洛陽煙絲庫(kù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

煙絲庫(kù)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是煙草智能物流配送系統(tǒng)的重要組成部分，在煙草制絲車間和卷包車間之間起著承上啟下的作用，負(fù)責(zé)制絲車間成品煙絲存儲(chǔ)，同時(shí)滿足卷包車間煙絲原料的供給。

河南中煙洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范圍從成品煙絲異地送絲來料卸車開始，至風(fēng)力喂絲機(jī)結(jié)束，實(shí)現(xiàn)功能包括成品煙絲入庫(kù)、抽檢、暫存、出庫(kù)、輸送至喂絲機(jī)，空箱入庫(kù)存儲(chǔ)，煙絲箱清掃，殘煙絲摻配等。洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)遵循高效性、先進(jìn)性、兼容性、安全性、可靠性及可擴(kuò)展性等設(shè)計(jì)原則，通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案多次進(jìn)行可行性分析、技術(shù)路線認(rèn)證、有效性分析及風(fēng)險(xiǎn)分析，完成了煙絲庫(kù)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)。

一、煙絲庫(kù)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.煙絲庫(kù)布局

洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)由貨架系統(tǒng)、子母車系統(tǒng)、穿梭車系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及翻箱系統(tǒng)等組成，區(qū)域劃分為來料卸貨區(qū)、入庫(kù)區(qū)、密集庫(kù)區(qū)和出庫(kù)區(qū)，煙絲庫(kù)系統(tǒng)布局如圖1。

圖1 煙絲庫(kù)系統(tǒng)布局

圖2 流量流向示意圖

洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)貨物單元采用箱式儲(chǔ)絲，按照上下兩箱疊放、密集庫(kù)方式存儲(chǔ)。該種煙絲存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)方法極大地提高了煙絲庫(kù)空間利用率，在近1300m2、貨架可利用凈空高6.1m的廠房范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)了828個(gè)貨位，實(shí)現(xiàn)超過240噸成品煙絲的存儲(chǔ)。同時(shí)，儲(chǔ)絲箱以130～250 千克/箱為單位，小單位方式存儲(chǔ)，方便實(shí)現(xiàn)煙絲庫(kù)批次管理，單箱煙絲均加蓋密封，避免了不同煙絲之間串味，增加煙絲有效存儲(chǔ)時(shí)間。另外，煙絲箱的存取輸送摒棄傳統(tǒng)AGV或人工叉車的輸送形式，采用目前比較先進(jìn)的子母車系統(tǒng)完成煙絲箱存取。該設(shè)計(jì)避免AGV線路規(guī)劃占用大量廠房空間，使得整個(gè)煙絲庫(kù)設(shè)計(jì)非常緊湊，提高了煙絲庫(kù)系統(tǒng)的輸送效率，極大地增加了煙絲庫(kù)的空間有效利用率。

2.應(yīng)急預(yù)案

煙絲庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是整個(gè)卷煙生產(chǎn)線的重要組成部分，煙絲庫(kù)系統(tǒng)故障將導(dǎo)致整個(gè)卷煙生產(chǎn)車間停線。因此，洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)在規(guī)劃之初就設(shè)計(jì)了相應(yīng)的應(yīng)急方案：

（1）出庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)急方案。將倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為相互獨(dú)立的兩層，其中任意一層出現(xiàn)故障，另一層可以繼續(xù)完成出庫(kù)作業(yè)，若極端情況下出庫(kù)2臺(tái)母車均出現(xiàn)故障，可采用入庫(kù)母車搭配子車將煙絲送至緊急出料口啟動(dòng)緊急補(bǔ)料流程，依然可以保證系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)。

（2）翻箱系統(tǒng)故障應(yīng)急方案。翻箱系統(tǒng)配備兩套滑軌多關(guān)節(jié)機(jī)械手，其中任意一套滑軌機(jī)械手故障，另一套可以繼續(xù)完成一對(duì)多的實(shí)箱出庫(kù)、空箱入庫(kù)的任務(wù)，保證系統(tǒng)連續(xù)翻箱不斷料。

（3）穿梭車故障應(yīng)急方案。煙絲庫(kù)穿梭車系統(tǒng)采用一備一用設(shè)計(jì)，兩臺(tái)穿梭車設(shè)計(jì)采用完全相同的硬件及網(wǎng)絡(luò)配置，其中任意一套穿梭車故障，只需將故障車送至檢修位斷電，啟用另一臺(tái)穿梭車電源即可瞬間完成工作切換，繼續(xù)完成實(shí)箱出庫(kù)、空箱入庫(kù)的任務(wù)。

3.系統(tǒng)流量設(shè)計(jì)

洛陽卷煙廠卷煙生產(chǎn)能力為30萬箱/年，入庫(kù)8小時(shí)/天，出庫(kù)21小時(shí)/天，單箱成品煙絲消耗量為35kg，卷接包車間配置8臺(tái)能力為8000支/分的硬包機(jī)組，設(shè)計(jì)時(shí)考慮1.2的綜合不均衡系數(shù)，能力計(jì)算如下：

（1）出入庫(kù)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行

系統(tǒng)流量=實(shí)煙絲箱入庫(kù)流量+實(shí)煙絲箱出庫(kù)流量+空煙絲箱出庫(kù)流量

即：系統(tǒng)流量=21垛/h+8.96垛/h+15.04垛/h=45垛/h；

（2）僅出庫(kù)作業(yè)

系統(tǒng)流量=實(shí)煙絲箱出庫(kù)流量+空煙絲箱回庫(kù)流量

即：8.96垛/h+8.96垛/h=17.96垛/h；

流量流向示意圖見圖2。

二、核心關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)

1.子母車密集型存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

洛陽煙絲庫(kù)采用的是子母車密集型存儲(chǔ)方式，且子母車調(diào)度方式采用的是行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的一對(duì)二調(diào)度系統(tǒng)，這套系統(tǒng)給貨物存儲(chǔ)裝運(yùn)的操作和空間存儲(chǔ)注入了一種全新概念。這種全新的調(diào)度系統(tǒng)，以更強(qiáng)大的操作能力和處理速度比傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式更能充分和彈性地利用空間。穿梭母車與穿梭子車的配置為一對(duì)二，實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)和搬運(yùn)。與通常的叉車作業(yè)庫(kù)相比，可提高空間利用率40%～50%,總空間利用率達(dá)80%以上。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高（自動(dòng)出入庫(kù)、自動(dòng)抽檢），并且結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用及高度信息集成，極大地促進(jìn)了智能立庫(kù)的建設(shè)。

這套一對(duì)二倉(cāng)庫(kù)的解決方案由密集型貨架、軌道、穿梭子車、穿梭母車、提升機(jī)以及輸送系統(tǒng)組成。其中穿梭母車由車體、操作面板、運(yùn)行指示燈、鏈條式輸送機(jī)、子車位置傳感器、行走輪等組成。該套系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

圖3 翻箱倒料系統(tǒng)

圖4 物流系統(tǒng)煙絲出庫(kù)翻箱流程

（1）安全性高。母車采用兩對(duì)導(dǎo)向輪確保母車運(yùn)行期間不會(huì)脫軌;母車兩側(cè)各安裝一對(duì)橡膠撞塊來吸收母車和機(jī)械擋板之間的撞擊能量;急停按鈕，緊急情況下能讓系統(tǒng)安全停車;一層和二層之間有維護(hù)安全網(wǎng)，防止箱蓋高空掉落傷人。

（2）子車供電采用充放比極高的超級(jí)電容供電方式，充滿電只需要7S，在保證滿足子母車正常工作的同時(shí)又極大地延長(zhǎng)了供電設(shè)備的使用壽命。

（3）子車定位采用先進(jìn)的雙編碼器加傳感器運(yùn)算技術(shù)。在確保定位精度的同時(shí)又能保證安裝維護(hù)的簡(jiǎn)便。

2.翻箱倒料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

翻箱倒料系統(tǒng)的功能是將煙絲箱中的煙絲平穩(wěn)地導(dǎo)入喂絲機(jī)中，最大限度減少煙絲造碎率、降低揚(yáng)塵及保持煙絲完整配方。翻箱倒料系統(tǒng)一般大致分為五種翻箱倒料模式，即工業(yè)機(jī)器人翻箱倒料模式、龍門式翻箱倒料模式、追蹤式翻箱倒料模式、AGV式翻箱倒料模式及堆垛機(jī)式翻箱倒料模式。洛陽卷煙廠采用了ABB多關(guān)節(jié)柔性機(jī)器人配合專用煙絲箱夾具方案，不僅實(shí)現(xiàn)了高效柔性翻箱，同時(shí)還完美嵌入了視覺識(shí)別系統(tǒng)、加去蓋系統(tǒng)、輸送線系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，使整個(gè)外觀上看起來簡(jiǎn)潔高效又科技感十足。

翻箱倒料系統(tǒng)主要包括滑軌機(jī)器人系統(tǒng)、加去蓋系統(tǒng)、蓋保護(hù)系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)，見圖3?；墮C(jī)器人系統(tǒng)由ABB IRB7600-500工業(yè)機(jī)器人、滑軌系統(tǒng)、機(jī)器人夾具、機(jī)器人底座等組成，負(fù)責(zé)將煙絲箱送達(dá)指定位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙絲箱翻箱功能；開蓋系統(tǒng)通過真空吸附實(shí)現(xiàn)開蓋功能，用于翻箱動(dòng)作前取出箱蓋，另外保證翻箱動(dòng)作完成后將箱蓋放回容器上；蓋保護(hù)系統(tǒng)是通過機(jī)械自鎖結(jié)構(gòu)，確保箱蓋不會(huì)因氣動(dòng)故障而脫落；清潔系統(tǒng)的清潔裝置框架頂部和兩側(cè)均裝有平刷。清潔時(shí)，煙箱被移動(dòng)到清潔裝置框架上并橫向穿過框架，同時(shí)框架在振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下振動(dòng)，使得箱壁底部和兩側(cè)殘煙絲掉落到喂絲機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)煙絲箱的清潔功能；視覺系統(tǒng)由照相機(jī)及照明系統(tǒng)組成，用于探測(cè)及識(shí)別清理后的煙絲箱。保障清掃后煙絲箱內(nèi)煙絲清掃干凈，每箱殘余煙絲量不超過0.01kg。

三、物流信息系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

洛陽煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)基于智能化的設(shè)計(jì)思想和功能規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息管理、智能調(diào)度、在線監(jiān)控、系統(tǒng)集成、統(tǒng)一配送、資源共享等功能。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)物流指令快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行及物流信息的收集、處理、傳送和存儲(chǔ)，通過對(duì)所獲取的各種信息的智能分析和仿真運(yùn)行，能有效地找出物流運(yùn)作的合理路徑，從而實(shí)現(xiàn)物料高效有序的流動(dòng)和科學(xué)管理以滿足工廠作業(yè)計(jì)劃的需要；同時(shí)，還通過對(duì)物資消耗、庫(kù)存分析，及時(shí)、準(zhǔn)確地了解某一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)情況，為企業(yè)信息決策支持系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為上級(jí)信息管理系統(tǒng)提供生產(chǎn)物流信息。結(jié)合煙廠的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，信息系統(tǒng)要具備一定的開放性和可擴(kuò)展性。

1.WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用

洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)項(xiàng)目對(duì)WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了更加全面的管理功能。使得WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：

（1）WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效、安全。系統(tǒng)采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行方式對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行管理，從任務(wù)的產(chǎn)生到任務(wù)結(jié)束整個(gè)生命周期，系統(tǒng)可以監(jiān)控所有任務(wù)類型及任務(wù)狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常作業(yè)；系統(tǒng)開發(fā)了人性化的任務(wù)管理功能，操作人員能夠暫停、回收、強(qiáng)制執(zhí)行任務(wù)。同時(shí)，操作人員能夠?qū)崟r(shí)查詢系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

（2）系統(tǒng)采用處理內(nèi)核的方式，連接池管理為WMS獨(dú)有的內(nèi)核計(jì)算模塊，該模式的特點(diǎn)在于最大限度地提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，及明確各個(gè)模塊的職責(zé)范圍。

（3）系統(tǒng)具有自動(dòng)備份的功能，從而為系統(tǒng)災(zāi)后快速恢復(fù)提供先決條件。本系統(tǒng)提供了自動(dòng)備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)日志功能，所有數(shù)據(jù)處理的動(dòng)作都將通過日志恢復(fù)到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)同時(shí)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)提供本地存儲(chǔ)。

2.WCS倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)應(yīng)用

WCS倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)處在設(shè)備執(zhí)行層和信息管理層的中間層，其軟件功能既實(shí)現(xiàn)設(shè)備層集成，又是實(shí)現(xiàn)信息管理的基礎(chǔ)。WCS是設(shè)備執(zhí)行層的中央控制軟件，通過TCP/IP通訊方式與設(shè)備系統(tǒng)連接，進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)執(zhí)行層控制接口的集成；基本功能包括煙絲庫(kù)的調(diào)度執(zhí)行和煙絲在庫(kù)管理功能：具體包括出入庫(kù)調(diào)度及執(zhí)行、在庫(kù)管理、貨位管理、主要設(shè)備監(jiān)控、托盤管理、日常報(bào)表統(tǒng)計(jì)等，并能通過數(shù)據(jù)交換接口設(shè)計(jì)同MES、ERP、物流管控平臺(tái)、設(shè)備管理系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。通過對(duì)庫(kù)存周轉(zhuǎn)周期和出入庫(kù)效率進(jìn)行分析，提供可選擇的優(yōu)化后的原料出入庫(kù)策略和智能化防差錯(cuò)、糾錯(cuò)功能。

洛陽卷煙廠煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)基于WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)及WCS倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息管理、調(diào)度控制、在線監(jiān)控、系統(tǒng)集成、設(shè)備執(zhí)行等功能，最終完成系統(tǒng)所需的物流流程，其中主要物流流程包括煙絲入庫(kù)、煙絲出庫(kù)、煙絲盤點(diǎn)及抽檢、煙絲箱質(zhì)檢等。以物流系統(tǒng)煙絲出庫(kù)翻箱流程（見圖4）為例：

從物流作業(yè)流程可以看出，物流系統(tǒng)通過對(duì)WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)及WCS倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的有效運(yùn)用，能夠?qū)ο嚓P(guān)作業(yè)信息及時(shí)進(jìn)行記錄并更新，保證貨品信息的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性。煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)的應(yīng)用，使物流管理質(zhì)量及效率得以有效提升，為整個(gè)生產(chǎn)流程提供有力保障。

四、結(jié)論

洛陽煙絲庫(kù)自2019年建成投入生產(chǎn)以來，各項(xiàng)關(guān)鍵性能均能滿足設(shè)計(jì)要求，且具備如下特點(diǎn)：物流系統(tǒng)存儲(chǔ)量大，響應(yīng)效率高；設(shè)計(jì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)急方案，保證物流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；移動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人柔性翻箱倒料模式的應(yīng)用，大大提高煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)的效率；WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)及WCS倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的開發(fā)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了煙絲庫(kù)物流系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化、柔性化功能，使全廠的信息化數(shù)字化智能化得到了大大的提升。