在寧波卷煙廠“十二五”異地技改的自動(dòng)化高架庫智能物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圍繞專業(yè)化卷煙工廠柔性生產(chǎn)、自動(dòng)化搬運(yùn)、存儲(chǔ)、摻配、多規(guī)格包裝等卷煙生產(chǎn)工藝需求，提出了煙包智能排序出庫、煙絲箱式存儲(chǔ)與自動(dòng)化摻配配方的工藝解決方案，實(shí)現(xiàn)了“半成品”、“成品”煙絲兩庫打通與分離自動(dòng)切換、煙絲箱自動(dòng)分區(qū)管理與自動(dòng)化物流調(diào)度配送。采用了AutoMod仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，不斷完善工藝方案，為系統(tǒng)設(shè)備配置提供定量依據(jù)。

　　一、引言

　　目前我國(guó)煙草行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，為滿足市場(chǎng)需要，不同要求的訂單生產(chǎn)已成為常態(tài)化，從而對(duì)卷煙工廠的物流水平也提出了新挑戰(zhàn)。浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠以提升自身管理水平和提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)，打造工業(yè)4.0、“中國(guó)制造2025”智慧卷煙工廠為導(dǎo)向，企業(yè)全體上下秉承“憂患、拼搏、創(chuàng)新”的企業(yè)文化核心理念和“敢想敢拼、善謀善為”的企業(yè)精神，不斷完善和發(fā)展各項(xiàng)技術(shù)水平，致力于打造國(guó)內(nèi)一流卷煙工廠。

　　從卷煙制造的整個(gè)工藝流程來看，半成品煙絲仍采用柜式存儲(chǔ)，勢(shì)必會(huì)對(duì)分組加工的工藝升級(jí)產(chǎn)生諸多限制;成品與半成品箱式儲(chǔ)絲分開獨(dú)立布置運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的重復(fù)投資、煙箱等周轉(zhuǎn)單元重復(fù)投入，煙絲降級(jí)、殘煙絲流轉(zhuǎn)等需要在兩個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行人工搬運(yùn)等問題。

　　針對(duì)上述問題，浙江中煙寧波卷煙廠在進(jìn)行“十二五”易地技術(shù)改造高架庫系統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)之初，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)成品與半成品煙絲儲(chǔ)存一體化進(jìn)行了全面細(xì)致地考慮。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在“十二五”異地技術(shù)改造項(xiàng)目中首次將半成品、成品煙絲庫采用一體化設(shè)計(jì)，在減少設(shè)備投資的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了兩庫之間自動(dòng)化功能分區(qū)作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理，為箱式存儲(chǔ)工藝提供一種新的模式，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)空白。對(duì)行業(yè)工藝提升發(fā)展與提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要輻射意義。

　　二、系統(tǒng)工藝流程研究與設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)涵蓋了卷煙生產(chǎn)整個(gè)過程中的生產(chǎn)物流、存儲(chǔ)物流、工藝物流、包裝物流和回收物流等各個(gè)方面，突破了生產(chǎn)、存儲(chǔ)及運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面的傳統(tǒng)流程設(shè)計(jì)模式，利用現(xiàn)代化物流技術(shù)和裝備，對(duì)各環(huán)節(jié)工藝模式進(jìn)行整合，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

　　本系統(tǒng)必須適應(yīng)成品與半成品煙絲精細(xì)化分組加工、精細(xì)化配方、順序投料、柔性生產(chǎn)、批次管理、按訂單生產(chǎn)、質(zhì)量跟蹤、均勻摻兌、廢品剔出、信息跟蹤不斷線、提前警示、配方無限替換等需求。通過借鑒國(guó)內(nèi)外卷煙生產(chǎn)物流系統(tǒng)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)代物流技術(shù)裝備的水平，經(jīng)過物流仿真系統(tǒng)的反復(fù)分析與驗(yàn)證，提出了系統(tǒng)工藝流程圖，參見圖1。

　　1.系統(tǒng)范圍

　　本系統(tǒng)主要包含：半成品煙絲裝箱(含梗絲、膨絲、A/B/C三線葉絲裝箱)區(qū)、半成品煙絲摻配區(qū)、成品煙絲裝箱區(qū)、成品煙絲喂絲區(qū)、回用煙絲裝箱區(qū)、余料煙箱回庫區(qū)、半成品和成品煙絲高架庫進(jìn)出庫區(qū)、EMS小車輸送系統(tǒng)和外購(gòu)再生煙絲進(jìn)庫區(qū)等作業(yè)區(qū)。

　　2.系統(tǒng)功能要求

　　(1)煙箱進(jìn)出庫加去蓋設(shè)備須具備以下功能：煙箱進(jìn)庫可采用機(jī)械手自動(dòng)加蓋，出庫可采用機(jī)械手自動(dòng)去蓋功能;煙箱進(jìn)出庫也可采用不加去蓋功能，以上功能由煙箱進(jìn)出庫WMS與WCS系統(tǒng)定義自動(dòng)選擇。

　　(2)煙箱倒料后具備自動(dòng)清除余料和清潔功能，每個(gè)箱子都必須清潔。

　　(3)按“先進(jìn)先出”、“出庫優(yōu)先”等原則進(jìn)行出庫作業(yè)，并可按要求指定貨位進(jìn)出庫。

　　(4)在接受一個(gè)批次生產(chǎn)指令時(shí)，系統(tǒng)對(duì)于不能滿足生產(chǎn)要求的庫存發(fā)出預(yù)警信息。

　　(5)實(shí)現(xiàn)全過程信息采集、跟蹤。

　　(6)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮外運(yùn)煙絲的裝箱、暫存及進(jìn)出輸送。

　　(7)消防配合要求：由于消防采用預(yù)作用噴淋滅火系統(tǒng)、空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)，所以貨架設(shè)計(jì)過程中須考慮留出消防系統(tǒng)設(shè)備安裝的空間。

　　(8)環(huán)境溫濕度范圍：溫度：26±2℃;相對(duì)濕度：58±5%。

　　(9)考慮貨位管理功能，能夠?qū)ω浳贿M(jìn)行多狀態(tài)管理。

　　(10)考慮RFID檢測(cè)及實(shí)托盤剔除環(huán)節(jié)。

　　(11)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還擴(kuò)展了以下需求：①按摻配和喂絲配方比例、裝箱重量等信息確定庫存分布;②可按版本號(hào)(在授權(quán)情況下，WMS具有定義貨物的功能)裝箱入庫;③庫位管理采用不定期的休閑時(shí)段堆垛機(jī)提前布貨(即實(shí)現(xiàn)不定期整倉(cāng)功能);④余料煙箱優(yōu)先出庫;⑤具備虛擬進(jìn)退庫功能;⑥煙箱出庫、翻箱摻配機(jī)前、喂絲機(jī)前對(duì)煙箱品牌具有RFID再確認(rèn)功能;⑦庫區(qū)任何一個(gè)煙箱都具有品牌更改與降級(jí)修改(在ID CODE特別授權(quán)下)功能，對(duì)于降級(jí)的煙箱在WMS數(shù)據(jù)庫更改數(shù)據(jù)后，應(yīng)具有根據(jù)WMS指令自動(dòng)將煙箱RFID電子標(biāo)簽信息重寫的功能;⑧具備某些指定煙箱只能裝某種牌號(hào)煙絲的功能;⑨具備成品煙絲降為摻配煙絲使用的功能;⑩系統(tǒng)應(yīng)具有EMS小車數(shù)量、EMS小車接送貨站臺(tái)等增減的功能。

　　(12)高架庫的每個(gè)煙箱需要有自動(dòng)鎖定功能(煙箱不可以出庫但可以在庫內(nèi)流轉(zhuǎn))，當(dāng)煙箱進(jìn)庫時(shí)自動(dòng)鎖定，拿到質(zhì)檢合格報(bào)告后才可以解鎖，同時(shí)要求有手動(dòng)鎖定和解鎖的功能;高架庫的每個(gè)倉(cāng)位也需要手動(dòng)鎖定功能，即鎖定的倉(cāng)位不能進(jìn)出庫。

　　(13)庫存信息能夠關(guān)聯(lián)顯示，當(dāng)操作人員需要查詢某個(gè)牌號(hào)的物料時(shí)，點(diǎn)擊該牌號(hào)，庫內(nèi)所有該牌號(hào)的貨位全部顯示。

　　(14)具有對(duì)某一版本號(hào)的貨物拒絕入庫功能。

　　(15)對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)，要求實(shí)時(shí)跟蹤貨物信息，并且在監(jiān)控畫面中可以查詢到貨物的信息。若貨物在某個(gè)位置信息丟失，需要人工寫入、修改信息的功能。

　　(16)系統(tǒng)中，凡是有人工處理站臺(tái)的都放置WMS/WCS工作終端。

　　3.煙絲箱式存儲(chǔ)

　　目前箱式和柜式兩種儲(chǔ)絲方式在國(guó)內(nèi)外煙草行業(yè)的卷煙生產(chǎn)過程中共同存在，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，然而采用自動(dòng)化箱式儲(chǔ)絲方式優(yōu)勢(shì)明顯。近年來，國(guó)內(nèi)煙廠如上海卷煙廠、昆明卷煙廠、曲靖卷煙廠、杭州卷煙廠等都采用了煙絲箱式存儲(chǔ)技術(shù)。根據(jù)自動(dòng)化物流技術(shù)裝備發(fā)展特點(diǎn)，以及國(guó)內(nèi)外卷煙廠最新實(shí)踐，本系統(tǒng)采用煙絲箱式存儲(chǔ)方式。

　　4.成品與半成品煙絲箱式存儲(chǔ)一體化

　　煙絲箱式存儲(chǔ)一體化，包含了成品與半成品煙絲庫之間的信息一體化，即煙箱以及托盤信息、物料信息、設(shè)備狀態(tài)信息的一體化;也包含了設(shè)備的一體化，即可以實(shí)現(xiàn)兩庫設(shè)備的互通及共用。在信息和設(shè)備的一體化的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)兩庫的一體化，即“一體化設(shè)計(jì)、邏輯分離，一庫多用、互通共享”，參見圖2。

　　基于不同庫的工藝需求，兩庫軟件系統(tǒng)均包含WMS(倉(cāng)庫管理系統(tǒng))、WCS(倉(cāng)庫控制系統(tǒng))及底層設(shè)備的控制系統(tǒng);硬件系統(tǒng)包含貨架及堆垛機(jī)、EMS、輸送機(jī)、加去蓋機(jī)器人、清掃機(jī)器人、AGV，以及煙箱、托盤等。

　　硬件層面采用了EMS系統(tǒng)，可將兩庫硬件互聯(lián)，具備設(shè)備一體化的基礎(chǔ)，軟件層面通過WMS、WCS及控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)WMS、WCS層數(shù)據(jù)庫的共享、控制系統(tǒng)層PLC間的信息傳遞及追蹤，同時(shí)也具備了信息一體化的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)一體化及邏輯分離的設(shè)計(jì)思路，因而從整體系統(tǒng)層面，具有一體化設(shè)計(jì)的可行性，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)度共用共享作業(yè)。

　　煙絲箱式存儲(chǔ)一體化應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)提高煙絲的品質(zhì)質(zhì)量。傳統(tǒng)的柜式儲(chǔ)絲是將煙絲按照4000kg(或8000kg、12000kg)的規(guī)格存儲(chǔ)在一個(gè)柜子里，對(duì)煙絲的水分控制有一定影響;同時(shí)，由于柜子是敞開的，外界的氣味或者雜物均有可能對(duì)煙絲的質(zhì)量造成影響。而煙絲箱式存儲(chǔ)是將煙絲按照每120kg一個(gè)存儲(chǔ)單元，對(duì)煙絲的水分影響較少，同時(shí)能夠減少煙絲發(fā)生串香、串味的可能性。

　　(2)節(jié)約生產(chǎn)制造的場(chǎng)地。傳統(tǒng)的柜式儲(chǔ)絲采用單層存放，占地面積大，采用箱式儲(chǔ)絲實(shí)現(xiàn)了高架庫貨位存儲(chǔ)，能夠向上延伸，節(jié)約生產(chǎn)制造的場(chǎng)地。

　　(3)靈活調(diào)度滿足市場(chǎng)需求。采用箱式儲(chǔ)絲，能夠靈活排產(chǎn)，可以滿足小批量多規(guī)格的市場(chǎng)需求。

　　(4)更為方便地實(shí)現(xiàn)信息化管理。采用RFID電子標(biāo)簽記錄煙絲信息，信息化程度高，質(zhì)量把控度高。

　　(5)滿足不斷升級(jí)的工藝需求。隨著卷煙生產(chǎn)工藝的不斷升級(jí)，傳統(tǒng)的全配方生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足工藝需求，分組加工模式正處于探索階段。煙絲箱式存儲(chǔ)給分組加工的模式提供有力的信息、設(shè)備技術(shù)保障。

　　5.原料煙包入庫收貨單自動(dòng)匹配

　　本系統(tǒng)采用了模糊對(duì)應(yīng)的方式，收貨人員在確認(rèn)煙葉收貨單有效后就確認(rèn)收貨，操作人員按照就近原則進(jìn)行煙包上線作業(yè)，入庫煙包在輸送過程中，系統(tǒng)自動(dòng)掃描煙包條碼，并將掃描到的條碼信息與煙葉收貨單進(jìn)行匹配，自動(dòng)完成煙包的入庫作業(yè)。匹配算法遵循時(shí)間優(yōu)先原則，即先開的單據(jù)優(yōu)先匹配，既保證了批次系統(tǒng)的物料跟蹤原則，又最大限度簡(jiǎn)化了工作流程、降低工作強(qiáng)度，節(jié)省了資源，提高了效率。

　　6.原料煙包智能排序出庫

　　根據(jù)制絲線柔性加工、精確加工的要求，需要原料煙包按照設(shè)定的順序嚴(yán)格出庫。在以往的情況下，排序越嚴(yán)格，煙包出庫效率越低，甚至?xí)绊懮a(chǎn)，故絕大部分煙廠都沒有做到嚴(yán)格的排序。在本系統(tǒng)中，采用了優(yōu)化的巷道任務(wù)分配策略、EMS 小車接貨前二次排序、EMS 小車系統(tǒng)智能排序、緊急補(bǔ)料排序等多種策略，實(shí)現(xiàn)了原料的嚴(yán)格排序的行業(yè)難題，在保證投料速度的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四條生產(chǎn)的同時(shí)投料，開創(chuàng)性地解決了行業(yè)難題。參見圖3。

　　模式一：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，煙包托盤從庫中調(diào)出，經(jīng)每個(gè)巷道出庫站臺(tái)上的托盤信息一級(jí)校驗(yàn)，合格后的由EMS系統(tǒng)按制絲線投料順序?qū)?shí)托盤送至夾抱合分機(jī)，進(jìn)行煙包與托盤分離。 夾抱合分機(jī)自動(dòng)將托盤與煙包分離，分離后的煙包經(jīng)輸送線送至鋼平臺(tái)輸送線。在煙包進(jìn)入每條緩存輸送線入口處，進(jìn)行二級(jí)信息核對(duì)，正確的進(jìn)入對(duì)應(yīng)緩存線，不正確的通過環(huán)線調(diào)整后進(jìn)入正確的緩存輸送線。

　　模式二：平臺(tái)緩存輸送線上的煙包，由垂直提升機(jī)分別送至生產(chǎn)工房一層3條制絲線入口。 進(jìn)入制絲線前系統(tǒng)再次對(duì)煙包信息進(jìn)行校驗(yàn)，合格的進(jìn)入制絲線，不合格的由剔除口剔除，同時(shí)從庫內(nèi)緊急調(diào)用同批次、品牌的煙包進(jìn)行緊急補(bǔ)料。

　　模式三： 煙包托盤經(jīng)每個(gè)巷道出庫站臺(tái)上的托盤信息校驗(yàn)不合格的，由EMS系統(tǒng)送至整理站臺(tái)人工處理。信息識(shí)別不出的正確煙包人工確認(rèn)后繼續(xù)出庫供制絲線使用，出錯(cuò)煙包托盤由操作人員查明出錯(cuò)原因。同時(shí)從庫內(nèi)調(diào)用同批次、品牌的煙包托盤進(jìn)行補(bǔ)充。

　　模式四：夾抱合分機(jī)自動(dòng)將托盤與煙包分離，分離后的托盤由托盤碼分機(jī)碼垛成組，經(jīng)條碼掃描、外形檢測(cè)合格后經(jīng)EMS系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)入庫存儲(chǔ)。

　　7.出庫煙包智能返庫

　　出庫至緩存線前的煙包須要返庫時(shí)，自動(dòng)輸送至夾抱合分機(jī)處。夾抱合分機(jī)自動(dòng)將托盤與煙包組盤，并經(jīng)托盤條碼讀取，將煙包信息綁定及外形檢測(cè)。煙包實(shí)托盤經(jīng)EMS系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)入庫存儲(chǔ)。見圖4。

　　8.霉變煙包智能補(bǔ)料

　　在煙包開箱后，在切片時(shí)如果發(fā)現(xiàn)煙包霉變，需要在原位進(jìn)行補(bǔ)料。但由于此時(shí)煙包已經(jīng)開箱，人工對(duì)煙葉原料進(jìn)行判別困難，因此在補(bǔ)料時(shí)只能反復(fù)辨別、確認(rèn)，才能保證補(bǔ)料準(zhǔn)確。在本項(xiàng)目中采用了信息全程跟蹤的技術(shù)，當(dāng)物流系統(tǒng)把煙包輸送到制絲線時(shí)，這包煙的牌號(hào)、批次、順序等信息一起傳送至制絲線。制絲線實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前正在切片的煙包信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有霉變時(shí)，只要在制絲線確認(rèn)霉變，信息就會(huì)自動(dòng)傳送回物流系統(tǒng)，物流系統(tǒng)根據(jù)此信息自動(dòng)補(bǔ)料。

　　三、系統(tǒng)仿真分析與設(shè)備的優(yōu)化配置

　　本系統(tǒng)以AutoMod軟件為平臺(tái)，以項(xiàng)目各種參數(shù)、布局、仿真的模式、物料流程為基礎(chǔ)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了全系統(tǒng)仿真。利用Path Mover、Conveyor、Warehouse和Kinematics等多個(gè)物流設(shè)備建模子系統(tǒng)，建立EMS系統(tǒng)、輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)輸送臺(tái)和自動(dòng)立體倉(cāng)庫等物流輸送設(shè)備的仿真模型，并對(duì)物料輸送流程、設(shè)備控制邏輯和設(shè)備使用效率等進(jìn)行仿真分析與不斷改進(jìn)，最終確定的設(shè)備與使用率參見表1。

　　四、結(jié)論

　　本系統(tǒng)實(shí)施后完全實(shí)現(xiàn)半成品與成品煙絲庫兩庫打通與分離自動(dòng)切換、自動(dòng)分區(qū)管理，具備煙絲箱式存儲(chǔ)與調(diào)度的一體化作業(yè)能力和庫存存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)兩庫共享的目標(biāo)。取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提高了制絲生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制水平，方便操作人員操作，煙絲庫(CT1與CT2)有效作業(yè)率提高15%，節(jié)約設(shè)備固定資產(chǎn)投資500萬元，同時(shí)設(shè)備維護(hù)量減少，備品備件數(shù)量減少。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程歷史回放、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。