□ 于德福，孟慶華，文銀地，郭元盛

(1.頤中(青島)煙草機(jī)械有限公司,山東 青島 266012;2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500;3.頤中煙草(集團(tuán))有限公司,山東 青島 266012)

煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)在卷煙廠制絲車(chē)間和卷包車(chē)間之間起著承上啟下的作用，負(fù)責(zé)制絲車(chē)間成品絲的存儲(chǔ)及半成品絲的摻配，同時(shí)要滿(mǎn)足卷包車(chē)間成品煙絲的供應(yīng)。因此，煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)是卷煙智能生產(chǎn)的重要組成部分[1]。隨著物流行業(yè)技術(shù)系統(tǒng)的不斷革新，煙草物流系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、物流設(shè)備、控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面均需要進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)[2]。此外，煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)卷煙生產(chǎn)車(chē)間停線[3]，因此對(duì)煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的升級(jí)改造是實(shí)現(xiàn)卷煙智能生產(chǎn)的重點(diǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，郭天文[4]提出平庫(kù)箱式煙絲庫(kù)物流自動(dòng)化系統(tǒng)的解決方案；楊文杰等[5]提出全箱式無(wú)貨架立體倉(cāng)庫(kù)的貨位分配策略；張雄杰[6]從多規(guī)格煙絲箱式儲(chǔ)存的角度設(shè)計(jì)了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，采用煙絲箱最多4層堆疊的形式，用于自動(dòng)儲(chǔ)存成品煙絲與半成品煙絲；王芳等[7]從路徑優(yōu)化和庫(kù)位優(yōu)化兩方面實(shí)現(xiàn)煙絲庫(kù)生產(chǎn)效率的提升。上述對(duì)煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的研究多為單一流程的優(yōu)化思路或改善流程，未能從煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的整個(gè)流程提出具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。為此，以濟(jì)南卷煙廠煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目為對(duì)象，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的全流程解決方案，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化與柔性化。

1 問(wèn)題分析

現(xiàn)有每個(gè)貯絲柜的貯量為12000kg，對(duì)大牌號(hào)、大批量的煙絲生產(chǎn)比較適宜。由于生產(chǎn)批量的原因，小牌號(hào)煙絲會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用部分的貯絲柜，影響了貯絲柜在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的使用效率，給生產(chǎn)組織帶來(lái)較大難度，制絲生產(chǎn)線經(jīng)常出現(xiàn)等貯絲柜的現(xiàn)象，制絲能力得不到有效發(fā)揮[8-9]。

現(xiàn)有的煙絲摻配庫(kù)僅用來(lái)儲(chǔ)存膨脹煙絲和中式線煙絲。膨脹煙絲摻配量在各品牌中差別較大，為保證膨脹煙絲的集中生產(chǎn)，重點(diǎn)保證膨脹煙絲200000kg的存儲(chǔ)要求，但對(duì)物流輸送能力要求不高。中式線生產(chǎn)能力為2000kg/h，主要的生產(chǎn)任務(wù)是為雪茄型卷煙生產(chǎn)煙絲，批量生產(chǎn)的煙絲儲(chǔ)存在摻配庫(kù)內(nèi)，隨著雪茄型卷煙的生產(chǎn)需求逐漸調(diào)用，對(duì)物流輸送能力要求也在降低。隨著品牌加工需求的不斷變化，現(xiàn)有的煙絲摻配庫(kù)利用率嚴(yán)重不足，僅能達(dá)到10%，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的物流能力也不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，經(jīng)常產(chǎn)生出入庫(kù)錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)的情況，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)調(diào)度。因此為解決這一問(wèn)題，煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的升級(jí)改造已迫在眉睫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則

充分利用企業(yè)現(xiàn)有資源，帶動(dòng)生產(chǎn)要素的合理流動(dòng)，使企業(yè)資源得到優(yōu)化配置和充分利用。具體而言，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)的需要，項(xiàng)目組在前期方案的制定中明確以下規(guī)則：

①煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造在現(xiàn)有的聯(lián)合工房制絲車(chē)間內(nèi)完成，保障聯(lián)合工房的原有結(jié)構(gòu)、建筑面積及外立面不變。

②按模塊化、柔性化、數(shù)字化的設(shè)計(jì)原則，利用原聯(lián)合工房的空間，不破壞制絲車(chē)間原有的工藝布局。

③保持原有制絲車(chē)間的功能區(qū)域劃分，不改變消防分區(qū)。

④在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，要保證制絲生產(chǎn)的正常運(yùn)行，保障空壓、配電、給排水及消防等公用配套設(shè)施的正常功能。

2.2 項(xiàng)目總體方案

煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目以提高經(jīng)濟(jì)效益為中心，采用現(xiàn)代化物流技術(shù)，按照“系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、智能化控制、精細(xì)化加工、數(shù)字化管理”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，全面提升濟(jì)南卷煙廠的物流裝備技術(shù)水平。

①解決原有煙絲摻配庫(kù)堆垛機(jī)能力不足的問(wèn)題。采用煙絲箱雙箱堆疊方式，見(jiàn)圖1。堆垛機(jī)一次可搬運(yùn)2個(gè)箱子，提升摻配庫(kù)的出入庫(kù)能力，滿(mǎn)足現(xiàn)有的流量需求[10]。

圖1 煙絲摻配庫(kù)實(shí)物圖

②為更好地適應(yīng)物流系統(tǒng)的需求，采用移動(dòng)式翻箱機(jī)帶蓋翻箱的模式，見(jiàn)圖2。翻箱動(dòng)作更平緩，翻箱位置更加靠近喂料倉(cāng)，能夠有效減少煙絲造碎及揚(yáng)塵。移動(dòng)式翻箱機(jī)采用“一對(duì)多”的方式，一臺(tái)移動(dòng)式翻箱機(jī)對(duì)應(yīng)多個(gè)喂料倉(cāng)，增加了系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)可避免一臺(tái)翻箱機(jī)出現(xiàn)故障影響對(duì)應(yīng)的卷接機(jī)生產(chǎn)[11]。

圖2 移動(dòng)式翻箱機(jī)實(shí)物圖

③在整個(gè)物流系統(tǒng)中，煙絲箱保持帶蓋流轉(zhuǎn)，密封性更好，有效解決不帶蓋的煙絲箱在輸送中易揚(yáng)塵、受污染和串味的問(wèn)題。

④采用兩點(diǎn)裝箱方式，見(jiàn)圖3。每個(gè)煙絲箱經(jīng)過(guò)兩次裝料過(guò)程，煙絲箱從第一裝箱工位輸送至第二裝箱工位的過(guò)程中，能自行沉降，消除波峰，實(shí)際裝箱量能較好的適配預(yù)設(shè)裝箱量。

圖3 裝箱系統(tǒng)實(shí)物圖

⑤采用機(jī)器人加視覺(jué)的模式清掃煙絲箱，保證箱底和側(cè)壁均被清掃，見(jiàn)圖4。視覺(jué)系統(tǒng)用于探測(cè)和識(shí)別清理后的煙絲箱是否干凈，每箱殘余煙絲量不超過(guò)10g。

圖4 機(jī)器人視覺(jué)清掃系統(tǒng)實(shí)物圖

⑥采用3D可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。以實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，采用3D建模技術(shù)、可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合而成的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合真實(shí)環(huán)境，按1∶1比例進(jìn)行建模，直觀展示物流狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及倉(cāng)儲(chǔ)信息。

圖5 3D可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)

3 應(yīng)用效果

為充分發(fā)揮現(xiàn)有制絲線的生產(chǎn)能力，滿(mǎn)足摻配及貯絲各環(huán)節(jié)的工藝加工和生產(chǎn)調(diào)度要求，煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目根據(jù)功能劃分和工藝流程進(jìn)行了規(guī)劃，包括煙絲裝箱入庫(kù)、煙絲翻箱摻配、煙絲箱清掃、回收煙絲入庫(kù)及抽檢等工藝流程。

3.1 煙絲裝箱入庫(kù)

煙絲裝箱需要的空煙絲箱從緩存區(qū)輸送至裝箱系統(tǒng)的去蓋工位，供煙絲裝箱使用。當(dāng)空箱緩存區(qū)空箱數(shù)量不足時(shí)，系統(tǒng)從立體庫(kù)中調(diào)出空箱組，輸送至拆箱工位，由夾抱合分機(jī)將雙箱拆分為單個(gè)空箱并輸送至裝箱系統(tǒng)的去蓋工位，供煙絲裝箱使用。

計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)將品牌、批次總重等信息發(fā)送給裝箱系統(tǒng)，下達(dá)裝箱任務(wù)。采用兩點(diǎn)裝箱的方式，煙絲經(jīng)皮帶機(jī)輸送到縱向布料機(jī)，再由縱向布料機(jī)將煙絲均勻地布在橫向布料機(jī)進(jìn)行裝箱，當(dāng)裝滿(mǎn)一箱后，通過(guò)橫向布料車(chē)往復(fù)鋪料切換到另一裝箱工位繼續(xù)裝箱。

裝箱完成后，裝箱系統(tǒng)將煙絲的重量信息傳給計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。煙絲箱輸送至疊箱工位，由夾報(bào)合分機(jī)將兩箱堆疊，RFID讀寫(xiě)器將煙絲重量、品規(guī)等信息寫(xiě)入RFID中。RFID信息讀寫(xiě)錯(cuò)誤的煙絲箱送到人工處理站臺(tái)進(jìn)行處理。

煙絲箱輸送至立體庫(kù)區(qū)前，進(jìn)行外形檢查、RFID信息讀取和條碼識(shí)別。外形檢查不合格的煙絲箱送到人工處理站臺(tái)進(jìn)行處理，同時(shí)將RFID信息和條碼信息進(jìn)行比對(duì)，信息錯(cuò)誤的煙絲箱送到人工處理站臺(tái)進(jìn)行處理。正確的煙絲箱，送至立體庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.2 煙絲翻箱摻配

根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度指令，計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)出庫(kù)任務(wù)，堆垛機(jī)將煙絲箱取出并送至出庫(kù)站臺(tái)。煙絲箱輸送至主線時(shí)，RFID讀寫(xiě)器讀取煙絲箱RFID信息，條碼識(shí)別器讀取條碼，并進(jìn)行第一次信息比對(duì)校驗(yàn)。校驗(yàn)合格的煙絲箱送至翻箱緩存通道，同時(shí)RFID讀寫(xiě)器讀取RFID信息，進(jìn)行第二次信息校驗(yàn)，校驗(yàn)合格的煙絲箱送到移動(dòng)式翻箱機(jī)夾抱工位，確認(rèn)到位后移動(dòng)式翻箱機(jī)先夾抱上箱，將煙絲倒入喂料倉(cāng)后再將空箱送至空箱回庫(kù)站臺(tái)。然后再夾抱下箱，將煙絲倒入喂料倉(cāng)后將空箱送至空箱回庫(kù)站臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空箱兩箱堆疊，空箱碼完后將任務(wù)信號(hào)反饋給輸送系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)將空箱單元送至清掃流程。校驗(yàn)不合格的煙絲箱送到人工處理站臺(tái)進(jìn)行處理。

摻配煙絲(膨脹絲、薄片絲、回收絲等)從喂料倉(cāng)送出，經(jīng)皮帶輸送機(jī)、計(jì)量管、電子皮帶秤按摻兌比例送到對(duì)應(yīng)的制絲主線，完成煙絲摻配。摻配完成的煙絲經(jīng)加香機(jī)、水分儀后，由皮帶輸送機(jī)送到貯絲柜進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.3 煙絲箱清掃

堆疊好的空箱單元經(jīng)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)送至機(jī)器人清掃系統(tǒng)，機(jī)器人把空箱抱起，進(jìn)行去蓋、翻箱清掃，最后通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別清理后的煙絲箱是否干凈。合格的空煙絲箱加蓋后，由機(jī)器人放至輸送線上，不合格的繼續(xù)清掃。

清掃完的單個(gè)空箱優(yōu)先送到空箱緩存區(qū)，供煙絲裝箱使用?？障渚彺鎱^(qū)存滿(mǎn)時(shí)，清掃完的空箱堆疊成兩箱，空箱單元?jiǎng)t送到立體庫(kù)存儲(chǔ)。

3.4 回收煙絲入庫(kù)

回收煙絲需要空箱時(shí)，空箱單元從立體庫(kù)調(diào)出，送到機(jī)器人清掃緩存工位，由機(jī)器人進(jìn)行拆箱，將堆疊的煙絲箱拆成單個(gè)煙絲箱，再把箱蓋放到箱蓋緩存站臺(tái)，然后將空箱輸送到空箱供給站臺(tái)，由人工叉車(chē)搬運(yùn)供回收煙絲裝箱使用。

回收煙絲箱入庫(kù)時(shí)，由人工叉車(chē)搬運(yùn)到處理站臺(tái)，進(jìn)行稱(chēng)重并將信息寫(xiě)入RFID。機(jī)器人從箱蓋緩存站臺(tái)取下箱蓋，給回收煙絲箱加蓋，然后輸送至立體庫(kù)存儲(chǔ)。

3.5 煙絲抽檢

系統(tǒng)下達(dá)抽檢指令，堆垛機(jī)從立體庫(kù)取出煙絲箱，輸送到機(jī)器人清掃緩存工位，機(jī)器人拆箱，將堆疊的煙絲箱拆成單個(gè)煙絲箱，然后機(jī)器人把箱蓋放到箱蓋緩存站臺(tái)，煙絲箱輸送到人工處理站臺(tái)進(jìn)行檢查。檢查核對(duì)結(jié)束后，機(jī)器人從給抽檢煙絲箱加蓋，然后經(jīng)輸送線送至立體庫(kù)存儲(chǔ)。

另外，煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目是基于3D可視化的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，可直觀展示整個(gè)系統(tǒng)的物流狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及倉(cāng)儲(chǔ)信息等。同時(shí)，還可模擬生產(chǎn)設(shè)備及場(chǎng)景，對(duì)各種突發(fā)情況進(jìn)行安全演練；設(shè)計(jì)安全教育課程，進(jìn)行互動(dòng)式的安全培訓(xùn)。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)一年多的項(xiàng)目實(shí)施，濟(jì)南卷煙廠煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目已順利投入運(yùn)行。在滿(mǎn)足山東中煙品牌加工工藝要求的同時(shí)，提高了卷煙生產(chǎn)線的加工能力和自動(dòng)化程度。結(jié)果表明：改造后系統(tǒng)的出入庫(kù)能力達(dá)到170次/小時(shí)，有效提高了出入庫(kù)效率；采用6巷道立體庫(kù)存放，可儲(chǔ)存3348個(gè)煙絲箱，大大提高了空間利用率；同時(shí)機(jī)器人的清掃能力達(dá)到45箱/小時(shí)，改造后的煙絲儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足制絲生產(chǎn)的出入庫(kù)需求，保障物流不中斷，徹底解決了儲(chǔ)供絲環(huán)節(jié)的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題。