原料自動化立體倉庫按序均衡投料系統(tǒng)設計

郭天文 黃許立

摘 要：為解決傳統(tǒng)卷煙工業(yè)企業(yè)片煙無法嚴格按序投料問題，通過對煙草行業(yè)原料高架庫自動化物流系統(tǒng)投料流程改造，構建一套基于配方指定順序的制絲投料系統(tǒng)，為行業(yè)有類似改造需求提供了可借鑒的有效經(jīng)驗。結果表明，本系統(tǒng)能滿足工藝投料順序控制要求，又能實現(xiàn)生產(chǎn)線之間均衡出庫，是一種良好的制絲投料質(zhì)量控制物流解決方案。

關鍵詞：物流；投料；按序

一、引言

立體倉庫自動化物流系統(tǒng)在煙草行業(yè)中已經(jīng)得到普遍應用[1]，在傳統(tǒng)的煙草工業(yè)物流中，制絲生產(chǎn)的投料流程是，自動化物流系統(tǒng)根據(jù)制絲集控系統(tǒng)發(fā)起的生產(chǎn)線投料指令，向上位系統(tǒng)如生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)獲取投料單信息，物流倉儲管理系統(tǒng)根據(jù)投料單明細信息產(chǎn)生出庫任務明細， 物流倉儲控制系統(tǒng)將出庫信息下達給底層控制系統(tǒng)，先由堆垛機將原料托盤從貨架上出庫，再由穿梭車、輥道/鏈式輸送機等設備將原料從高架庫出庫到指定的生產(chǎn)線。

為確保成絲質(zhì)量，減少同個原料配方實際片煙投料順序與配方指定順序不一致對成品卷煙品質(zhì)的影響，越來越多的卷煙生產(chǎn)企業(yè)要求制絲投料時，原料必須按照配方指定的順序出庫到制絲生產(chǎn)線，但傳統(tǒng)的出庫方法卻無法保證順序的準確性以及投料的及時性，原因包括：

（1）原料在從起點到終點的輸送過程中存在多條路徑，各個路徑的通行效率差異導致了對托盤到達終點時機不能有效的控制。

（2）缺少對堆垛機執(zhí)行任務的優(yōu)先級的有效控制。同一個投料單內(nèi)，堆垛機執(zhí)行任務的優(yōu)先級與配方指定的出庫順序不一致，同一個堆垛機很可能將后出庫原料優(yōu)先出庫。

（3）堆垛機執(zhí)行出庫任務將托盤放置在堆垛機放貨站臺后，往往是將托盤直接向生產(chǎn)線輸送，沒有考慮多個托盤同時輸送時的先后順序。而且由于多臺堆垛機之間容易形成優(yōu)先級沖突，難免造成不同優(yōu)先級的任務相互等待執(zhí)行但又無法得到執(zhí)行的情況，影響生產(chǎn)。

（4）堆垛機出庫放貨站臺到制絲開包機站臺之間還有一定的距離，必需規(guī)劃好合理的輸送路徑以及嚴格控制任務執(zhí)行順序，否則也很可能造成堆垛機后執(zhí)行任務的原料優(yōu)先輸送到制絲生產(chǎn)線上。

二、系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)通過對自動化立體倉庫制絲投料出庫流程重新設計，采用先進的任務調(diào)度方法，確保制絲車間投料時，堆垛機均衡執(zhí)行任務，同時又保證每一條生產(chǎn)線從高架庫自動輸送的原料都與配方指定的出庫順序一致，減少同種原料配方投料順序不一致對成品卷煙品質(zhì)的不良影響。

1、業(yè)務設備流程設計

如上圖1所示，原料立體高架庫中的每一臺堆垛機設置唯一的堆垛機放貨站臺，在堆垛機放貨站臺到公共輸送線之間，設置一個唯一的等待排序站臺，當托盤出庫到該站臺時先中斷前行，等待排序放行。

在公共輸送線與各投料生產(chǎn)線的分叉點設置唯一的排序控制站臺，所有的出庫托盤都經(jīng)過該站臺，同時確保該站臺到每一條投料線終端都只有唯一的一條路徑，確保托盤在從排序控制站臺輸送到投料線終端時順序不會被打亂。

2、業(yè)務軟件流程

2.1 堆垛機任務優(yōu)先級控制流程

原料配方在制定時，指定每一件原料的出庫順序優(yōu)先級，自動化物流系統(tǒng)在生成任務時，每一條任務初始化優(yōu)先級與配方指定的出庫順序優(yōu)先級一一對應，同時如果檢測到車間已有生產(chǎn)線在投料，則新增的投料任務需與正在投料中的所有未完成任務的優(yōu)先級重新計算，使得每一投料訂單在各巷道內(nèi)的任務優(yōu)先級均衡分布，堆垛機按照這個調(diào)整后的優(yōu)先級執(zhí)行任務時，取貨順序依然保證與配方指定順序一致，同時也可避免堆垛機一直執(zhí)行某一生產(chǎn)線的出庫任務，導致其他生產(chǎn)線長時間等待現(xiàn)象。

首先是初始化物料和任務信息 ，獲得各生產(chǎn)線物流已產(chǎn)生出庫任務但還未執(zhí)行的數(shù)量K和任務優(yōu)先級信息Tp[b]，同時獲得當前預投料的物料信息S[j]和計算需要從高架庫出庫的任務數(shù)量N。

如果N<=K，即新增需要從高架庫出庫的任務數(shù)小于各生產(chǎn)線已產(chǎn)生任務但還未執(zhí)行的任務數(shù)K，則當前投料單的產(chǎn)生的所有任務優(yōu)先級與其它線物流已產(chǎn)生出庫任務但還未執(zhí)行的優(yōu)先級最高的前K條任務優(yōu)先級保持一一對應。

如果N>K，新增需要從高架庫出庫優(yōu)先級最高的前K條任務，與已產(chǎn)生任務但還未執(zhí)行的任務的優(yōu)先級一一對應，對于剩下的N減K條任務，以Tp[K]值加1為標準，作為物流系統(tǒng)所產(chǎn)生剩下任務的出庫優(yōu)先級，每產(chǎn)生一條出庫任務，對應的Tp[K]加1。

2.2 排序控制流程

制絲投料生產(chǎn)時，當排序控制站臺無托盤時（即空閑狀態(tài)）且公共輸送線也未被出庫托盤占用，系統(tǒng)按投料線交替輪詢檢測各堆垛機等待排序站臺是否有待出庫的托盤，如果有，則選擇優(yōu)先級最高的托盤，系統(tǒng)在該投料單所有未經(jīng)過排序控制站臺的任務中再次校驗優(yōu)先級如果最高（因放貨站臺的托盤對堆垛機而言優(yōu)先級最高，但對整個投料單而言不一定最高，所以必須再次校驗），則使其經(jīng)過排序控制站臺直接往投料線輸送，否則該投料單繼續(xù)等待，系統(tǒng)處理下一個投料單。在堆垛機放貨站臺托盤往排隊控制站臺輸送過程中，即使等待排隊站臺有滿足出庫條件的托盤也不允許出庫，即保證等待排序站臺與排序控制站臺之間每次最多有且僅有一個托盤在輸送。

三 應用效果

某卷煙工業(yè)企業(yè)基于本文所述方法設計了片煙自動化立體高架庫自動化物流系統(tǒng)，該系統(tǒng)共包括3臺堆垛機，每一臺堆垛機唯一對應一個放貨站臺1027、1037、1046，唯一對應一個排序等待站臺1028、1038、1047，1049是排序控制站臺，共有制絲三條生產(chǎn)線A、B、C線，分別對應1119、1115和1111三個投料口，且從1049開始到每一條生產(chǎn)線終端，路徑唯一。

制絲投料生產(chǎn)時，3臺堆垛機按照任務優(yōu)先級將托盤出庫到各自對應排隊等待站臺，當1030、1032、1040、1041、1045、1049等公共站臺沒有出庫托盤時，物流系統(tǒng)通過對排隊站臺托盤的檢測、校驗，先將當前投料單優(yōu)先級最高的托盤輸送出庫，當托盤經(jīng)過1049站臺時，尋找下一個投料單可出庫的托盤，同時將該托盤經(jīng)過1077站臺提升機輸送到相應的制絲生產(chǎn)線。

四、結論

本系統(tǒng)在煙草自動化立體倉庫中的應用，為解決傳統(tǒng)煙草工業(yè)原料出庫順序無法與配方指定的出庫順序嚴格一致的問題提供了可借鑒的有效經(jīng)驗，同時在滿足工藝要求的基礎上又能生產(chǎn)線之間均衡出庫，有效避免各生產(chǎn)線之間長時間等料、斷料等現(xiàn)象，實現(xiàn)了出庫效率與工藝質(zhì)量的有效協(xié)同，滿足企業(yè)對卷煙質(zhì)量的精細化生產(chǎn)要求，是一項有良好發(fā)展前景的制絲投料質(zhì)量控制物流解決方案。

參考文獻：

[1]周海濱，成偉，王玉，等. 自動化物流系統(tǒng)任務驅動系統(tǒng)的設計[J].物流技術與應用， 2015，181（8）： 135-136.

[2]李志.《自動化立體倉庫存取作業(yè)調(diào)度兩階段優(yōu)化研究》[D].重慶工商大學，2015.

[9]王強，徐俊剛，王宏安，等. 一種新的基于優(yōu)先級表的實時調(diào)度算法[J].電子學報， 2004（2）：310.

作者簡介：

郭天文（1978-），男，本科，工程師，現(xiàn)就職龍巖煙草工業(yè)有限責任公司，主要從事物流自動化軟件工程工作，

*通訊作者：黃許立