新型柔性裝封箱工藝布局剖析

文 / 張 紅 黃慧鴻 謝 偉 唐 明 王 超

近20年來，我國煙草行業(yè)卷煙成品的裝封箱系統(tǒng)逐步發(fā)展，并形成了傳統(tǒng)的工藝模式：條煙提升機、鏈板輸送機將多個包裝機組的條煙輸送到裝封箱機組前，同一品規(guī)的條煙通過垂直排包機（平條方式、立條方式、氣墊方式），或選道下滑＋橫向收集機的方式實現(xiàn)條煙的下降及縱橫向轉(zhuǎn)換，進入裝封箱機完成堆垛及裝封箱的工藝模式。然而，傳統(tǒng)的裝封箱系統(tǒng)工藝存在以下不足：

（1）1組裝封箱機組僅能實現(xiàn)一種品規(guī)卷煙成品的裝封箱生產(chǎn)，裝封箱機組配置數(shù)量較多；

（2）紙箱內(nèi)的卷煙成品為多臺包裝機組產(chǎn)品混裝，不利于質(zhì)量追溯；

（3）卷煙成品在下降及縱橫向轉(zhuǎn)換過程中容易發(fā)生損壞；

（4）多臺包裝機組成品在裝封箱機組內(nèi)堆垛，造成生產(chǎn)能力過低；

（5）卷煙成品規(guī)格變化需對裝封箱系統(tǒng)進行改造才能適應(yīng)生產(chǎn)。

針對以上傳統(tǒng)工藝模式中存在的問題，本文將物流技術(shù)引入裝封箱模式，提出一種新型柔性裝封箱系統(tǒng)的工藝模式，將原有的以條為單位的裝封箱模式，改變?yōu)橐詿煻鉃閱挝坏难b封箱模式，并以更好地實現(xiàn)這種新型柔性裝封箱工藝模式為基礎(chǔ)，剖析多種工藝布局設(shè)計中的關(guān)鍵點及存在的優(yōu)勢和劣勢，為未來卷煙裝封箱系統(tǒng)的工藝模式發(fā)展提供參考依據(jù)。

一、一種新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝簡介

新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝，采用單一包裝機組條煙單獨堆垛，煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送至裝封箱機的工藝模式。每一臺包裝機組通過條煙鏈板輸送機對接一臺條煙堆垛機，實現(xiàn)單一包裝機組條煙50條（25條）的堆垛并裝入周轉(zhuǎn)箱，每個周轉(zhuǎn)箱底部均設(shè)置有RFID電子標(biāo)簽。煙垛裝入周轉(zhuǎn)箱時，讀寫器把相關(guān)信息（包裝機組、生產(chǎn)時間、品牌等）寫入周轉(zhuǎn)箱上的RFID電子標(biāo)簽，實現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱（實箱）帶信息輸送。周轉(zhuǎn)箱輸送到裝封箱機組前端時，RFID讀寫器讀取周轉(zhuǎn)箱上的品牌信息，并根據(jù)每臺裝封箱機組實際生產(chǎn)品牌情況進行確認(rèn)，進入裝封箱機組。其中，裝封箱機組可實現(xiàn)兩種品牌條煙的裝封箱，機器人根據(jù)品牌信息抓取相應(yīng)紙箱，并進行品牌確認(rèn)后供送紙箱。

新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝流程如圖1，成品煙箱在裝封箱機組出口進行一號工程碼打貼標(biāo)后再進行掃碼，讀取成品煙箱上的一號工程碼，由裝封箱系統(tǒng)把該件煙箱的相關(guān)信息（包裝機組、生產(chǎn)時間、品牌等）和一號工程碼進行捆綁，為產(chǎn)品質(zhì)量的過程追溯提供信息，實現(xiàn)卷煙質(zhì)量通過一號工程碼直接追溯到單一包裝機組。

二、工藝布局方式簡析

根據(jù)新型柔性裝封箱工藝模式，結(jié)合廠區(qū)及卷包機組布局，因地制宜地進行新型柔性裝封箱區(qū)域的工藝布局設(shè)計。新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝，將傳統(tǒng)裝封箱機組中的條煙堆疊功能單獨分離出來，實現(xiàn)單一包裝機組的條煙堆疊成件，煙垛與裝封箱機組間存在輸送問題，必然引入物流工藝。因此，工藝布局的優(yōu)化與否，將會影響整個工藝實現(xiàn)的流暢性及生產(chǎn)的保障性。

1. 整體平面布局設(shè)計

煙垛周轉(zhuǎn)箱的輸送與裝封箱機組間的布局可同層，亦可非同層布置，同層布置優(yōu)勢在于：便于集中操作及故障的處理，其劣勢在于：條煙輸送下滑道過長易導(dǎo)致煙條損傷，平面空間占用較大，裝封箱機組被輸送線隔斷，導(dǎo)致AGV物料輸送無法到機組。

圖1 新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝流程

圖2 新型柔性裝封箱系統(tǒng)異層布置立面圖

圖3 大環(huán)形物流輸送平面示意圖

異層布置立面圖如圖2，條煙堆垛機及煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送線布置于二層平臺，裝封箱機組布置于一層，經(jīng)升降機連接二層煙垛周轉(zhuǎn)箱與一層裝封箱機組。二層平臺下方空置部分，部分布置人工應(yīng)急處理工位及煙垛周轉(zhuǎn)箱（包含空盒及實盒）的緩存工位，用于裝封箱機組短暫停機時的緩存，及系統(tǒng)長期停機時煙垛周轉(zhuǎn)箱的儲存。其優(yōu)勢在于：條煙輸送下滑道較短利于煙條收集，煙垛周轉(zhuǎn)箱的輸送線集中布置于鋼平臺上，平臺下方空間可用于AGV的物料輸送、人工應(yīng)急處理工位、煙垛周轉(zhuǎn)箱（空盒、實盒）緩存庫及其它用途；其劣勢在于：平臺下方高度空間受限于車間整體布局，操作及維修人員需上下平臺進行作業(yè)處理。

整體的工藝平面布局設(shè)計，以保障工藝需求為基礎(chǔ)，結(jié)合兩種布局的優(yōu)劣勢，對卷包機組（≥10）較多者，物料自動化供給系統(tǒng)以異層布置較為優(yōu)選方案。

2. 環(huán)形物流輸送

針對煙垛周轉(zhuǎn)箱的輸送線路，結(jié)合物流特性，劃分為兩種工藝布局模式：環(huán)形物流輸送、上下層物流輸送。環(huán)形物流輸送布局如圖3，共33組卷接包機組，即布置33組條煙堆垛機，共9組裝封箱機組。左邊區(qū)域為硬包區(qū)，根據(jù)實際情況可設(shè)置煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送為一個或多個大環(huán)形輸送；右邊區(qū)域為硬包區(qū)，根據(jù)實際情況可設(shè)置煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送為一個或幾個大環(huán)形輸送。一般情況，4～6組條煙堆垛機對接1組裝封箱機組，以包裝規(guī)格[軟、硬包及特殊規(guī)格（中、細(xì)支）]劃分區(qū)域，同種包裝規(guī)格間煙垛周轉(zhuǎn)箱的輸送以環(huán)形輸送線實現(xiàn)；空盒、實盒在同一環(huán)形線輸送，為保證空盒的及時供應(yīng)，在環(huán)形內(nèi)增加直線型的空盒輸送線；為保證生產(chǎn)的最大柔性，環(huán)形與環(huán)形間連通，適用于特殊情況下煙垛周轉(zhuǎn)箱品牌選擇的廣泛性。

以滿足系統(tǒng)流量為依據(jù)，進行環(huán)形區(qū)域大小的劃分。針對以上工藝布局，進行系統(tǒng)仿真建模運行分析：用于周轉(zhuǎn)箱輸送的環(huán)形輸送線能力是否滿足流量需求；空盒供應(yīng)能否滿足響應(yīng)時間需求，是否會因空盒供應(yīng)不及時而造成條煙堆垛機停機；輸送系統(tǒng)中是否存在瓶頸；每個對應(yīng)的環(huán)路的空盒合理配置數(shù)量。通過仿真結(jié)論如下：軟包線環(huán)路中12組包裝機組，由于流量過大，實盒與空盒之間存在相互阻塞，會造成對應(yīng)裝封箱機入口節(jié)點流量過大，容易堵塞；且空盒不能及時供應(yīng)到位，導(dǎo)致條煙堆垛機間歇性停機，連鎖導(dǎo)致條煙鏈板輸送停止、包裝機組停機。

針對仿真結(jié)論，結(jié)合系統(tǒng)可能存在的瓶頸，優(yōu)化設(shè)計方案，重新設(shè)定環(huán)形輸送線的大小，如圖4，將原有的軟包大環(huán)形線拆分為兩個小環(huán)形輸送。與大環(huán)形物流輸送方案相比，小環(huán)形方案將12組高速軟包機組分為兩個環(huán)路，對流量進行分解，不會出現(xiàn)空盒供應(yīng)不及時和實盒堵塞的情況。另外，進一步優(yōu)化空盒控制、調(diào)度策略：將空盒返回通道所對應(yīng)的緩存線全部作為空盒緩存工位，以保證在生產(chǎn)過程中空盒的及時供應(yīng)。

環(huán)形輸送線布局優(yōu)勢在于：適用于包裝機組（≤10）較少情況；環(huán)形內(nèi)布置的裝封箱機組，煙垛周轉(zhuǎn)箱理論上可選擇同品牌裝封箱機組進入，最大化實現(xiàn)柔性生產(chǎn)；其劣勢在于：因空盒與實盒交叉輸送于環(huán)形輸送線上，可能存在空盒供應(yīng)不及時、實盒堵塞的情況；位于環(huán)形中最遠端的條煙堆垛機，空盒供應(yīng)時間較緩慢，不易對接卷包高速機組。

3. 上下層物流輸送

針對環(huán)形物流輸送的工藝布局可能存在的系統(tǒng)瓶頸，結(jié)合卷接包機組大流量的需求，布置設(shè)計上下層物流輸送布局模式，如圖5。條煙堆垛機及煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送線布置于架空的鋼平臺上，采用往復(fù)式托盤升降機實現(xiàn)煙垛周轉(zhuǎn)箱（空、實箱）和裝封箱機之間的鏈接，煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機主線按雙層布置，上層用于空盒輸送，下層用于實盒輸送。每臺雙品牌裝封箱機均配置有實箱（空箱）存儲裝置，布置在鋼平臺下，可滿足每臺雙品牌裝封箱機24個煙垛周轉(zhuǎn)箱的存儲。

每套條盒儲存輸送系統(tǒng)對接4臺條煙堆垛機，形成1條煙垛輸送支線（雙層）與裝封箱機對接，每套條盒儲存輸送系統(tǒng)支線（雙層）由縱向煙垛輸送機主線（雙層）聯(lián)通，如圖6，為保證系統(tǒng)的最大柔性，理論上所有條盒儲存輸送系統(tǒng)支線（雙層）的煙垛周轉(zhuǎn)箱均可任意進入任意裝封箱機組，實際布置時考慮到效率及規(guī)格問題，相同規(guī)格裝封箱機組盡量分片區(qū)集中布置。

圖4 小環(huán)形物流輸送平面示意圖

圖5 上下層物流輸送立面示意圖

圖6 上下層物流輸送工藝布局示意圖

上下層物流輸送工藝布局，其優(yōu)勢在于：將空盒、實盒的物流輸送分層輸送，結(jié)合柔性生產(chǎn)需求，適用于卷接包機組大流量生產(chǎn)，理論上系統(tǒng)不存在空盒供應(yīng)不足及實盒堵塞的情況；其劣勢在于：相比環(huán)形輸送的最大化柔性生產(chǎn)，其柔性存在一定的局限性，每套條盒儲存輸送系統(tǒng)間的聯(lián)通輸送線存在正反轉(zhuǎn)間的切換，在相鄰輸送線間選擇裝封箱機組較為容易，跨越輸送線交叉輸送時只能同時實現(xiàn)部分，且流量較大時容易堵塞。

四、結(jié)語

新型柔性裝封箱系統(tǒng)工藝布局設(shè)計時，立足卷包生產(chǎn)流量測算數(shù)據(jù)，滿足工藝需求，結(jié)合生產(chǎn)實際情況，根據(jù)廠區(qū)整體布局，選擇適宜的裝封箱系統(tǒng)工藝布局，使之發(fā)揮最大優(yōu)勢，以保障生產(chǎn)。