基于紙滑托盤的卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)改造

郭天文，林郁，曹琦

龍巖煙草工業(yè)有限責任公司，福建省龍巖市新羅區(qū)乘風路1299號 364021

隨著煙草行業(yè)卷煙上水平工作的不斷深入，成品件煙配送的傳統(tǒng)物流運作模式已難以適應煙草物流發(fā)展的需要[1]，整托盤聯(lián)運是近年來煙草物流出現(xiàn)的一種新趨勢[2-3]。為適應新形式下發(fā)展需要，國家煙草專賣局要求行業(yè)各單位切實推進工商物流一體化進程，大力開展工商卷煙托盤聯(lián)運工作，打造高水平的行業(yè)供應鏈物流[4]。

立體倉庫自動化物流系統(tǒng)目前已在煙草行業(yè)得到普遍應用[5]，對于采用自動化立體倉庫的工商雙方，是否匹配有完善的整托盤出入庫流程是決定工商聯(lián)運能否有效運行的重要保障[6]。盛佳綺等[7]采用安裝有RFID[8]芯片的標準塑料或木質托盤，通過在托盤出庫裝車環(huán)節(jié)增加一號工程條碼信息進行人工采集以及芯片寫入方式，與全國多個地市商業(yè)公司開展整托盤聯(lián)運，取得了一定效果。這種運作方式雖然可以實現(xiàn)條碼信息共享，減少件煙在裝卸過程中的損耗，提高商業(yè)入庫效率，但也存在工業(yè)出庫效率低、運輸車輛裝載率低、托盤標準難統(tǒng)一、托盤回收成本高等問題，影響工商間托盤聯(lián)運的運行效果[9]。

紙滑托盤是以薄紙板為基材經制板設備層合而成，在兩條相鄰邊上設有翼板的平板[10]。紙板在相鄰翼板的交匯處設有一個45°的角切口，并在翼板與平板相連方向上壓制劃線以使兩翼板略微上翹，便于帶推拉器叉車夾取。紙滑托盤正反兩面的磨擦系數(shù)不同，其中接觸件煙的正面相對粗糙防滑，接觸木質或塑料托盤的反面則相對光滑，通過兩者的系數(shù)差實現(xiàn)托盤化裝卸搬運。紙滑托盤為二向進叉單面使用，適合箱裝、硬紙盒裝等包裝物品的托盤單元機械化裝卸、搬運和集裝運輸?shù)任锪髯鳂I(yè)，具有輕便、耐用、稱重強度大等優(yōu)點[9]。為在卷煙工商之間快速開展卷煙成品整托盤聯(lián)運，利用紙滑托盤質量輕、體積小、造價低、兼容性強、搬運效率和車輛裝載率高、回收成本低等優(yōu)勢，以煙草工業(yè)現(xiàn)有成品高架庫自動化物流系統(tǒng)為對象，新增一號工程條碼采集、組垛以及條碼數(shù)據上報等功能，改造原有的成品自動化物流系統(tǒng)的出入庫流程，構建了一套新的基于紙滑托盤的卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)，以期提高卷煙整托盤工商聯(lián)運效率。

1 系統(tǒng)結構

基于紙滑托盤卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)主要是在傳統(tǒng)木質或塑料托盤上放置一個紙滑托盤進而形成一個新的組合托盤（以下簡稱帶紙托盤），并將帶紙托盤作為成品件煙出入高架庫的容器介質。該組合托盤可利用帶推拉器叉車便捷的實現(xiàn)所有件煙與傳統(tǒng)托盤的一次性分離，降低人工勞動強度、減少重復堆碼和重復搬運等無效勞動，提高件煙的裝卸以及搬運效率；以紙滑托盤單元為作業(yè)單位，成品卷煙的數(shù)量規(guī)整、清點快速，差錯減少，提高工商交接物流的快速性，減少了由于人工搬運產生的疲勞或單件掃描操作差錯查找而導致的貨物損傷。通過紙滑托盤單元的標準化、規(guī)格化，進而推動運輸、搬運和倉儲設備的標準化，能使卷煙物流系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設備規(guī)格協(xié)調，便于銜接，大大提高全系統(tǒng)的作業(yè)效率。如圖1 所示，紙滑托盤以紗管紙和高密度?？垶榛模褂眠m合煙草行業(yè)要求的粘合劑粘合、壓制而成,厚度1.2 mm，尺寸為1250 mm×1000 mm，采用單邊翼板,在長邊上設有10 mm 的翼邊，RFID 芯片[11]安裝在紙滑托盤的中心位置且與翼邊垂直,用于存儲帶紙托盤上每件煙對應的一號工程條碼信息。

圖1 帶紙托盤示意圖Fig. 1 Diagram of paper sliding tray

實際使用時，紙滑托實際效果如圖2所示：

圖2 紙滑托實際效果圖Fig.2 Actual diagram of paper sliding tray

將紙滑托盤放置在木托盤上形成帶紙托盤，實際效果如圖3 所示：

圖3 實際帶紙托盤實際效果圖Fig. 3 Actual diagram of traditional tray with paper sliding tray

本系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)，即原自動化物流系統(tǒng)、掃碼組垛子系統(tǒng)以及工業(yè)企業(yè)卷煙銷售出廠掃碼子系統(tǒng)，件煙從車間生產機器人自動碼垛入庫、高架庫倉儲、成品調撥出庫、工商之間運輸整個過程均采用紙滑托盤存放，系統(tǒng)結構見圖4。其中，自動化物流系統(tǒng)包括WMS（倉儲管理系統(tǒng)）和WCS（倉庫控制系統(tǒng)）子系統(tǒng)。WMS 負責倉儲業(yè)務邏輯，例如托盤出入庫以及庫存控制等處理[12]；WCS 負責將WMS 產生的出入庫任務下發(fā)給堆垛機、穿梭車等設備執(zhí)行，同時監(jiān)控設備運行狀態(tài)并向WMS 反饋任務執(zhí)行狀態(tài)[13]。自動化物流系統(tǒng)無需針對紙滑托盤重構設備布局，主要在現(xiàn)有物流軟件業(yè)務流程的基礎上對軟件系統(tǒng)局部性升級優(yōu)化，改造主要包括實現(xiàn)帶紙空托盤出庫自動供應，實托盤的出庫入庫任務申請、入庫貨位分配并執(zhí)行，以及與掃碼組垛子系統(tǒng)的采集的一號工程條碼驗證、控制校驗異常托盤自動剔除等。掃碼組垛子系統(tǒng)首先實現(xiàn)紙滑托盤在件煙碼垛前檢測RFID 標簽的有效性，清除芯片內的殘留信息；同時實現(xiàn)件煙分揀通道上的每一件煙的一號工程條碼信息采集，以托盤件煙數(shù)量為依據將同樣數(shù)量的一號工程條碼信息一次性寫入到RFID 芯片中。工業(yè)企業(yè)卷煙銷售出廠掃碼系統(tǒng)改造實現(xiàn)紙滑托盤裝車前RFID 芯片信息的一次性讀取、校驗及上報。自動化物流系統(tǒng)與掃碼組垛子系統(tǒng)通過OPC 接口方式實現(xiàn)托盤聯(lián)動控制，即帶紙托盤入庫或剔除，同時通過出廠掃碼系統(tǒng)掃描紙滑托盤中的RFID 標簽并獲取一號工程條碼信息，實現(xiàn)紙滑托盤在裝車前的芯片信息采集及上報。

圖4 卷煙進出庫系統(tǒng)結構圖Fig. 4 Structure diagram of information system of finished cigarette products coming in and out of the elevated warehouse

2 業(yè)務流程設計

2.1 紙滑托盤初始化流程

在入庫件煙碼垛前，需要將單個紙滑托盤放置在傳統(tǒng)空托盤上形成帶紙托盤，處理方式有兩種：①傳統(tǒng)空托盤組補充出庫到拆垛站臺，被拆分成單個空托盤進入碼垛站臺前，采用機械臂或人工方式將單個紙滑托盤放置在傳統(tǒng)托盤上。②傳統(tǒng)空托盤回收時，采用機械臂或人工方式將紙滑托盤與傳統(tǒng)托盤按比例1 : 1 上下疊放，形成帶紙空托盤組入庫到高架庫；帶紙滑托盤的空托盤組出庫到拆垛站臺時，利用空托盤組拆垛設備按一個傳統(tǒng)托盤附帶一個紙滑托盤方式自動拆分。由于紙滑托盤可重復使用，為減少RFID 標簽故障以及標簽信息殘留影響后續(xù)入庫效率，在帶紙托盤到達機器人自動碼垛站臺前，需要設置紙滑托盤初始化檢測站臺，以檢測標簽的有效性并對標簽殘留信息進行刪除，同時根據初始化結果報警提醒人工干預處理，只有初始化成功的帶紙托盤才能輸送到各機器人碼垛站臺上。初始化流程見圖5。

2.2 掃碼組垛流程

圖5 紙滑托盤初始化流程圖Fig. 5 Initialization process flow of paper sliding tray

掃碼組垛子系統(tǒng)主要實現(xiàn)將從各個分揀通道上采集的一號工程條碼信息，以托盤實際件煙數(shù)量為依據，將對應的一號工程條碼信息寫入到帶紙托盤上的RFID 芯片中，功能包括條碼信息自動采集、條碼自動組垛、垛條碼信息自動獲取以及RFID 標簽信息自動寫入。為確保采集條碼信息的準確性，系統(tǒng)在每一個機器人碼垛分揀通道上方，分別安裝有一號工程條碼掃描器和聲光報警器，用于采集通道件煙條碼信息以及異常報警。當帶紙托盤碼垛結束時，系統(tǒng)從采集的條碼隊列中連續(xù)取出等于當前托盤件煙載量的一號工程條碼信息，組成一個數(shù)據集單元即條碼自動組垛，同時將數(shù)據集單元存儲在垛數(shù)據中心以便條碼追溯使用；在機器人碼垛站臺與入庫申請站臺之間設置RFID 標簽讀寫站臺，當帶紙托盤到達該站臺時對RFID 標簽信息進行校驗，校驗失敗則由物流系統(tǒng)下令剔除，否則將當前托盤上的條碼信息寫入RFID 標簽中。掃碼組垛流程見圖6。

圖6 掃碼組垛流程圖Fig. 6 Barcode-scanning and stacking process flow chart

RFID 標簽信息校驗包括：①無效條碼，掃描器誤觸發(fā)、掃到損壞的條碼等；②重復條碼，條碼粘貼重復或件煙重復掃描等；③漏掃，掃描器觸發(fā)失敗或人工加煙時未使件煙重新過掃描器等；④錯誤條碼，通道混牌等。

此外，掃碼組垛子系統(tǒng)還具有以下功能：①通道啟?？刂疲刂品謷ǖ肋x擇傳統(tǒng)托盤或紙滑托盤生產模式。②垛條碼信息調整，對寫入失敗或有未識別條碼等，重新人工掃碼、人工條碼組垛和芯片寫入，調整方式包括RFID 手持終端采集讀寫、RFID 移動小車采集讀寫、直接從垛數(shù)據中心獲取組垛信息等。③配置管理，對用戶、掃碼設備和RFID 標簽讀寫器進行管理。④統(tǒng)計查詢，對各車間、分揀通道的掃碼信息，組垛信息，未識別條碼數(shù)，芯片寫入失敗信息等進行統(tǒng)計。

2.3 入庫流程

將常規(guī)成品件煙自動入庫流程與新增的掃碼組垛流程相互融合后搭建新的入庫模式，實現(xiàn)條碼信息的采集、存儲、準確校驗以及讀寫控制，入庫流程見圖7。為避免出現(xiàn)芯片校驗異常，在設計中采用了以下處理方式：

（1）采用兩套數(shù)采設備同時對件煙一號工程條碼信息進行采集，一套是設置在物流主通道上的條碼掃描器，該設備既可作為成品件煙分揀的牌號識別器，也可記錄一號工程條碼信息；另一套是設置在分揀通道上的條碼掃描器，對進入分揀通道的件煙一號工程條碼信息進行采集。

（2）采用多種條碼校驗機制，掃碼組垛子系統(tǒng)內部采集的條碼需要驗證通過，同時要求兩套采集器采集的條碼信息必須嚴格一致，否則禁止入庫。

（3）采用靈活的異常流程處理機制，當條碼信息校驗異常或芯片無法正常讀寫時，系統(tǒng)通過聲光、LED 等方式報警，同時將托盤自動剔除到異常整理站臺，通過垛條碼信息調整功能重新采集并更新芯片信息，或將件煙放置在物流主通道上重新掃碼分揀入庫。

圖7 卷煙入庫流程圖Fig. 7 Process flow chart of cigarette entering storage

圖8 卷煙出庫流程圖Fig. 8 Process flow chart of cigarette exiting storage

3 應用效果

3.1 試驗設計

以龍巖煙草工業(yè)有限責任公司一二區(qū)兩個成品高架庫為例，對以RFID 信息為載體的紙滑托盤自動化出入庫系統(tǒng)進行測試。圖9 為二區(qū)成品高架庫布局，該系統(tǒng)從A 處接收來自卷包裝封箱成品件煙，包括2臺自動碼垛機器人，6 個碼垛站臺，6 條分揀通道，1條主通道，1 個人工入庫站臺，1 個空托盤組入庫站臺，1 個異常整理站臺以及1 個出庫站臺；現(xiàn)有立庫單個貨位最多存放24 件，同時運輸車輛采用9.6 m 標準車以及16.5 m 拖頭車，車廂高度2.9 米左右，車廂內紙滑托盤采用橫向二層疊高方式堆放，剛好可以上下兩層各疊放24 件煙，剩余10 cm 左右的空間剛好留給叉車作業(yè)使用，所以整托盤最大載量設為24 件（共3 層，頂層4 件，其他兩層各10 件）。

圖9 高架庫布局圖Fig. 9 Layout of elevated warehouse

3.2 數(shù)據分析

由表1 可見，與傳統(tǒng)的整托盤聯(lián)運方式相比，采用紙滑托盤出入庫系統(tǒng)的裝卸人數(shù)、裝卸時間分別降低60%和25%，裝載率和單托盤條碼上報時間分別提高40%和90%。由于紙滑托盤質量輕、體積小、造價低、兼容性強，存儲空間僅為傳統(tǒng)托盤的1/50，改進后托盤回收成本降低77%以上，有效解決了托盤標準不統(tǒng)一、流轉管理困難等問題。經統(tǒng)計，改進后系統(tǒng)出入庫能力達到120 托盤/h，與傳統(tǒng)托盤出入庫能力125 托盤/h 相比，出入庫效率基本一致，能夠滿足物流企業(yè)正常生產要求。

表1 改進前后比較Tab. 1 Comparison before and after improvement

4 結論

紙滑托盤聯(lián)運是優(yōu)化卷煙工商一體化供應鏈、提升客戶服務水平的重要舉措，有效解決了傳統(tǒng)托盤聯(lián)運方式效率低、成本高等問題，符合煙草行業(yè)關于工商物流協(xié)同發(fā)展要求。以龍巖煙草工業(yè)有限責任公司兩個成品高架庫為例進行測試，結果表明：與傳統(tǒng)整托盤聯(lián)運方式相比，基于紙滑托盤出入庫系統(tǒng)的裝卸人數(shù)、裝卸時間分別降低60%和25%，裝載率和單托盤條碼上報時間分別提高40%和90%；存儲空間僅為傳統(tǒng)托盤的1/50，回收成本降低77%以上；件煙損壞率下降96%；單箱運輸費用下降37%，托盤存儲占用面積下降99%；出入庫能力為120 托盤/h，能夠滿足企業(yè)正常生產和發(fā)貨需求，基本實現(xiàn)了福建省內以及省外部分紙滑托盤工商聯(lián)運業(yè)務，提升了煙草物流配送自動化水平，推進了工商物流一體化進程。

紙滑托整托盤聯(lián)運在煙草行業(yè)推廣過程中主要存在兩個問題，一是紙滑托盤盤高架庫入庫成功率問題，另一個是紙滑托盤RFID 芯片抗干擾問題。前者可能由于RFID 芯片的安裝位置、方向、RFID 天線安裝位置、紙滑托件煙碼垛前在高架庫內運輸過程中位置跑偏、脫落，一號工程條碼采集校驗失敗等導致的紙滑托盤入庫失敗，降低高架庫的綜合入庫效率，同時可能造成庫內紙滑托盤庫存數(shù)量不足，影響紙滑托盤調撥。后者由于紙滑托盤從工業(yè)高架庫出庫，運輸?shù)缴虡I(yè)公司這一過程中，紙滑托盤上的件煙可能發(fā)生位移，導致件煙壓到RFID 芯片，而件煙上的鋁箔紙將會嚴重降低RFID 芯片的讀寫成功率，影響商業(yè)出入庫效率。針對以上兩個問題的研究，尋找恰當?shù)慕鉀Q方案，將是紙滑托整托盤聯(lián)運在行業(yè)推廣過程中重要的努力方向。