細(xì)支煙與標(biāo)準(zhǔn)煙共線分揀的優(yōu)化策略研究

文/ 孫壯志 要學(xué)瑋 鄢烈虎 張興旺

1.北京市煙草專賣局（公司）

2.北京煙草物流中心

長期以來，煙草行業(yè)商業(yè)物流中心使用電子標(biāo)簽分揀線分揀細(xì)支煙，分揀效率通常在2000條/小時左右。近年來，細(xì)支煙銷量增長迅猛，為解決細(xì)支煙銷量增長與分揀效率偏低的矛盾，北京煙草物流中心合理組合開箱機、煙倉、輸送線、包裝機，建設(shè)行業(yè)首條細(xì)支煙與標(biāo)準(zhǔn)煙高速共線分揀的分揀線，效果顯著。

然而，在“兩節(jié)供應(yīng)”的業(yè)務(wù)高峰期，分揀線的效能無法充分發(fā)揮，分揀效率僅達(dá)到平時的85%。為此，通過對機械結(jié)構(gòu)、訂單結(jié)構(gòu)、煙倉利用情況等進(jìn)行分析，尋找影響分揀效率的癥結(jié)，本文研究出一種分揀效率最優(yōu)情況下的分揀優(yōu)化策略，以期提高細(xì)標(biāo)一體化分揀線的適應(yīng)性和分揀效率。

一、問題描述

根據(jù)包裝尺寸的不同，可將條煙分為三類：標(biāo)準(zhǔn)煙、標(biāo)準(zhǔn)細(xì)支煙、異型煙。細(xì)標(biāo)一體化分揀線，將標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)細(xì)支煙共線分揀，2018年7月至12月業(yè)務(wù)平穩(wěn)期，細(xì)支煙上線量占上線分揀總量的8%至13%，分揀效率約為30000條/小時。2019年1月第一周業(yè)務(wù)高峰期，日均上線分揀量是平日的2倍，細(xì)支煙上線量占上線分揀總量的16%至20%，分揀效率約為23000條/時，分揀效率下降約30%，訂單滿足設(shè)計要求，但分揀效率無法達(dá)到設(shè)計水平。

二、分揀優(yōu)化策略設(shè)計

1.細(xì)標(biāo)一體化分揀線結(jié)構(gòu)

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)煙與細(xì)支煙共線分揀的全自動化生產(chǎn)線，是實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)煙與細(xì)支煙一體化的自動入庫、自動備貨、自動補貨、自動輸送、自動開箱、自動補給、自動分揀、自動包裝等。

2.約束條件與目標(biāo)值

（1）上線分揀量的限制

每條全自動分揀線X個標(biāo)準(zhǔn)煙倉，x個細(xì)支煙倉，分揀時都是擊打一次出一條煙，那么從煙倉數(shù)量上看，細(xì)支煙分揀量占上線分揀總量的比例p存在限制，其最大值為：

（2）子線分揀能力的限制

根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，每條分揀線標(biāo)準(zhǔn)煙的煙倉出煙速度為每秒y條，細(xì)支煙的煙倉出煙速度為每秒z條。每條標(biāo)準(zhǔn)煙子線每小時可分揀3600×y條，細(xì)支煙子線每小時可分揀3600×z條，因此每條分揀線分揀效率V存在限制，分揀效率最大值為：

（3）件煙補貨能力的限制

標(biāo)準(zhǔn)煙每個子線配置N臺補貨小車，每臺小車每次補1件煙，耗時T秒，每臺小車有效工作時間系數(shù) ，因此補貨能力Q為：

細(xì)支煙一條子線配置n臺補貨小車，每臺小車每次補1件煙，耗時t秒，因此補貨能力q為：

（4）子線協(xié)同限制

根據(jù)分揀線的設(shè)計原理，每條分揀線的每條子線在同一時間只能由一個煙倉出煙，但不同子線間是可以同時出煙的。因此，各子線只有并行作業(yè)、均衡工作，即各子線分揀量相差在10%以內(nèi)，煙倉利用率超過90%時，分揀效率可達(dá)到設(shè)計值。每條分揀線實際標(biāo)準(zhǔn)煙分揀總量為B，包括煙倉數(shù)量相同的I條標(biāo)準(zhǔn)煙子線，每個子線實際分配量為B1，B2，…..BI；細(xì)支煙分揀總量為b，包含煙倉數(shù)量相同的i條細(xì)支煙子線，每個子線實際分配量為b1，b2，……bi則每條標(biāo)準(zhǔn)煙子線任務(wù)量占比和每條細(xì)支煙子線任務(wù)量占比分別為：

實際使用的煙倉數(shù)滿足：

三、實例分析

? 為保證分揀能力達(dá)到設(shè)計水平，即實際運行效率30000條/時，在分揀優(yōu)化時應(yīng)遵循以下原則：

? 細(xì)支煙分揀量占上線分揀總量的20%以內(nèi)，每條標(biāo)準(zhǔn)煙子線理想任務(wù)分配量占上線分揀總量的27%左右。

? 4條子線需要并行工作、均衡作業(yè)，即標(biāo)準(zhǔn)煙各子線的分揀量相差10%以內(nèi)，細(xì)支煙由于只有1條子線，不考慮均衡的問題。

? 標(biāo)準(zhǔn)煙子線補貨效率達(dá)12000條/時，細(xì)支煙子線補貨效率達(dá)4500條/小時。

? 每條標(biāo)準(zhǔn)煙子線每小時可分揀9360條，細(xì)支煙子線每小時可分揀6000條，設(shè)計能力可達(dá)33000條/小時，實際能力可達(dá)30000條/小時。

? 標(biāo)準(zhǔn)煙倉使用數(shù)量應(yīng)為130個以上，細(xì)支煙倉使用數(shù)量應(yīng)為36個以上。

通過分析2019年1月前兩周業(yè)務(wù)高峰期情況，按照理想策略尋找限制效率發(fā)揮的癥結(jié)并調(diào)整分揀線運行策略。調(diào)整后，通過建模檢驗效果。

從各條分揀線的分揀任務(wù)來看，前兩周任務(wù)分配均衡，相差比例在2%范圍內(nèi)，即選擇任意一條分揀線進(jìn)行詳細(xì)分析均具有代表性。

因此，以下數(shù)據(jù)分析均使用1號線作為分析對象。

1.補貨能力分析

從分揀線設(shè)計原則和實際運行情況來看，分揀線的補貨能力要大于分揀能力為宜。對于分揀線標(biāo)準(zhǔn)煙子線，最大補貨能力大于12000條/小時，超過子線分揀能力30%以上，但細(xì)支煙補貨能力為4500條/小時，而分揀能力為6000條/小時，因此細(xì)支煙補貨能力不足。

2.子線均衡情況分析（如表1）

表1 各子線分揀量統(tǒng)計（單位：條）

結(jié)論：從各子線的分揀量分布情況來看，差量與分揀效率負(fù)相關(guān)，第一周的分布極不均勻，最大相差超過30%，不符合要求。

3.煙倉利用率分析（如表2）

表2 煙倉利用率分析

2019年前兩周的訂單結(jié)構(gòu)和平日的訂單結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大不同，表現(xiàn)為品規(guī)數(shù)少，單品銷量大，延用原來的煙倉排布策略造成煙倉利用率很低。

4.單品規(guī)分析

1月3日一號分揀線前10個品規(guī)分揀情況，如表3。

表3 一號分揀線前10個品規(guī)分揀情況

結(jié)論：單品規(guī)銷量大的品規(guī)，如果沒有采用拆多倉的策略，只存在于某條分揀線的一個子線上，除了會影響各子線的均衡外，也間接影響各子線的均衡。

5.優(yōu)化調(diào)整

從以上分析可知，制約分揀線效率的原因是：細(xì)支煙補貨能力不足、各子線不均和標(biāo)準(zhǔn)煙煙倉利用率不高，需逐一優(yōu)化調(diào)整。由于分揀線已經(jīng)建設(shè)完成，我們不可能在設(shè)計方面進(jìn)行大的調(diào)整，只能通過小的改造和控制策略調(diào)整來提升分揀線的適應(yīng)能力，主要從以下幾方面著手：

（1）通過改變細(xì)支煙補貨小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使單次補貨能力從1件提升至2件，雖然單次耗時增加到55秒，但細(xì)支煙整體補貨效率由4500條/時提升至7000條/小時。同時，縮短一下輸送線上緩存數(shù)量，減少對標(biāo)準(zhǔn)煙補貨的干擾。

（2）通過優(yōu)化前預(yù)警，預(yù)留空煙倉，調(diào)整各子線間卷煙品種，對大品規(guī)進(jìn)行分拆等手段均衡各子線分揀量。

（3）對部分銷量大的單品規(guī)拆成多倉，提升標(biāo)準(zhǔn)煙煙倉利用率到90%以上。

6.試驗驗證

為驗證分揀優(yōu)化策略效果，使用分揀廠家提供的Plant Simulation（生產(chǎn)系統(tǒng)仿真）軟件進(jìn)行仿真實驗，使用2019年1月3日至5日一條分揀線的真實訂單數(shù)據(jù)對分揀優(yōu)化策略進(jìn)行檢驗。

7.三次仿真實驗

實驗一：所有輸入條件與當(dāng)時分揀優(yōu)化實際條件完全一致，即保持分揀總量、各子線分揀量、各煙倉分布排列及細(xì)支煙一次補1件等條件， 仿真效率與實際效率差別不大，偏差為2%至10%，結(jié)果可信。一般來說，仿真結(jié)果的可信區(qū)間在80%～95%之間。因此，后續(xù)仿真效率均乘以85%來計算。

實驗二：將細(xì)支煙的補貨方式改為一次補2件，分揀總量、各子線分揀量、標(biāo)準(zhǔn)煙的煙倉分布排列等條件均不變，在只改變細(xì)支煙補貨方式的情況下，仿真結(jié)果有明顯改善，可提升分揀效率15%以上。

實驗三：按照分揀優(yōu)化策略進(jìn)行調(diào)整，將細(xì)支煙的補貨方式改為一次補2件，盡可能將大品規(guī)卷煙拆成多倉分揀，同時對標(biāo)準(zhǔn)煙子線均衡分布，實驗三比實驗二增加了煙倉均衡分布和大品規(guī)拆倉等策略，分揀效率能夠達(dá)到30000條/小時左右，效率提升20%以上，分揀能力達(dá)到設(shè)計目標(biāo)值。

四、結(jié)論

利用本文提出的分揀優(yōu)化策略能夠解決細(xì)標(biāo)一體化分揀線產(chǎn)能發(fā)揮不充分的問題，在不可能對分揀線作業(yè)流程進(jìn)行大改動的情況下，通過研究給出上線分揀量限制、補貨能力要求和協(xié)同限制的數(shù)學(xué)模型。以北京煙草物流中心為對象，提出了優(yōu)化調(diào)整方案，并選取3天真實訂單進(jìn)行仿真驗證，結(jié)果表明：當(dāng)滿足上線分揀量限制、補貨能力要求和協(xié)同限制的要求時，分揀線效率可達(dá)設(shè)計水平。