新型聯(lián)運(yùn)濾棒自動(dòng)化物流系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

文/李 正 鐘艷妮 王 旭

隨著近年煙草生產(chǎn)工藝發(fā)展，濾棒產(chǎn)品作為卷煙低焦降害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)發(fā)展越來(lái)越受到重視。按傳統(tǒng)生產(chǎn)加工模式，各卷煙廠均設(shè)置濾棒生產(chǎn)線，但因受到研發(fā)人員、技術(shù)裝備、資金等方面的制約，導(dǎo)致在濾棒的技術(shù)研發(fā)和新產(chǎn)品的快速應(yīng)用上受到較大程度影響，無(wú)法滿足卷煙濾棒產(chǎn)品的發(fā)展需要。

在社會(huì)化分工越來(lái)越細(xì)化及專業(yè)化的大背景下，越來(lái)越多卷煙企業(yè)的濾棒由專業(yè)廠家提供。由此可見(jiàn)，濾棒的專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)是今后發(fā)展趨勢(shì)，可穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)會(huì)促進(jìn)產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，保證產(chǎn)品在市場(chǎng)中的技術(shù)領(lǐng)先地位。

在自動(dòng)化應(yīng)用程度較高的現(xiàn)狀下，卷煙企業(yè)對(duì)外來(lái)濾棒處理應(yīng)盡量減少人工的介入，提高自動(dòng)化、信息化管理水平，保證及時(shí)正確的供料需求，并響應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展要求，將包裝輔材、濾棒空紙盒自動(dòng)回收后使用。

本文以某地卷煙廠的濾棒自動(dòng)化物流系統(tǒng)為例，根據(jù)聯(lián)運(yùn)濾棒整托盤的特點(diǎn)，針對(duì)聯(lián)運(yùn)濾棒從整托盤卸車、存儲(chǔ)、拆垛、包裝輔材的回收，濾棒紙盒成組、輸送、存儲(chǔ)、給發(fā)射機(jī)供料以及空紙盒攤平、回收等工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行關(guān)鍵核心技術(shù)分析研究，為煙草行業(yè)聯(lián)運(yùn)濾棒自動(dòng)化物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。

一、物料單元設(shè)計(jì)

聯(lián)運(yùn)濾棒采用托盤來(lái)料方式，根據(jù)來(lái)料特點(diǎn)及后續(xù)工藝需求，設(shè)置了兩級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域，一級(jí)為托盤高架庫(kù)區(qū)，二級(jí)為濾棒盒高架庫(kù)區(qū)，另外需對(duì)包裝輔材進(jìn)行回收利。因此，本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的物料主要有聯(lián)運(yùn)濾棒托盤、實(shí)紙盒組、隔紙板實(shí)托盤、塑料蓋板實(shí)托盤、紙盒皮實(shí)托盤等。

本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的物料主要有聯(lián)運(yùn)濾棒托盤、實(shí)紙盒組、隔紙板實(shí)托盤、塑料蓋板實(shí)托盤、紙盒皮實(shí)托盤等

二、系統(tǒng)組成

根據(jù)工藝要求，該系統(tǒng)由托盤高架庫(kù)、托盤出入庫(kù)區(qū)、人工拆膜區(qū)、整托盤拆垛及包裝輔材回收區(qū)、濾棒盒高架庫(kù)、空濾棒盒回收區(qū)等構(gòu)成（如圖1），通過(guò)電控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。該項(xiàng)目系統(tǒng)能力可滿足18臺(tái)12000只/分鐘高速機(jī)組的供料需求。

1.托盤高架庫(kù)區(qū)

貨架采用橫梁式結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)聯(lián)運(yùn)濾棒托盤、隔紙板實(shí)托盤、塑料蓋板實(shí)托盤、紙盒皮實(shí)托盤等物料。存貯量滿足7天的生產(chǎn)需求，在一定時(shí)期內(nèi)不受天氣、交通、車輛等因素的影響，保證生產(chǎn)不斷料。巷道堆垛機(jī)采用單貨位結(jié)構(gòu)，完成貨架與輸送設(shè)備之間的取放貨作業(yè)，出入庫(kù)滿足生產(chǎn)需求。

2.托盤出入庫(kù)區(qū)

主要由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、升降輸送機(jī)、外形檢測(cè)站、條碼識(shí)別器等組成，用于托盤物料的自動(dòng)輸送。

3.人工拆膜區(qū)

主要由圖像識(shí)別器及人工拆膜工位組成，自動(dòng)識(shí)別托盤方向后將托盤送至人工拆膜工位由人工拆去聯(lián)運(yùn)濾棒托盤的外包裝膜。

4.整托盤拆垛及包裝輔材回收區(qū)

圖1 系統(tǒng)組成

圖2 自動(dòng)化物流系統(tǒng)功能模型

主要由自動(dòng)拆垛機(jī)及自動(dòng)抓取機(jī)、自動(dòng)打帶機(jī)等設(shè)備組成，用于將聯(lián)運(yùn)濾棒托盤物料自動(dòng)拆為單盒濾棒進(jìn)行輸送，并將聯(lián)運(yùn)托盤的包裝輔材進(jìn)行碼垛，自動(dòng)捆扎后回收。

5.濾棒盒高架庫(kù)

貨架采用牛腿式結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)濾棒盒，存儲(chǔ)量滿足1天的生產(chǎn)需求，設(shè)置在發(fā)射機(jī)組旁，保證對(duì)機(jī)組供料的連續(xù)性。巷道堆垛機(jī)采用一條軌道上同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)堆垛機(jī)的模式以滿足流量要求，以及保證連續(xù)生產(chǎn)的高可靠性，巷道堆垛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，采用避讓和防撞技術(shù)以保證一軌雙車運(yùn)行的安全性等。

6.空濾棒盒回收區(qū)

主要由自動(dòng)攤平機(jī)、盒皮碼垛機(jī)、自動(dòng)打帶機(jī)等組成，將卸盤后的空紙盒自動(dòng)攤平碼垛成實(shí)托盤，并進(jìn)行自動(dòng)捆扎后回收。

7.電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要完成整個(gè)物流系統(tǒng)中輸送設(shè)備的控制任務(wù)。向上聯(lián)接物流上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，接受物料的輸送指令；向下聯(lián)接輸送設(shè)備實(shí)現(xiàn)底層輸送設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、物料的檢測(cè)與識(shí)別，完成物料輸送的過(guò)程控制及信息的傳遞。橫向完成其他單機(jī)系統(tǒng)的控制集成。此外，還提供內(nèi)容豐富、形象直觀的人機(jī)界面、安全保護(hù)措施和多種操作模式，輔助工作人員進(jìn)行設(shè)備操作和維護(hù)。

本庫(kù)電控系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)采用PROFINET架構(gòu)控制網(wǎng)絡(luò)。主控器件采用西門子公司S7 400系列產(chǎn)品，具有的強(qiáng)大運(yùn)算能力和快速反應(yīng)速度，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、精確控制及可靠性提供了有力的保障。通訊處理器采用CP443-1 Advanced網(wǎng)卡，提供1個(gè)以太網(wǎng)接口與上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換以及PROFINET接口用以連接PROFINET子站?？刂葡鋬?nèi)I/O模塊、高性能電機(jī)啟動(dòng)器采用西門子公司產(chǎn)品，使用支持PROFINET協(xié)議的接口模塊將其接入PROFINET網(wǎng)絡(luò)；變頻器、條碼識(shí)別器、圖像識(shí)別設(shè)備等直接接入PROFINET網(wǎng)絡(luò)。

電控系統(tǒng)配置示意圖，如圖2。

8.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

聯(lián)運(yùn)濾棒自動(dòng)化物流系統(tǒng)是以生產(chǎn)服務(wù)為核心的在線物料管理系統(tǒng)，集物流生產(chǎn)管理、物料管理、倉(cāng)庫(kù)管理于一身。在整個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建在先進(jìn)的工業(yè)控制網(wǎng)上，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境下，上聯(lián)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)，下聯(lián)工業(yè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，是自動(dòng)化物流系統(tǒng)的調(diào)度核心和信息存儲(chǔ)處理中心。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以集成技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)物流指令快速、準(zhǔn)確的執(zhí)行及物流信息的收集、處理、傳送、存儲(chǔ)和分析，并做出正確的決策以協(xié)調(diào)各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，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(guò)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。

依據(jù)自動(dòng)化物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和功能分析，可以將該自動(dòng)化物流系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為如下三個(gè)層次，即：信息管理層、調(diào)度控制層和設(shè)備執(zhí)行層，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)信息管理和調(diào)度控制，系統(tǒng)的功能模型如圖3所示。

三、主要工藝流程

1.濾棒托盤入庫(kù)（入濾棒托盤庫(kù)）

運(yùn)送裹膜實(shí)托盤的運(yùn)輸車到達(dá)后，在濾棒托盤暫存區(qū)進(jìn)行卸貨、質(zhì)檢等工作。按入庫(kù)計(jì)劃，人工叉車將濾棒托盤叉放到入庫(kù)站臺(tái)，經(jīng)條碼識(shí)別合格后，由輸送系統(tǒng)及堆垛機(jī)送入托盤庫(kù)中指定貨位存放。識(shí)別不合格的由輸送系統(tǒng)自動(dòng)輸送到人工整理站臺(tái)，人工處理后再次檢測(cè)入庫(kù)。

2.濾棒托盤出庫(kù)（出濾棒托盤庫(kù)→入濾棒紙盒庫(kù)）

根據(jù)出庫(kù)計(jì)劃，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度相應(yīng)實(shí)托盤出庫(kù)并輸送至實(shí)托盤拆膜工位；在拆膜工位由人工拆除外包裝裹膜，之后送至層拆工位進(jìn)行拆垛。

在拆垛工位，紙盒拆垛機(jī)每動(dòng)作一次即拆出一層物料；同一層濾棒同步輸送至隔板去蓋工位取掉隔板后，自動(dòng)分離成單個(gè)濾棒紙盒，并送往下游設(shè)備。

單個(gè)濾棒盒經(jīng)翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)翻轉(zhuǎn)到直立位置后，形成實(shí)紙盒組，由穿梭車及巷道堆垛機(jī)送到濾棒紙盒庫(kù)存放。

圖3 智能分揀工作流程圖

3.實(shí)濾棒紙盒出庫(kù)（出濾棒紙盒庫(kù)）

卸盤機(jī)需要濾棒實(shí)紙盒時(shí)，計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)向?yàn)V棒紙盒庫(kù)堆垛機(jī)下達(dá)出庫(kù)任務(wù)，堆垛機(jī)將指定貨位上的實(shí)盒單元取出，送到卸盤機(jī)端實(shí)盒輸送機(jī)上。自動(dòng)讀取實(shí)盒信息，與調(diào)度計(jì)算機(jī)下達(dá)的出庫(kù)品牌比較，比較無(wú)誤則輸出，若濾棒紙盒信息有誤，則報(bào)警，人工處理。實(shí)紙盒組通過(guò)分離機(jī)構(gòu)分離成單個(gè)的實(shí)盤，開(kāi)蓋后送至卸盤機(jī)卸盤。

4.空濾棒紙盒回收（入濾棒托盤庫(kù)）

卸盤機(jī)送出的空盒由翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)翻轉(zhuǎn)到平躺位置后，合流入空紙盒輸送線送至攤平工位進(jìn)行攤平，由抓取機(jī)構(gòu)將攤平后的盒皮放置到回收工位的空托盤上，并在紙盒皮托盤頂層放置一張塑料頂板，紙盒皮托盤經(jīng)自動(dòng)捆扎后回濾棒托盤庫(kù)存放，待安排裝車回收至濾棒供料廠家。

5.空托盤回收（入濾棒托盤庫(kù)）

濾棒托盤拆垛后，產(chǎn)生的空托盤，由托盤碼分機(jī)堆碼成空托盤組回濾棒托盤庫(kù)存放，待安排回收至濾棒供料廠家。

6.隔板回收（入濾棒托盤庫(kù)）

每層物料被層拆后，6盒物料帶頂部隔板自動(dòng)輸送至不同的去蓋工位，由自動(dòng)抓取機(jī)將物料頂部的隔板按材質(zhì)分類放置到回收工位的空托盤上形成隔板托盤。一部分塑料隔板托盤送至紙盒攤平區(qū)域供空紙盒堆碼使用，其余塑料隔板/紙隔板托盤經(jīng)自動(dòng)捆扎后回濾棒托盤庫(kù)存放，待安排裝車回收至濾棒供料廠家。

四、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本系統(tǒng)根據(jù)濾棒的來(lái)料特點(diǎn)及型式進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，在此項(xiàng)目中主要體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

1.卸貨速度快、效率高、操作簡(jiǎn)單

濾棒實(shí)托盤來(lái)料后，無(wú)需人工整理，由人工叉車直接卸貨，進(jìn)入一級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域，即濾棒托盤庫(kù)。此種入庫(kù)處理方式，較大程度提高了卸貨效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，操作簡(jiǎn)潔、快速。

2.自動(dòng)化程度較高

減少濾棒處理的工藝環(huán)節(jié)，根據(jù)濾棒廠來(lái)料的特點(diǎn)，制定相對(duì)直接、簡(jiǎn)單的工藝處理方式，在物料搬運(yùn)、托盤存儲(chǔ)、出庫(kù)拆垛、濾棒盒存儲(chǔ)及出庫(kù)供料等環(huán)節(jié)采用自動(dòng)化設(shè)備。

包裝輔料的拆除、廢料的回收均由自動(dòng)化設(shè)備完成，減少人工的介入環(huán)節(jié)。

3.可靠性高

在方案中規(guī)劃了兩級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域，托盤高架庫(kù)、濾棒盒高架庫(kù)，保證供料的及時(shí)、準(zhǔn)確和連續(xù)：

兩級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域的存量可滿足約8天的生產(chǎn)需求，在一定時(shí)期內(nèi)不受天氣、交通、車輛等因素的影響，保證生產(chǎn)的不斷料。

在發(fā)射機(jī)組旁就近設(shè)置濾棒盒存儲(chǔ)系統(tǒng)，其存量能滿足兩班以上的生產(chǎn)需求，反應(yīng)時(shí)間迅速，可靠性高。

4.適應(yīng)性強(qiáng)

整個(gè)存儲(chǔ)及工藝處理方式，可滿足多種規(guī)格濾棒產(chǎn)品的需求。

5.信息化程度高

托盤及濾棒盒上均粘貼條碼，采用條碼識(shí)讀系統(tǒng)對(duì)物料信息進(jìn)行跟蹤，貫穿物料的入庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)、盤點(diǎn)、出庫(kù)等各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，方便物料的追蹤和信息查詢。

6.促進(jìn)管理水平提高

整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化及信息化管理程度高，快捷準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)收、存及供的信息管理，提高物流效率和準(zhǔn)確性，降低物流人工等成本，從而提高了倉(cāng)儲(chǔ)管理的現(xiàn)代化水平。

7.現(xiàn)場(chǎng)干凈、整潔，工作環(huán)境好

人工介入環(huán)節(jié)少，包裝材料及廢料回收等環(huán)節(jié)自動(dòng)完成，可保證整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)干凈、整潔，工作環(huán)境較好。

五、結(jié)束語(yǔ)

新型聯(lián)運(yùn)濾棒存儲(chǔ)自動(dòng)化物流系統(tǒng)將自動(dòng)化物流技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)運(yùn)濾嘴棒存儲(chǔ)、輸送、供料工藝中，改變了傳統(tǒng)的人工處理模式，節(jié)省了大量人力，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為聯(lián)運(yùn)濾棒托盤自動(dòng)化處理提供了相應(yīng)技術(shù)支持，在煙草工業(yè)具有較強(qiáng)的推廣性。