卷煙全品規(guī)自動分揀解決方案分析

文/陳向輝

國內煙草商業(yè)物流配送中心多數(shù)為十年前規(guī)劃建設，隨著近年來卷煙銷量的不斷增加，同時卷煙銷售品種及異型煙所占比例不斷上升，現(xiàn)有分揀設備無法支撐卷煙全品規(guī)投放，無法有效滿足消費者個性化、多樣化的需求。針對以上問題，亟待引入創(chuàng)新技術方案對配送中心進行改造。本文以唐山市公司卷煙物流配送中心技改項目為例，介紹了全品規(guī)自動分揀解決方案的實現(xiàn)方法與技術創(chuàng)新點。

一、改造必要性

唐山市公司卷煙物流配送中心于2008年5月施工，2009年11月投入使用。承擔著全市卷煙的倉儲、分揀、配送任務。倉儲區(qū)，采用自動化立體高架庫存儲模式，分為3條巷道，9層73列貨架，高21米，縱深87米，有3942個托盤位，最大儲量為11.6萬件。備貨區(qū)，占地700平方米，采用吊裝式重力貨架設計，共有44個倉道，其中3個是混合倉道，每個倉道能存儲卷煙35件，件煙庫最大存儲能力為1540件，日均容納常規(guī)煙約為80～90種。分揀區(qū)，原有3條半自動全品規(guī)分揀線，單條分揀線綜合效率12000條/小時左右。

該配送中心改造升級的必要性體現(xiàn)在四個方面：

1.設備老化，故障多發(fā)

高架庫運行12年，未進行任何改造升級，堆垛機、穿梭車、輸送機等設備故障頻發(fā)，軌道磨損嚴重，停位故障較多，大大降低了設備的運行效率，進而影響出入庫效率。

2.全品規(guī)分揀改造不徹底、不全面

3條半自動分揀線雖然實現(xiàn)了全品規(guī)分揀包裝，但主要是基于老線改造實現(xiàn)的，存在煙倉配備不夠、分布不合理、適應銷售結構變化能力較差、作業(yè)環(huán)節(jié)復雜、沒有形成統(tǒng)一的系統(tǒng)等問題，導致用人過多，加之主線老化嚴重，補貨小車、煙倉、主線故障頻發(fā)，分揀效率不夠穩(wěn)定，波動較大。隨著卷煙銷量的不斷增加及供給側改革的不斷深入，卷煙銷售品種及異型煙所占比例將進一步增加，現(xiàn)有分揀設備無法支撐卷煙全品規(guī)投放，無法有效滿足消費者個性化、多樣化的需求，嚴重制約了卷煙經(jīng)營的新需求。

3.備貨模式不匹配，無異型煙備貨補貨系統(tǒng)

全品規(guī)分揀改造前，備貨環(huán)節(jié)與分揀模式已不匹配，常規(guī)煙備貨設有44個倉道的件煙庫，異型煙備貨仍需集中時間備貨，采用人工操作出庫、人工分揀領用掃碼等作業(yè)，存在備貨差錯率高、掃碼不準確等情況。而且由于異型煙占比較高，分揀量較大，分揀區(qū)需存放過多的異型煙，現(xiàn)場混亂，易出現(xiàn)分揀差錯。受異型煙分揀待分區(qū)場地限制，部分異型煙仍需存放在待分區(qū)以外，需在分揀過程中人工往返搬運。因此，異型煙備貨需專門設置6人備貨組進行異型煙備貨作業(yè)、2人出庫分揀領用掃碼作業(yè)和3人分揀過程中補貨作業(yè)，人員需求多，搬運作業(yè)量大。

圖1 改造后的配送中心效果圖

圖2 備貨道

圖3 件煙多穿庫

圖4 分揀線布置

4.自動化程度較低

改造前，入庫作業(yè)采用的是人工碼垛入庫方式；出庫作業(yè)采用的是人工拆盤出庫方式；開箱補貨采用的是人工開箱補貨方式。

二、改造內容

該項目技改方案主要包括以下方面：

1.倉儲區(qū)改造

（1）新增自動拆碼盤裝置，更新堆垛機，提升自動化水平；

（2）適當增加備貨道，增加大品規(guī)標準煙、細支煙、中支煙、短支煙的備貨量，滿足后續(xù)全品規(guī)分揀的需求；

（3）建立儲分一體系統(tǒng)的多穿庫，具備小品規(guī)卷煙及異型煙的自動備貨功能，實現(xiàn)全品規(guī)卷煙的自動備貨。

2.分揀線改造

對原有聯(lián)合工房分揀區(qū)進行改造，建設2條可適應全品規(guī)分揀的高速分揀線，單線實際分揀效率達到25000條/小時。

3.相關輔助配套設備設施建設

為保證升級改造后的分揀設備性能及運行穩(wěn)定性，對相關的強、弱電線路進行梳理，針對網(wǎng)絡傳輸進行重新規(guī)劃；根據(jù)新增分揀設備的用氣要求對氣動管路進行改造，保證設備安裝調試期間分揀順利進行；對現(xiàn)有重力式備貨架電控及調度系統(tǒng)進行升級更換，實現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一性。

4.信息系統(tǒng)建設

建立起一套與分揀系統(tǒng)配套的信息化、數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡化、可視化、柔性化的信息系統(tǒng)，為實現(xiàn)與全省統(tǒng)一建設的智慧物流平臺對接做好前期準備工作。

本次改造項目從卷煙入庫到發(fā)貨各環(huán)節(jié)都能夠實現(xiàn)全品規(guī)卷煙處理，特別是提供了完整的全品規(guī)卷煙共線高速自動分揀解決方案，符合中煙發(fā)展戰(zhàn)略，具有行業(yè)示范推廣意義。

三、實現(xiàn)全品規(guī)分揀改造措施及特點

分揀系統(tǒng)是該技改項目的重中之重。本次改造提供了完整的全品規(guī)解決方案，從卷煙入庫到發(fā)貨各環(huán)節(jié)都能夠實現(xiàn)全品規(guī)卷煙處理。各區(qū)域全品規(guī)處理改造措施如下：

1.入庫區(qū)

采用自動碼盤+人工碼盤相結合的方式，用于標準煙和部分細支煙、中支煙和短支煙碼盤，小品規(guī)卷煙及異型煙通過人工碼盤入庫，實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙自動碼盤入庫。

2.出庫區(qū)

采用自動拆盤+人工拆盤相結合的方式，用于標準煙和部分細支煙、中支煙和短支煙拆盤，小品規(guī)卷煙及異型煙通過人工拆盤出庫，實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙自動拆盤出庫。

3.儲分一體區(qū)

采用備貨道+多穿庫模式，備貨道負責標準煙、細支煙中銷量較大的品規(guī)備貨，多穿庫采用寬度可調多層穿梭車，負責小品規(guī)卷煙及異型煙的備貨，實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙自動備貨。

圖5 條煙臥式分揀機

圖7 條煙皮帶線

4.分揀區(qū)

配置了2條全品規(guī)分揀線，單線實際分揀能力≥25000條/小時。全品規(guī)分揀線包含完整的全品規(guī)解決方案，采用自動開箱機系統(tǒng)、條煙補貨小車、條煙臥式分揀機、條煙立式分揀機、全品規(guī)自動包裝機，實現(xiàn)標準煙、短支煙、細支煙和中支煙共線開箱、共線補貨、全品規(guī)共線分揀、在線自動打碼、自動合單、自動包裝、自動貼標。同時，充分考慮現(xiàn)有分揀場地實際情況，通過搭建平臺的方式，將臥式機置于平臺上方，立式機、包裝機置于平臺下方，提高空間利用率。系統(tǒng)采用多層子線并行分揀的方式，可以按訂單實現(xiàn)多品種、多頻次、小批量的分揀，并實現(xiàn)在線自動合單、自動打碼、自動包裝、自動貼標的功能。

圖8 全品規(guī)劃箱機

圖9 細支煙、中支煙開箱機

圖10 全品規(guī)卷煙包裝機

5.劃、開箱環(huán)節(jié)

分揀線配置的自動劃箱機與自動開箱機具備兼容功能，可滿足標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規(guī)卷煙的自動開箱需求。其余小品規(guī)卷煙及異型煙在鋼平臺下方的立式煙倉分揀，由人工完成開箱補貨作業(yè)。

6.包裝環(huán)節(jié)

每臺包裝機包含2個入口（1個入口采用自動翻板堆疊，1個入口采用推桿自動堆疊），采用了預堆疊合單策略，即一個通道采取翻板疊煙的方式自動堆疊標準煙、細支煙，另一個通道采取推桿自動疊煙的方式自動堆疊中支煙、短支煙和異型煙。臥式機分揀的標準煙和細支煙經(jīng)打碼后，由鋼平臺上輸送至下層分揀線進入包裝機標翻板疊煙工位；臥式機分揀的中支煙和短支煙經(jīng)打碼后，由鋼平臺上輸送至下層分揀線側堆疊煙工位。從而實現(xiàn)全品規(guī)卷煙共線分揀、獨立堆疊、在線合單包裝的分揀需求，減少設備重復投資，降低項目建設成本。基本實現(xiàn)零售戶所訂卷煙“一包煙”包裝。

本次改造通過應用成熟的條煙分揀技術，建立了一個數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡化、可視化、柔性化的智能分揀系統(tǒng)，在保證分揀差錯率、破損率符合行業(yè)要求的前提下，整合分揀設備資源，將分揀效率提升到50000條/小時（2條全品規(guī)分揀線），提高分揀設備利用率和效率，提升分揀準確性，極大降低工人勞動強度，減少分揀用工數(shù)，解決設備老化、設備配置與品規(guī)增長不匹配等問題，使作業(yè)現(xiàn)場清晰、簡潔、有序、高效。

四、技術創(chuàng)新點

（1）全品規(guī)總體方案設計創(chuàng)新

該方案借助大數(shù)據(jù)分析，研究異型煙與標準煙的特征差異與共性特征，不同卷煙混包的虛擬垛形設計，全品規(guī)共線分揀效率影響與補償技術，共線分揀對裝備技術創(chuàng)新的需求等。在大量研究計算及仿真評估驗證的基礎上，確定了最終解決方案。該方案保證了分揀系統(tǒng)、備貨系統(tǒng)和出入庫系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)均能夠實現(xiàn)全品規(guī)卷煙共線自動化處理，且保證效率不受影響。

（2）提高備貨能力與兼容設計

采用備貨道+多穿庫的備貨模式，備貨道負責標準煙、細支煙中銷量較大的品規(guī)備貨，多穿庫采用寬度可調多層穿梭車，負責小品規(guī)卷煙及異型煙的備貨。該模式實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙的自動備貨功能。補貨時，從備貨系統(tǒng)出口提前分道，為每條分揀線都設置獨立的補貨線，補貨線之間互不牽扯，大大提高了補貨的能力。

（3）全品規(guī)智能卷煙補貨小車創(chuàng)新

兼容標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規(guī)卷煙補貨小車需要解決不同品規(guī)卷煙的感知判斷，根據(jù)感知信息自動調整垛煙夾持位置、補煙停車位置及相關機構的自適應動作，還要具備自診斷與異常處理能力。另外，小車采用條碼行走定位，不僅可實現(xiàn)小車與煙倉準確對位，還可實現(xiàn)一線多車，鄰車交叉協(xié)同補貨，使補貨一組小車都能發(fā)揮到最佳效能。與之前的每個小車對應固定補貨煙倉相比，不僅補貨能力提升幅度很大，還降低了某臺車發(fā)生故障時對系統(tǒng)的影響風險。

（4）全品規(guī)智能開箱系統(tǒng)創(chuàng)新

分揀線配置的自動劃箱機與自動開箱機具備兼容功能，可根據(jù)系統(tǒng)信息自動調整開箱位置及相關機構的自適應動作，滿足標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規(guī)卷煙的自動開箱需求。

（5）提高自動化程度，減少用工

改造完成后出入庫區(qū)、備貨區(qū)、分揀區(qū)均實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙的自動處理，自動化程度的提升有效減少了作業(yè)人員數(shù)量。

（6）系統(tǒng)的人性化設計

分揀系統(tǒng)人員崗位配置合理，人員分工明確。分揀系統(tǒng)設備配置和崗位設置均充分考慮到人機有機結合，既考慮到系統(tǒng)的先進性，又考慮到系統(tǒng)的實用性和經(jīng)濟性，同時還考慮到人員操作的方便性和難易程度。此外，還考慮到人員的安全防護措施，系統(tǒng)操作和維護的便利性，以及設備運行的安全性。

（7）系統(tǒng)診斷及糾錯技術

本方案通過系統(tǒng)設計及強大的軟件診斷及糾錯技術，能及時復核環(huán)節(jié)之間交接的準確性，讓局部故障及時發(fā)現(xiàn)，快速解決，保障系統(tǒng)效率和準確率。

本次改造通過應用成熟的條煙分揀技術，建立了一個數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡化、可視化、柔性化的智能分揀系統(tǒng)，在保證分揀差錯率、破損率符合行業(yè)要求的前提下，整合分揀設備資源，將分揀效率提升到50000條/小時。

五、行業(yè)借鑒意義

（1）卷煙全品規(guī)共線高速自動分揀開創(chuàng)了卷煙物流分揀領域的新模式，符合中煙發(fā)展戰(zhàn)略，具有示范推廣意義。

圖11 智能卷煙補貨小車

近年來，中支卷煙品類熱度持續(xù)升溫，市場規(guī)?？焖贁U張，產品形態(tài)不斷豐富。發(fā)展中支卷煙是促進卷煙品牌建設，提高我國卷煙核心競爭力的重要舉措?？梢灶A見未來幾年，中支卷煙升級創(chuàng)新將作為推動中式卷煙發(fā)展新的增長點，實現(xiàn)中支卷煙創(chuàng)新升級已經(jīng)迫在眉睫。

（2）總體解決方案及多項關鍵技術的突破對行業(yè)卷煙分揀技術發(fā)展奠定了基礎，對支撐卷煙高速發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

異型煙條煙因外形多樣，造成與普通標煙分揀機不兼容，煙姿控制難，上打碼方式不適應，全品規(guī)卷煙共線自動開箱，保證25000條/小時的分揀效率等一系列技術難題需要突破。為了達到這一目標，首先是做好全品規(guī)分揀總體技術方案，從頂層設計上保證方案先進合理高效，優(yōu)化總體工藝流程方案和系統(tǒng)集成方案，達到事半功倍的效果。通過柔性自動開箱系統(tǒng)、智能條煙兼容補貨小車、全品規(guī)智能開箱系統(tǒng)、柔性臥式分揀機、復合包裝機等多項技術攻關和裝備創(chuàng)新升級，實現(xiàn)了全品規(guī)卷煙共線開箱、共線補貨、共線分揀、在線打碼、在線自動合單、自動合包、自動貼標的系統(tǒng)功能要求。

（3）節(jié)能降耗效果明顯，實現(xiàn)綠色物流理念。

在系統(tǒng)設計上，尋求效率和能耗的最佳平衡。通過對物流動線的優(yōu)化，使其更順暢簡潔，避免了不必要的等待和無效搬運，提高了件煙備貨效率。

通過輸送線積放段控制設計，不僅解決了件煙緩存和柔性輸送功能，還實現(xiàn)了任意積放段閑時自動休眠節(jié)電的效果。驅動機電元件盡可能采用節(jié)能型，多方面降低電能消耗。