單元物料訂單自動(dòng)化分揀線的能力探討

云南財(cái)經(jīng)大學(xué)物流學(xué)院/冉文學(xué)　劉玉杰　陳凡武煙信息技術(shù)有限公司/劉軍

單元物料訂單自動(dòng)化分揀線的能力探討

云南財(cái)經(jīng)大學(xué)物流學(xué)院/冉文學(xué)劉玉杰陳凡
武煙信息技術(shù)有限公司/劉軍

如何提高分揀效率，是一個(gè)直接關(guān)系到卷煙物流配送中心的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵問(wèn)題。本文研究了條煙分揀過(guò)程的串聯(lián)和并聯(lián)合單問(wèn)題，其計(jì)算與控制方法對(duì)選配卷煙自動(dòng)化分揀系統(tǒng)設(shè)備具有指導(dǎo)意義。

卷煙配送、訂單自動(dòng)分揀、串聯(lián)生產(chǎn)物流系統(tǒng)、并聯(lián)生產(chǎn)物流系統(tǒng)、自動(dòng)化合單

隨著國(guó)家煙草專賣局“深化改革、推動(dòng)重組、走向聯(lián)合、共同發(fā)展”戰(zhàn)略的推進(jìn)，工商分設(shè)、工業(yè)重組效果顯著，卷煙生產(chǎn)企業(yè)的集中度要求卷煙分銷體系也要成規(guī)模和集中化。卷煙配送改變了傳統(tǒng)的批發(fā)、零售體系，建立了以現(xiàn)代物流配送為核心的現(xiàn)代流通體系。這個(gè)轉(zhuǎn)變要求建設(shè)高效的物流配送體系，應(yīng)用先進(jìn)的物流裝備及先進(jìn)的信息管理技術(shù)，有利于降低企業(yè)成本、縮短流通時(shí)間、達(dá)到資源利用高效化。

經(jīng)過(guò)十多年的開(kāi)發(fā)、研究和實(shí)踐，我國(guó)卷煙生產(chǎn)單元物料（條煙）自動(dòng)化分揀設(shè)備從無(wú)到有，從手工到半自動(dòng)到全自動(dòng)，從單一設(shè)備走向系統(tǒng)成套設(shè)施，逐步走向成熟。就單機(jī)水平而言，其質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性都有大幅提升，已經(jīng)形成了臥式、立式等不同的產(chǎn)品類型。但是，單元物料自動(dòng)化分揀設(shè)備的單機(jī)效率不等于整個(gè)分揀系統(tǒng)的效率，特別是應(yīng)用不同形式的分揀設(shè)備組成自動(dòng)化生產(chǎn)線，就造成了在分揀過(guò)程中客觀存在的分單、合單問(wèn)題。其中合單是分揀線生產(chǎn)效率的技術(shù)關(guān)鍵。

本文針對(duì)單元物料自動(dòng)化分揀設(shè)備的訂單合單問(wèn)題，從串型和并型兩種生產(chǎn)線的形式去分析研究，另外再考慮訂單單元物料的輸送系統(tǒng)的速度匹配問(wèn)題，任何一條分揀線都可以從這幾個(gè)方面去研究。因此，本文所論述的理論方法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

一、串型單元物料自動(dòng)化分揀線

“串型單元物料自動(dòng)化分揀線”就是將若干種分揀機(jī)，沿單條訂單條煙輸送帶，如N+1的五條、二條、單條分揀機(jī)串型組成的分揀機(jī)組，構(gòu)成自動(dòng)分揀線，也可以是多種臥式分揀機(jī)串型組成的分揀線，如圖1所示。

圖1　串型單元物料分揀線的組合模型

圖2為典型的N+1串型單元物料自動(dòng)分揀的構(gòu)成圖，其中包括五條、二條、單條等多種分揀機(jī)。五條分揀機(jī)可實(shí)現(xiàn)0.3秒撥出5條煙，即五條單機(jī)的速度達(dá)59400 條/小時(shí)；二條分揀機(jī)可實(shí)現(xiàn)0.3秒撥出2條煙，即二條單機(jī)的速度達(dá)23760條/小時(shí)；而單條分揀機(jī)0.3秒撥出1條煙，即單條單機(jī)的速度達(dá)11880條/小時(shí)。這種分揀線的分揀能力究竟是多少？多家設(shè)備生產(chǎn)商都標(biāo)稱其生產(chǎn)能力指標(biāo)為15000條/小時(shí)，或者超過(guò)20000 條/小時(shí)等，但我們認(rèn)為這種生產(chǎn)能力指標(biāo)的標(biāo)識(shí)并不準(zhǔn)確。

圖2　典型的串型單元物料自動(dòng)化分揀線

如圖2所示，典型的串型單元物料自動(dòng)化分揀線中，除了分揀機(jī)，還有訂單輸送帶、各種輸送機(jī)、在線打碼設(shè)備、裝箱及包裝機(jī)等，這些設(shè)備的生產(chǎn)能力指標(biāo)，都直接影響分揀線的效率。假設(shè)這些設(shè)備的能力都足夠大，條煙在各種輸送機(jī)上的輸送姿態(tài)都很理想，每個(gè)訂單都按順序要用所有的分揀設(shè)備分揀一遍，即分揀線上不能出現(xiàn)多個(gè)訂單同時(shí)分揀的情況，而且分揀線由單一類型的分揀機(jī)構(gòu)成，設(shè)分揀線的分揀能力指標(biāo)為I，各分揀機(jī)的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標(biāo)為：

（1）如果分揀線由多種分揀機(jī)構(gòu)成，如五條、二條、單條分揀機(jī)組成分揀線，分揀線的能力應(yīng)該為多少？理論研究與實(shí)際研究表明，式（1）都不能描述分揀線的能力指標(biāo)。經(jīng)過(guò)深入思考，分揀線的能力指標(biāo)不僅與分揀線的構(gòu)成有關(guān)，而且與訂單的結(jié)構(gòu)有關(guān)。訂單的結(jié)構(gòu)決定了在訂單i的分揀作業(yè)中，使用了五條、二條、單條分揀機(jī)的概率分別為p5i，p2i，p1i，顯然可有：

（2）設(shè)五條、二條、單條分揀機(jī)的分揀能力為λ5，λ2，λ1，分揀線的能力應(yīng)該為；

（3）上述串型分揀線能力的計(jì)算公式，在嚴(yán)格的控制條件下可以這樣得出。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于訂單條煙輸送帶長(zhǎng)，相鄰兩個(gè)或者多個(gè)訂單量少，可能存在多個(gè)訂單同時(shí)分揀的情況。本文將這種兩個(gè)或者多個(gè)訂單同時(shí)作業(yè)的情況，歸于并聯(lián)型單元物料自動(dòng)化分揀作業(yè)方式。

二、并型單元物料自動(dòng)化分揀線

并型單元物料自動(dòng)化分揀線，就是將若干種分揀機(jī)并聯(lián)組合成分揀線，如圖3所示。這些分揀機(jī)類型可以有多種，如N+1的五條、二條、單條分揀機(jī)等，可以是多種臥式分揀機(jī)并型組成的分揀線，也可以是立式分揀機(jī)、臥式分揀機(jī)混合組成并聯(lián)分揀線。

假設(shè)并型單元物料自動(dòng)化分揀線上除分揀機(jī)外，其它設(shè)施的能力都足夠大，條煙在各種輸送機(jī)上的輸送姿態(tài)都很理想。設(shè)分揀線的分揀能力指標(biāo)為I，各分揀機(jī)的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標(biāo)為：

圖3　并型單元物料分揀線的組合模型

式（4）描述的意義是，并型單元物料自動(dòng)化分揀線的能力確實(shí)是各種分揀機(jī)能力的總和。

三、復(fù)合單元物料自動(dòng)化分揀線

復(fù)合單元物料自動(dòng)化分揀線，就是將若干種分揀機(jī)串聯(lián)和并聯(lián)共同組合成的分揀線。圖4給出了一種實(shí)用的復(fù)合單元物料自動(dòng)化分揀線，其組成包括用N+1自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)成兩組自動(dòng)分揀線，這兩組分揀線各自獨(dú)立并行工作，分揀后進(jìn)行并行一級(jí)合單；另外一條分揀線用一組N+1自動(dòng)分揀機(jī)和多組通道式自動(dòng)分揀機(jī)串聯(lián)組成，分揀后與并行一級(jí)合單的訂單單元物料進(jìn)行并行二級(jí)合單，合單后再輸送到包裝設(shè)備進(jìn)行訂單包裝。

圖4　實(shí)用的復(fù)合單元物料自動(dòng)化分揀線

根據(jù)前述研究成果，圖4所示的自動(dòng)分揀線中，串型組合部分都可以用式（3）進(jìn)行能力估算，而并行組合部分用式（4）進(jìn)行能力估算。假定訂單的輸送速度以及其它環(huán)境變量都匹配，那么一級(jí)合單后，其能力估算為：

而由N+1自動(dòng)分揀機(jī)和多組通道式自動(dòng)分揀機(jī)串聯(lián)組成的分揀線的能力估算為：

這條復(fù)合分揀線在進(jìn)行二級(jí)并行合單后，其分揀能力為：

如前所述，除了分揀機(jī)，影響分揀線能力指標(biāo)的還有訂單輸送帶、各種輸送機(jī)、在線打碼設(shè)備、裝箱及包裝機(jī)等，這些設(shè)備的生產(chǎn)能力指標(biāo)都直接影響分揀線的效率。所以，設(shè)備生產(chǎn)廠商自己標(biāo)稱的分揀線能力，并沒(méi)有科學(xué)依據(jù)。任何一個(gè)卷煙物流配送中心，其生產(chǎn)工藝不同，分揀線的組成設(shè)備、組成形式不同，其分揀能力也不同，而單臺(tái)分揀機(jī)的額定分揀能力只是分揀線能力計(jì)算的基礎(chǔ)，并非分揀線的能力。

四、影響單元物料訂單輸送系統(tǒng)能力的其他因素

單元物料訂單輸送系統(tǒng)的速度，也是影響分揀線能力的主要因素之一。目前，國(guó)內(nèi)分揀線的單元物料訂單輸送系統(tǒng)一般定義為48～60m/min（即0.8～1m/s）。設(shè)單元物料（條煙）的寬度為100mm（即0.1m），以0.8～1m/s的速度能夠輸送單元物料的最大量為8～10單元。也就是說(shuō)，每小時(shí)單元物料的輸送量為28800～36000單元/小時(shí)。如果訂單的平均量為50單元/單，為576～720單/小時(shí)，這僅是個(gè)理想值，因?yàn)橛唵闻c訂單之間還有間距，通常定義訂單與訂單之間的間距為300mm，每小時(shí)的分揀過(guò)程中將有172800～216000mm的空運(yùn)轉(zhuǎn)距離，合計(jì)可輸送條煙1728～2160單元，這時(shí)的單元物料的輸送量就將下降到27072～33840單元/小時(shí)。

需要注意的是，上述能力單元物料與單元物料之間的距離為0，單元物流的輸送姿態(tài)非常理想。如果每?jī)蓚€(gè)單元物料之間增加50mm的間距，單元物料訂單輸送系統(tǒng)的輸送量就將下降到13536.5～16920單元/小時(shí)。當(dāng)然，目前國(guó)內(nèi)分揀線的每?jī)蓚€(gè)單元物料之間的間距沒(méi)有50mm，估計(jì)平均在30mm左右，因此多數(shù)單元物料訂單輸送系統(tǒng)的有效能力都僅在16000～20000單元/小時(shí)之間。

另外，如果單元物料的輸送姿態(tài)不好，輸送能力將受到更大影響。這個(gè)因素因?yàn)殡S機(jī)性很強(qiáng)，這里無(wú)法論述，但可以定性說(shuō)明，只要輸送姿態(tài)不好，將大幅度降低單元物料訂單輸送系統(tǒng)的有效能力。

單元物料訂單輸送系統(tǒng)速度的提高，不一定能提高分揀線的能力，因?yàn)檩斔退俣仍礁?，單元物料的輸送姿態(tài)就越差，反過(guò)來(lái)分揀能力還有可能不如低速的單元物料訂單輸送系統(tǒng)的能力。就實(shí)際應(yīng)用而言，單元物料訂單輸送系統(tǒng)的最高速度可以達(dá)到90m/min。

在線打碼設(shè)備、裝箱及包裝機(jī)等的能力，也是影響單元物料自動(dòng)化分揀線能力的因素。就在線打碼設(shè)備而言，由于打碼信息需要長(zhǎng)途在線通信，還有信息傳輸?shù)臏笮?，目前在線打碼能力最大也就標(biāo)稱15000單元/小時(shí)。分揀能力大，輸送能力大，而打碼能力不足，同樣影響速度。解決問(wèn)題的有效辦法就是分流打碼，使用多臺(tái)在線打碼設(shè)備，但打碼成本會(huì)成倍上升。

目前，國(guó)內(nèi)卷煙配送中心使用的裝箱及包裝機(jī)都是熱縮膜包裝設(shè)備，即使不計(jì)人工成本，其單個(gè)包件的成本多數(shù)已經(jīng)高于1.2元，而其效率并不高，單臺(tái)熱縮膜包裝設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的最高效率僅為15000單元/小時(shí)左右。據(jù)考察統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)快遞行業(yè)的紙箱成本也就每個(gè)0.8元左右，因此建議卷煙配送中心廢除熱縮膜包裝設(shè)備，以降低包件成本，提高包裝效率。

五、結(jié)束語(yǔ)

總的看來(lái)，單元物料自動(dòng)化分揀線是一個(gè)系統(tǒng)工程，單機(jī)設(shè)備只是構(gòu)成自動(dòng)分揀線的因素之一。因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)配送中心單元物料自動(dòng)化分揀線時(shí)，一定要統(tǒng)籌考慮各種因素，不能迷信個(gè)別設(shè)備廠商不切實(shí)際的能力宣傳。本文給出的種種計(jì)算方法，都是作者多年實(shí)踐總結(jié)，相信能為卷煙配送中心的建設(shè)起到參考作用。