盧志敏，李文燦，余根麗，饒 偉，袁建明，謝春銘

(龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 龍巖 364021)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)煙絲存儲(chǔ)方式主要有柜式存儲(chǔ)和箱式存儲(chǔ)。存儲(chǔ)方式由早期人工作業(yè)箱式存儲(chǔ)到現(xiàn)在自動(dòng)化柜式存儲(chǔ)，可滿足大批量、大規(guī)模生產(chǎn)要求。很多卷煙企業(yè)采用柜式存儲(chǔ)來(lái)滿足生產(chǎn)需求[1]。隨著中細(xì)支卷煙高速發(fā)展，小批量、多規(guī)格品種逐漸增加，煙絲箱式存儲(chǔ)的柔性化生產(chǎn)特征愈發(fā)重要，柜式存儲(chǔ)已很難適應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)。箱式存儲(chǔ)有利于改善煙絲存儲(chǔ)環(huán)境，減少煙蟲(chóng)滋生風(fēng)險(xiǎn)，使煙絲存儲(chǔ)時(shí)間更長(zhǎng)，可滿足卷煙分組加工、均質(zhì)化加工、信息化加工的需求[2]。

同時(shí)，隨著工業(yè)4.0和自動(dòng)化物流技術(shù)的高速發(fā)展，制造工廠逐步走向智能化、數(shù)字化?，F(xiàn)代化企業(yè)物流能夠極大地降低企業(yè)運(yùn)行成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)制造效率和制造水平，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益[3-7]。因此，如何合理設(shè)計(jì)煙絲庫(kù)自動(dòng)化箱式存儲(chǔ)以突破卷煙生產(chǎn)制造企業(yè)的瓶頸，已成為眾多卷煙廠發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。張其東[8]等通過(guò)對(duì)高架庫(kù)物流系統(tǒng)精益流程工藝布局與仿真可塑性應(yīng)用設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程歷史回放、生產(chǎn)批次管理和質(zhì)量追溯功能，提高了企業(yè)的質(zhì)量管理能力和質(zhì)量控制能力。李磊[9]等在異地技改中對(duì)卷煙產(chǎn)品煙絲箱特征碼技術(shù)進(jìn)行研究，提高了倉(cāng)庫(kù)管理信息化水平、節(jié)約了管理成本、提升了管理效率。

本文以某卷煙廠煙絲庫(kù)改造為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)煙絲庫(kù)箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。該研究提高了該卷煙廠的柔性敏捷制造能力。

1 參數(shù)設(shè)定

1.1 工作時(shí)間設(shè)定

某卷煙廠采用“三班兩運(yùn)轉(zhuǎn)”模式，每天生產(chǎn)16 h?？鄢ｐB(yǎng)維護(hù)工作時(shí)長(zhǎng)，煙絲庫(kù)每天運(yùn)行時(shí)間為15 h。為保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，每年需對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造而停產(chǎn)10 d，故每年工作日約為250 d。

1.2 基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定

本次設(shè)定的煙絲箱規(guī)格為方體箱子。箱子尺寸規(guī)格為1 283 mm×1 283 mm×1 240 mm。額定裝箱質(zhì)量為單箱成品煙絲180 kg。存儲(chǔ)形式是以箱子為載體的密集庫(kù)形式進(jìn)行自動(dòng)化存儲(chǔ)，2箱疊放為1垛，1垛1層，2層放置。系統(tǒng)存儲(chǔ)目標(biāo)是存放完整批次不少于20批。每批煙絲存儲(chǔ)不少于9 360 kg。對(duì)從貯柜出料的成品絲，使用裝箱系統(tǒng)進(jìn)行煙絲裝箱。

1.3 流量參數(shù)設(shè)定

裝箱入庫(kù)設(shè)置2條生產(chǎn)線。2條生產(chǎn)線的裝箱最大能力流量分別為A線11 000 kg/h和B線11 000 kg/h[10]。煙絲出庫(kù)設(shè)2臺(tái)翻箱機(jī)，配套9臺(tái)送絲機(jī)構(gòu)供絲，供24臺(tái)卷接機(jī)組使用。每臺(tái)卷接機(jī)組生產(chǎn)能力為8 000支/min，煙絲耗量為0.7 g/支。

入庫(kù)采用1臺(tái)堆垛機(jī)，帶2個(gè)穿梭板小車；出庫(kù)采用同一個(gè)軌道2臺(tái)堆垛機(jī)，且每臺(tái)堆垛機(jī)帶2個(gè)穿梭板小車。

煙絲入庫(kù)流量=(11 000 kg/h+11 000 kg/h)÷180 kg/箱=122.2 箱/h=61.1 垛/h?？障涑鰩?kù)流量為61.1垛/h。煙絲出庫(kù)流量=8 000支/min×60×24組×0.7 g/支÷180 kg/箱=44.8箱/h=22.4垛/h。配套空箱回庫(kù)流量為22.4垛/h。

流量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 流量統(tǒng)計(jì)表

2 自動(dòng)化箱式存儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

箱式存儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍從裝箱系統(tǒng)開(kāi)始至翻箱倒料后的風(fēng)力送絲系統(tǒng)為止，包括混絲、裝箱、堆垛機(jī)出入庫(kù)、貨架存儲(chǔ)、翻箱機(jī)倒料、煙絲箱自動(dòng)清掃裝置等設(shè)備布局和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)及集成，滿足自動(dòng)化物流系統(tǒng)箱式存儲(chǔ)工藝要求。

2.1 系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)

為了滿足生產(chǎn)需求，新的工藝過(guò)程主要包括混絲、煙絲裝箱、箱式貯絲、翻箱倒料、緩存送絲、空箱清掃等工段。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。混絲工段配置1組混絲對(duì)頂柜(5 000 kg/半柜)和2組混絲單柜(10 000 kg/柜)，混后煙絲進(jìn)入煙絲定量裝箱系統(tǒng)，也可以經(jīng)帶式輸送機(jī)后裝入紙箱。大線、小線配置2組裝箱系統(tǒng)。需要出料時(shí)，煙絲經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入裝箱系統(tǒng)。裝箱堆疊后的煙絲箱由入庫(kù)堆垛機(jī)送至指定貨架，首先經(jīng)穿梭板送至指定位置儲(chǔ)存，醇化合格后，經(jīng)出庫(kù)堆垛機(jī)送至相應(yīng)站進(jìn)行翻箱倒料，最后空箱經(jīng)清掃送至裝箱系統(tǒng)繼續(xù)使用或貨架存儲(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

2.2 信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

信息管理系統(tǒng)圍繞智能企業(yè)建設(shè)規(guī)劃，以“物流高質(zhì)量發(fā)展綱要”中信息化建設(shè)規(guī)劃要求及“智慧物流方案”為技術(shù)依據(jù)，結(jié)合兩化融合管理體系建設(shè)，持續(xù)推進(jìn)物流信息化和工業(yè)化的深度融合。信息管理系統(tǒng)需聚焦“快、柔、穩(wěn)、精”目標(biāo)要求，全面建成物流標(biāo)準(zhǔn)化體系，優(yōu)化重組現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)“精益物流、智慧物流”建設(shè)目標(biāo)。信息管理系統(tǒng)需借助“云大物移”技術(shù)，遵循“統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一規(guī)范”的信息化建設(shè)思路，滿足客戶與市場(chǎng)服務(wù)需求，建設(shè)聚焦“業(yè)界領(lǐng)先、開(kāi)放、充分解耦、容易擴(kuò)展”的支撐平臺(tái)。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架圖

信息管理系統(tǒng)基于物流可視化開(kāi)發(fā)配置平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(warehouse management system，WMS)、倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)(warehouse control system，WCS)，實(shí)現(xiàn)煙絲庫(kù)裝箱區(qū)煙絲裝箱自動(dòng)入庫(kù)、翻箱區(qū)煙絲翻箱倒料、煙絲在庫(kù)等業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理、調(diào)度；通過(guò)物流數(shù)字孿生管控系統(tǒng)1∶1還原真實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全程、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)控和管理。

2.2.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

煙絲庫(kù)物流信息系統(tǒng)縱向被劃分為3層(設(shè)備執(zhí)行層、調(diào)度監(jiān)控層、信息管理層)進(jìn)行管理。設(shè)備執(zhí)行層通過(guò)接收調(diào)度監(jiān)控層分解指令，控制物流設(shè)備的執(zhí)行，并將運(yùn)行數(shù)據(jù)向上傳輸給調(diào)度監(jiān)控層，具有良好的實(shí)時(shí)性和高可靠性。調(diào)度監(jiān)控層通過(guò)WCS接收信息管理層的指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)分解、物流設(shè)備監(jiān)控、流程參數(shù)監(jiān)控。信息管理層通過(guò)WMS接收生產(chǎn)任務(wù)，并將任務(wù)發(fā)送給調(diào)度監(jiān)控層，采集、跟蹤、存儲(chǔ)各種物流信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析和作業(yè)的計(jì)劃管理、批次管理、物料管理。同時(shí)，WMS與企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning，ERP)系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行(manufacturing execution system，MES)系統(tǒng)、制絲集控系統(tǒng)等進(jìn)行信息交互，為企業(yè)信息管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)庫(kù)存、庫(kù)位、計(jì)劃執(zhí)行信息等，實(shí)現(xiàn)承上啟下的系統(tǒng)管理功能。

業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架圖

2.2.3 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

技術(shù)架構(gòu)采用層次化、組件化、平臺(tái)化技術(shù)路線，利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖4所示。

圖4 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架圖

應(yīng)用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性以及對(duì)技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)性，采用組件技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性。技術(shù)架構(gòu)在設(shè)計(jì)上支持靈活構(gòu)建系統(tǒng)。前端采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)線HTML5、CSS3、Javascript，使用兼容性良好的Jquery類庫(kù)、EasyUI組件庫(kù)，通過(guò)Ajax技術(shù)訪問(wèn)后端數(shù)據(jù)。后端采用面向服務(wù)的架構(gòu)(service oriented architecture,SOA)微服務(wù)架構(gòu)和拆分服務(wù)，比如用戶接口、權(quán)限接口、日志接口、消息接口等。后端組件包括緩存管理、控制反轉(zhuǎn)(inversion of control,IOC)容器、服務(wù)追蹤、性能監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，語(yǔ)言采用C#10。自動(dòng)化集成部署的流程包括接收需求、代碼編寫、上傳到GitHub和線上版本自動(dòng)完成拉取代碼、打包構(gòu)建、安裝重啟服務(wù)等。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

公開(kāi)宣告的動(dòng)態(tài)邏輯 公開(kāi)宣告邏輯PAL的語(yǔ)言是通過(guò)增加行動(dòng)到EL中，加上動(dòng)態(tài)模態(tài)算子組成，可通過(guò)下面的語(yǔ)形規(guī)則定義：

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)分為信息管理層、調(diào)度監(jiān)控層以及設(shè)備執(zhí)行層。各系統(tǒng)分層實(shí)現(xiàn)不同功能，相應(yīng)配備不同硬件設(shè)施，通過(guò)千兆以太網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)無(wú)縫集成、實(shí)時(shí)互通、快速響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架如圖5所示。

①信息管理層。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器部署時(shí)應(yīng)充分考慮冗余機(jī)制，采用雙機(jī)熱備方式部署，保證在主服務(wù)器意外宕機(jī)或應(yīng)用崩潰時(shí)能自動(dòng)切換到備份服務(wù)器，從而保障服務(wù)的高可用性。在信息管理層，WMS與上位系統(tǒng)之間通過(guò)千兆以太網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成、接口兼容、實(shí)時(shí)互通、資源共享。

②調(diào)度監(jiān)控層。煙絲庫(kù)中控室管理交換機(jī)通過(guò)千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度監(jiān)控層與信息管理層的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定通信。調(diào)度監(jiān)控層設(shè)備(如管理終端、數(shù)字孿生管控系統(tǒng)客戶端、工業(yè)安全監(jiān)測(cè)審計(jì)系統(tǒng)等)集中部署在中控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙絲庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度與監(jiān)控。

③設(shè)備執(zhí)行層。煙絲庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)通過(guò)光纖上聯(lián)到煙絲庫(kù)中控室管理交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備執(zhí)行層與調(diào)度監(jiān)控層的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定通信；此外，現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)提供千兆網(wǎng)絡(luò)接入能力。自動(dòng)化設(shè)備與其他計(jì)算機(jī)設(shè)備通過(guò)可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)(如輸送機(jī)等)或者以太網(wǎng)(如堆垛機(jī)子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)電腦終端、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、液晶顯示屏等)接入信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程控制及信息的傳遞。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.3.1 WMS

WMS設(shè)計(jì)按照當(dāng)前主流的模塊化、組件化、平臺(tái)化、移動(dòng)化建設(shè)理念，遵循高內(nèi)聚、低耦合、跨平臺(tái)的原則，同時(shí)需具備良好的擴(kuò)展性。WMS采用微服務(wù)技術(shù)，支持業(yè)務(wù)流可視化配置和云化部署，滿足企業(yè)未來(lái)物流系統(tǒng)“統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一運(yùn)維”的信息化發(fā)展需要。WMS通過(guò)物料信息的采集、管理、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)煙絲箱出入庫(kù)任務(wù)全過(guò)程軌跡閉環(huán)管控。WMS包含射頻識(shí)別(radio frequency identification,RFID)信息校驗(yàn)，支持按箱號(hào)、任務(wù)號(hào)進(jìn)行全過(guò)程的查詢。

2.3.2 WCS

WCS是倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)，通過(guò)集成各種設(shè)備系統(tǒng)接口，對(duì)各設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、管理。WCS協(xié)調(diào)各個(gè)輸送設(shè)備完成出入庫(kù)任務(wù)需求，并通過(guò)實(shí)時(shí)收集設(shè)備層反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控及對(duì)任務(wù)執(zhí)行狀況的實(shí)時(shí)跟蹤。WCS在調(diào)度設(shè)計(jì)時(shí)遵循均衡負(fù)載(平衡路徑任務(wù))、優(yōu)先級(jí)任務(wù)等原則，對(duì)出入庫(kù)任務(wù)組合進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳的出入庫(kù)雙循環(huán)作業(yè)。同時(shí)，WCS采用前后端分離技術(shù)，支持“分布調(diào)度、集中監(jiān)控”，在同一界面掌控整體設(shè)備運(yùn)行情況。

2.4 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

2.5 關(guān)鍵工序工藝質(zhì)量安全設(shè)計(jì)

煙絲箱的信息載體為RFID芯片。在業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)的過(guò)程中，通過(guò)設(shè)備讀取RFID煙絲箱信息，并將讀取到的煙絲箱信息交互傳遞到WMS、WCS等系統(tǒng)中，從而保證業(yè)務(wù)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。RFID煙絲箱信息校驗(yàn)是整個(gè)自動(dòng)化業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)的重中之重。因此，系統(tǒng)針對(duì)煙絲箱出入庫(kù)等環(huán)節(jié)設(shè)置了多重質(zhì)量安全校驗(yàn)。

2.5.1 煙絲裝箱入庫(kù)校驗(yàn)機(jī)制設(shè)計(jì)

煙絲裝箱完成后，系統(tǒng)將煙絲品牌、規(guī)格、批次、重量、時(shí)間等信息寫入RFID芯片，并讀取出來(lái)與視覺(jué)識(shí)別的煙絲箱號(hào)進(jìn)行對(duì)比。如匹配不通過(guò)，則需等待人工處理。煙絲箱入庫(kù)申請(qǐng)校驗(yàn)包括產(chǎn)生任務(wù)前校驗(yàn)煙絲箱號(hào)范圍是否正確、上下煙絲箱號(hào)是否重復(fù)、箱號(hào)是否在庫(kù)內(nèi)、任務(wù)中是否重復(fù)、上下箱牌號(hào)是否正確、批次號(hào)是否一致。如果不一致，則聲光報(bào)警，等待人工處理。行口校驗(yàn)流程如下：堆垛機(jī)到達(dá)行口，調(diào)用WMS接口，校驗(yàn)任務(wù)里的牌號(hào)、批次號(hào)和所存儲(chǔ)行的牌號(hào)、批次號(hào)是否一致。如果不一致，則堆垛機(jī)報(bào)警，等待人工處理。

2.5.2 煙絲箱出庫(kù)校驗(yàn)機(jī)制的設(shè)計(jì)

①貨位行口校驗(yàn)。貨位行口校驗(yàn)將任務(wù)中的牌號(hào)、批次號(hào)信息與指定站臺(tái)的牌號(hào)、批次號(hào)信息進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)。如果不匹配，則堆垛機(jī)報(bào)警，等待人工處理。

②翻箱倒料校驗(yàn)。翻箱前讀取RFID芯片中的牌號(hào)、批次號(hào)信息和下發(fā)計(jì)劃的牌號(hào)、批次號(hào)信息以及傳遞任務(wù)中的牌號(hào)、批次號(hào)信息，將其進(jìn)行一一對(duì)比。如三者有任一不一致，則剔除到人工處理站臺(tái)，等待人工處理。

2.6 一軌雙車調(diào)度策略設(shè)計(jì)

一軌雙車調(diào)度策略[11]的建立基于以下原則。

①搭建煙絲庫(kù)3D立體模型，獲取計(jì)劃指令的起始地址、目標(biāo)地址信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行建模分析，以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)階段產(chǎn)能情況下對(duì)相應(yīng)任務(wù)的起止地址和最終目標(biāo)地址的最小運(yùn)輸距離和堆垛機(jī)自身效率的計(jì)算。同時(shí)，在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取堆垛機(jī)的運(yùn)行調(diào)度狀態(tài)，組合排列出最新可用或?qū)⒖捎玫亩讯鈾C(jī)。

②煙絲庫(kù)的出入庫(kù)規(guī)則采用“就近原則”的邏輯，對(duì)于物料的倉(cāng)庫(kù)存放時(shí)間設(shè)置一定的期限，從而在一定的時(shí)間內(nèi)確保就近出庫(kù)。這可以避免在同一時(shí)間同一地點(diǎn)，2臺(tái)堆垛機(jī)取同一箱煙絲進(jìn)行出庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)的雙車調(diào)度而不相互干擾，以達(dá)到錯(cuò)峰運(yùn)行。

③建立任務(wù)優(yōu)先級(jí)策略和任務(wù)池策略，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行場(chǎng)景設(shè)定任務(wù)數(shù)閾值和入庫(kù)任務(wù)等待時(shí)間閾值(任務(wù)數(shù)閾值可以一開(kāi)始設(shè)定為5條，入庫(kù)任務(wù)等待時(shí)間閾值可設(shè)定初始時(shí)間為5 min，然后根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景的運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整任務(wù)閾值數(shù)值)。判斷入庫(kù)任務(wù)等待時(shí)間是否大于或等于閾值。如大于或等于閾值，則執(zhí)行入庫(kù)任務(wù)。如果所有入庫(kù)任務(wù)等待時(shí)間小于閾值，則判斷所有任務(wù)池中的任務(wù)個(gè)數(shù)是否大于或等于設(shè)置的閾值。如果任務(wù)個(gè)數(shù)大于或等于閾值，則執(zhí)行出庫(kù)任務(wù)。如果任務(wù)個(gè)數(shù)小于閾值，則按任務(wù)優(yōu)先級(jí)從大到小排序依次執(zhí)行任務(wù)。

2.7 應(yīng)急預(yù)案設(shè)計(jì)

①堆垛機(jī)故障。

當(dāng)入庫(kù)堆垛機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)箱經(jīng)貨架旁新設(shè)的輸送系統(tǒng)輸送至出庫(kù)堆垛機(jī)取貨站臺(tái)，由出庫(kù)堆垛機(jī)取貨后送至庫(kù)中存放。出庫(kù)設(shè)置2臺(tái)堆垛機(jī)。2臺(tái)堆垛機(jī)可同時(shí)使用，也可互為備用。當(dāng)某臺(tái)出庫(kù)堆垛機(jī)故障時(shí)，另外1臺(tái)可繼續(xù)做出庫(kù)工作。經(jīng)計(jì)算堆垛機(jī)能力和仿真動(dòng)作過(guò)程可知，單臺(tái)堆垛機(jī)可滿足出庫(kù)作業(yè)需求。3臺(tái)堆垛機(jī)共設(shè)置6臺(tái)穿梭板小車，穿梭板小車之間可以互為備用。當(dāng)其中某臺(tái)出現(xiàn)故障，其余穿梭板小車可以滿足生產(chǎn)所需。

②裝箱系統(tǒng)故障。

系統(tǒng)設(shè)置2套裝箱站且2套裝箱站為相互獨(dú)立的系統(tǒng)。1套裝箱系統(tǒng)出現(xiàn)故障進(jìn)行維修時(shí)，不會(huì)影響另外1套系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，大小線可互為備用。

③翻箱系統(tǒng)故障。

系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)翻箱倒料機(jī)。當(dāng)1臺(tái)翻箱倒料機(jī)發(fā)生故障，另外1臺(tái)翻箱倒料機(jī)仍可基本滿足生產(chǎn)所需。

④機(jī)器人清掃故障。

系統(tǒng)設(shè)置人工清掃站臺(tái)。當(dāng)清掃機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，將煙絲箱輸送到翻轉(zhuǎn)機(jī)處自動(dòng)去蓋后，再將煙絲箱翻轉(zhuǎn)120°，待人工清掃干凈后投入使用。

2.8 數(shù)字孿生系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字孿生作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和促進(jìn)智能化升級(jí)的重要使能途徑,一直備受各行各業(yè)關(guān)注,已從理論研究走向了實(shí)際應(yīng)用階段。當(dāng)前，針對(duì)數(shù)字孿生要素建模的研究或應(yīng)用主要集中在幾何模型的構(gòu)建，包括利用三維軟件直接建模、利用儀器設(shè)備測(cè)量方式建模、利用視頻或圖像進(jìn)行建模[12-15]等。系統(tǒng)以支持車間狀態(tài)的監(jiān)控用煙絲庫(kù)的庫(kù)區(qū)、垛位、設(shè)備信息、庫(kù)存信息、物料狀態(tài)等基本數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全庫(kù)作業(yè)3D場(chǎng)景，對(duì)車間狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步還原。該3D場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)反饋、當(dāng)日庫(kù)區(qū)作業(yè)任務(wù)進(jìn)度和近幾日作業(yè)任務(wù)趨勢(shì)反饋、庫(kù)存狀態(tài)和庫(kù)存物料信息實(shí)時(shí)反饋、煙絲庫(kù)區(qū)實(shí)時(shí)信息反饋，使煙絲庫(kù)管理可視化、透明化，提高了業(yè)務(wù)的作業(yè)效率，為管理層的管理和決策提供了有力的信息化支撐。

3 自動(dòng)化箱式存儲(chǔ)物流系統(tǒng)運(yùn)行

3.1 箱式存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)

煙絲庫(kù)存儲(chǔ)容量設(shè)置為1 328個(gè)煙絲箱，可存放煙絲23批次，高于目標(biāo)值20批次。同時(shí)，對(duì)煙絲庫(kù)進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆抡嫘ｒ?yàn)，可確保煙絲箱供給和入庫(kù)的連續(xù)性，保證供料的即時(shí)性。煙絲箱按照單牌號(hào)批次順序進(jìn)入存儲(chǔ)通道。每個(gè)通道允許存儲(chǔ)同一個(gè)品牌、規(guī)格、批次的煙絲箱，不允許交叉混存。WMS系統(tǒng)存儲(chǔ)策略要求1條通道有且僅有1個(gè)品牌、規(guī)格、批次的煙絲箱進(jìn)行存儲(chǔ)。若不同品牌、規(guī)格、批次的煙絲箱存儲(chǔ)貨位為同一通道，需立即進(jìn)行報(bào)錯(cuò)并提示。煙絲箱在庫(kù)區(qū)內(nèi)作全閉環(huán)的RFID校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了物流與信息流的一致性與同步性。

3.2 數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)CAD平面圖或者衛(wèi)星圖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行三維建模，確保1∶1還原，構(gòu)建與真實(shí)環(huán)境一致的3D場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)區(qū)3D場(chǎng)景實(shí)時(shí)同步還原和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控預(yù)警管理。這將對(duì)煙絲庫(kù)業(yè)務(wù)的正?？焖龠\(yùn)轉(zhuǎn)起到保障作用。同時(shí)，通過(guò)3D建模可立體、直觀地展示當(dāng)前庫(kù)位中已占用庫(kù)位和可用庫(kù)位。展示的重要信息包含物料類型、名稱、數(shù)量、牌號(hào)等，以實(shí)現(xiàn)直觀查看和展示，并結(jié)合商業(yè)智能(business intelligence,BI)分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)展示。實(shí)時(shí)信息報(bào)告用于對(duì)庫(kù)區(qū)實(shí)時(shí)作業(yè)、異常監(jiān)控的消息進(jìn)行日志報(bào)告，方便運(yùn)營(yíng)定位問(wèn)題、分析問(wèn)題等。因此，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)建立的智能化設(shè)備管理平臺(tái)、數(shù)字化庫(kù)區(qū)，在業(yè)務(wù)上可實(shí)現(xiàn)透明化、可視化管理，提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

為了順應(yīng)國(guó)家智能制造和智慧物流發(fā)展需求，本文以某卷煙廠煙絲庫(kù)為平臺(tái)，構(gòu)建了煙絲庫(kù)自動(dòng)化箱式存儲(chǔ)物流系統(tǒng)，提高了卷煙廠柔性化加工水平。同時(shí)，隨著5G等更多新技術(shù)的應(yīng)用，卷煙廠對(duì)自動(dòng)化物流系統(tǒng)的建設(shè)提出了更高的要求，需要開(kāi)展更加深入的研究和探討。該系統(tǒng)的建立為企業(yè)智慧物流建設(shè)邁出了重要的一步。