì)異型卷煙拆箱關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)及設(shè)計(jì)完善，終于攻克制約異型煙拆箱的關(guān)鍵技術(shù)，于2020年4月研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)異型煙拆箱機(jī)（見(jiàn)圖2）。

圖2 異型煙拆箱機(jī)

新研制的異型煙拆箱機(jī)，可同時(shí)滿足細(xì)支煙和中支煙兩種煙箱的拆箱需求。這兩類煙箱在異型煙箱中占比較大，大幅提高了異型煙拆箱自動(dòng)化水平。對(duì)于異型煙箱中的特異煙箱，由于占比較少，此類煙箱依然采用人工拆箱的作業(yè)方式。

為進(jìn)一步提升供煙環(huán)節(jié)自動(dòng)化水平，項(xiàng)目組又設(shè)計(jì)研制了異型煙穿梭車（見(jiàn)圖3）。新研制的異型煙穿梭車既能接駁單垛細(xì)支異型煙，又能接駁雙垛中支異型煙。拆箱后的異型煙由煙垛推移裝置送入異型煙穿梭車，由穿梭車把異型煙送至分揀機(jī)煙倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)煙。

圖3 異型煙穿梭車

2.分類分揀，實(shí)現(xiàn)異型煙全品規(guī)分揀自動(dòng)化

異型煙條包方式多種多樣，重量和尺寸差別較大。通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，除了少部分特殊雪茄煙外，異型條煙重量從150克至1100克不等，厚度從18mm至120mm不等，寬度從80mm至173mm不等，長(zhǎng)度從80mm至345mm不等，采用一種分揀方法和設(shè)備不能滿足所有品規(guī)異型煙的自動(dòng)化分揀。為解決異型煙全品規(guī)自動(dòng)分揀問(wèn)題，項(xiàng)目組將包含細(xì)支條煙、中支條煙和特異型條煙的異型煙，按照包裝規(guī)格尺寸、銷售量及拆箱方式的不同，分為A、B、C、D等類別（每類均有多個(gè)品規(guī)）。A類為能用自動(dòng)拆箱機(jī)拆箱的大中品規(guī)細(xì)支條煙和中支條煙，在異型煙中占比較大，約占異型煙總量的70～75%左右；B類為不能用自動(dòng)拆箱機(jī)拆箱的大中品規(guī)細(xì)支條煙和中支條煙，約占異型煙總量的10～15%左右；C類為長(zhǎng)度較長(zhǎng)或?qū)挾容^寬的特異型條煙，或銷售量較少的小品規(guī)細(xì)支條煙、中支條煙；D類為長(zhǎng)度較短且高度較高的特異型條煙。針對(duì)此四類異型煙，設(shè)計(jì)研制了組合式分揀機(jī)、側(cè)撥式分揀機(jī)和下落式分揀機(jī)，其中組合式分揀機(jī)用于分揀A、B兩類異型煙，采用前撥式出煙方式；側(cè)撥式分揀機(jī)用于分揀C類異型煙，采用側(cè)撥式出煙方式；下落式分揀機(jī)用于分揀D類異型煙，采用下落式出煙方式，見(jiàn)表1。

表1 異型煙分類及分揀方式

通過(guò)對(duì)不同類別的異型煙采用不同的分揀作業(yè)方式，三種新設(shè)計(jì)的分揀機(jī)滿足各種品規(guī)異型煙自動(dòng)分揀之需求，實(shí)現(xiàn)包括雪茄煙在內(nèi)的所有異型煙在線自動(dòng)分揀，有效提高了異型煙分揀自動(dòng)化水平。

3.計(jì)數(shù)輸送，提高異型煙分揀速度

“一號(hào)工程”要求打碼到條，條煙打碼時(shí)由于換戶需要，要求分揀時(shí)訂單與訂單之間保持一定的間距（一般不低于500mm）。異型煙訂單?。ㄔS昌市卷煙物流配送中心5條以下訂單占比約為60%），在分揀輸送帶速度一定的條件下，訂單越小，單位長(zhǎng)度內(nèi)訂單間距越多，分揀輸送帶滿載率越低，導(dǎo)致分揀輸送帶輸送能力下降，從而制約分揀速度的提高。提高分揀輸送帶滿載率，對(duì)提高分揀速度具有重要意義。

為提高分揀輸送帶滿載率，項(xiàng)目組研制一種異型煙計(jì)數(shù)輸送裝置，該裝置由低速輸送帶、高速輸送帶、計(jì)數(shù)器和負(fù)壓系統(tǒng)等組成，低速輸送帶和高速輸送帶上設(shè)計(jì)負(fù)壓孔，負(fù)壓系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)壓通過(guò)負(fù)壓孔將異型煙吸附在輸送帶上，確保異型煙與輸送帶之間無(wú)滑移。低速輸送帶用于承接來(lái)自分揀輸送帶的異型煙，使其無(wú)間隙單排排列，并緩存在低速輸送帶之前。工作時(shí)低速輸送帶將條煙輸送至高速輸送帶，利用高速輸送帶與低速輸送帶之間的速度差拉開(kāi)條煙間距，通過(guò)計(jì)數(shù)器記錄輸送條煙的數(shù)量，每一訂單輸送完畢后停頓一次，實(shí)現(xiàn)訂單分離，便于打碼換戶。

新設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)輸送裝置安裝在分揀機(jī)之后、打碼機(jī)之前，利用低速輸送帶對(duì)異型條煙的吸附作用阻礙條煙向前運(yùn)動(dòng)而緩存條煙，使異型煙分揀時(shí)不再考慮訂單間距，大幅提高分揀輸送帶的滿載率，從而提高分揀速度。

4.多工位堆垛，提高訂單包裝速度

不同品規(guī)的異型條煙外形尺寸差別較大，堆垛速度慢，是異型煙訂單包裝速度低的主要原因。目前國(guó)內(nèi)卷煙物流配送中心，普遍采用全部或部分人工擺放的方式進(jìn)行異型煙堆垛，勞動(dòng)強(qiáng)度大，堆垛速度慢。

本項(xiàng)目采用“兩套撥煙堆垛裝置+1臺(tái)并聯(lián)機(jī)械手”堆垛的工作模式，實(shí)現(xiàn)多工位堆垛。兩撥煙堆垛裝置用于銷量較大的細(xì)支條煙及中支條煙的堆垛，承擔(dān)不低于80%的堆垛任務(wù)；并聯(lián)機(jī)械手用于銷量較少的特異型條煙的堆垛，承擔(dān)不多于20%的堆垛任務(wù)。并聯(lián)機(jī)械手位于多工位堆垛裝置的中上部（見(jiàn)圖4），其兩側(cè)各有一個(gè)撥煙堆垛裝置堆煙工位和一個(gè)機(jī)械手堆煙工位，每一側(cè)的撥煙堆垛工位和機(jī)械手堆垛工位之間各有一個(gè)煙垛移栽裝置，用于向包裝機(jī)（兩臺(tái)）提供包裝所需煙垛。另外，為提高機(jī)械手的工作效率，還設(shè)置了兩個(gè)機(jī)械手堆煙緩存工位。工作時(shí)，兩撥煙堆垛裝置獨(dú)立堆垛，煙垛直接進(jìn)入煙垛移栽裝置，機(jī)械手堆疊的煙垛經(jīng)緩存工位進(jìn)入煙垛移栽裝置，機(jī)械手堆疊的煙垛和撥煙堆垛裝置堆疊的煙垛根據(jù)需要在煙垛移栽裝置內(nèi)進(jìn)行合單，合單時(shí)機(jī)械手堆疊的煙垛位于撥煙堆垛裝置堆疊煙垛的上部。

圖4 多工位堆垛示意圖

這種“兩套撥煙堆垛裝置+1臺(tái)并聯(lián)機(jī)械手”堆垛的工作模式，共有4個(gè)堆煙工位及兩個(gè)機(jī)械手堆煙緩存工位，有效提高了異型煙堆垛速度，從而提高了訂單包裝速度。

5.空箱回收，精致現(xiàn)場(chǎng)

為解決異型煙分揀現(xiàn)場(chǎng)空煙箱堆積問(wèn)題，精致現(xiàn)場(chǎng)，項(xiàng)目組在設(shè)計(jì)之初周密規(guī)劃，精心實(shí)施。具體做法是：通過(guò)空箱輸送線將空煙箱輸送至回收處，使空煙箱及時(shí)離開(kāi)工作現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于A類異型煙，拆箱后的空箱自動(dòng)落入天井，然后滑落至空箱輸送線，由空箱輸送線將A類異型煙空箱輸送至空箱回收處。B類異型煙拆箱工位靠近天井，由人工及時(shí)將空箱投入天井，像A類異型煙空箱一樣通過(guò)天井自動(dòng)滑落至空箱輸送線，使B類異型煙空箱及時(shí)離開(kāi)工作現(xiàn)場(chǎng)。由于A類和B類異型煙空箱占比較大，85%以上的空煙箱得到及時(shí)回收，異型煙分揀現(xiàn)場(chǎng)凌亂的現(xiàn)象得到明顯改觀。

四、應(yīng)用效果

為使異型煙分揀包裝關(guān)鍵技術(shù)研究成果落地，驗(yàn)證其實(shí)際使用性能，項(xiàng)目組采用新設(shè)計(jì)的異型煙分揀工藝流程（見(jiàn)圖5），將研究成果在河南省煙草公司許昌市公司卷煙物流配送中心示范應(yīng)用。

圖5 新異型煙分揀工藝流程圖

圖5所示的工藝流程中,采用了自動(dòng)拆箱技術(shù)（用于A類異型煙拆箱）、自動(dòng)補(bǔ)煙技術(shù)（用于A類及B類異型煙補(bǔ)煙）；采用三種分揀機(jī)（組合式分揀機(jī)、側(cè)撥式分揀機(jī)及下落式分揀機(jī)）實(shí)現(xiàn)了異型煙全品規(guī)自動(dòng)分揀；采用計(jì)數(shù)輸送技術(shù)及異型煙多工位堆垛技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異型煙的高速分揀及包裝。這些新技術(shù)、新設(shè)備2020年4月完成安裝調(diào)試，運(yùn)行效果良好，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)方面的技術(shù)突破：

一是自動(dòng)化程度國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。異型煙自動(dòng)拆箱機(jī)和自動(dòng)補(bǔ)煙穿梭車的研制成功，解決了異型煙分揀作業(yè)由于人工拆箱、人工補(bǔ)煙而導(dǎo)致的用工多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、自動(dòng)化水平低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了許昌市卷煙物流配送中心約75%的異型煙自動(dòng)拆箱、約85%的異型煙自動(dòng)補(bǔ)煙，有效提高了異型煙分揀作業(yè)的自動(dòng)化程度，并實(shí)現(xiàn)了約85%的煙箱自動(dòng)掃碼，進(jìn)一步提高了自動(dòng)化水平。

二是實(shí)現(xiàn)了異型煙全品規(guī)自動(dòng)分揀。組合式分揀機(jī)用于分揀銷量較大的細(xì)支條煙和中支條煙，側(cè)撥式分揀機(jī)用于分揀長(zhǎng)度較長(zhǎng)或?qū)挾容^寬的特異型條煙，或銷量較少的細(xì)支條煙和中支條煙；下落式分揀機(jī)用于分揀長(zhǎng)度較短且高度較高的特異型條煙。這種根據(jù)條煙外形尺寸不同而采用不同的分揀機(jī)進(jìn)行分類分揀的作業(yè)方式，使包括雪茄煙在內(nèi)的所有異型煙自動(dòng)分揀，取消了人工分揀，進(jìn)一步提高了異型煙分揀的自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和差錯(cuò)率。

三是異型煙分揀系統(tǒng)作業(yè)速度大幅提升。異型煙計(jì)數(shù)輸送裝置的應(yīng)用，取消了訂單間距，有效提高了分揀輸送帶的滿載率，從而提高了分揀速度；異型煙多工位堆垛技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了異型煙堆垛速度，從而使異型煙包裝速度大幅提高。異型煙分揀速度與包裝速度的提高，使整個(gè)分揀系統(tǒng)工作速度已能達(dá)到7000條/小時(shí)的設(shè)計(jì)要求，遠(yuǎn)超過(guò)行業(yè)內(nèi)目前異型煙分揀線2600條～3600條/小時(shí)的工作速度，使異型煙分揀作業(yè)時(shí)間與常規(guī)煙同步，緩解了目前異型煙分揀和銷售之間的矛盾，提高了供給有效性。

另外，空箱輸送線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，使凌亂的工作現(xiàn)場(chǎng)得到明顯改觀,提高了現(xiàn)場(chǎng)管理水平。研究成果示范應(yīng)用實(shí)物布局見(jiàn)圖6。

圖6 研究成果示范應(yīng)用實(shí)物布局圖

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)異型煙自動(dòng)化高速分揀包裝關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用，制約異型煙分揀系統(tǒng)自動(dòng)化水平提升和效率提高的自動(dòng)拆箱技術(shù)、自動(dòng)補(bǔ)煙技術(shù)、全品規(guī)自動(dòng)分揀技術(shù)、計(jì)數(shù)輸送及多工位堆垛技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，解決了卷煙物流配送中心異型煙分揀系統(tǒng)存在的瓶頸問(wèn)題，是行業(yè)內(nèi)一次技術(shù)跨越，使煙草商業(yè)企業(yè)能夠主動(dòng)適應(yīng)煙草工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展需要，有利于煙草行業(yè)提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)保持稅利穩(wěn)步增長(zhǎng)，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。