煙絲儲運系統(tǒng)的升級改造

□ 于德福，孟慶華，文銀地，郭元盛

(1.頤中(青島)煙草機械有限公司,山東 青島 266012;2.山東中煙工業(yè)有限責任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500;3.頤中煙草(集團)有限公司,山東 青島 266012)

煙絲儲運系統(tǒng)在卷煙廠制絲車間和卷包車間之間起著承上啟下的作用，負責制絲車間成品絲的存儲及半成品絲的摻配，同時要滿足卷包車間成品煙絲的供應(yīng)。因此，煙絲儲運系統(tǒng)是卷煙智能生產(chǎn)的重要組成部分[1]。隨著物流行業(yè)技術(shù)系統(tǒng)的不斷革新，煙草物流系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計、物流設(shè)備、控制系統(tǒng)開發(fā)及軟件系統(tǒng)開發(fā)等方面均需要進行優(yōu)化和升級[2]。此外，煙絲儲運系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致整個卷煙生產(chǎn)車間停線[3]，因此對煙絲儲運系統(tǒng)的升級改造是實現(xiàn)卷煙智能生產(chǎn)的重點。針對此問題，郭天文[4]提出平庫箱式煙絲庫物流自動化系統(tǒng)的解決方案；楊文杰等[5]提出全箱式無貨架立體倉庫的貨位分配策略；張雄杰[6]從多規(guī)格煙絲箱式儲存的角度設(shè)計了自動化倉庫，采用煙絲箱最多4層堆疊的形式，用于自動儲存成品煙絲與半成品煙絲；王芳等[7]從路徑優(yōu)化和庫位優(yōu)化兩方面實現(xiàn)煙絲庫生產(chǎn)效率的提升。上述對煙絲儲運系統(tǒng)的研究多為單一流程的優(yōu)化思路或改善流程，未能從煙絲儲運系統(tǒng)的整個流程提出具體技術(shù)實現(xiàn)方法。為此，以濟南卷煙廠煙絲儲運系統(tǒng)升級改造項目為對象，設(shè)計了整個系統(tǒng)的全流程解決方案，以實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化與柔性化。

1 問題分析

現(xiàn)有每個貯絲柜的貯量為12000kg，對大牌號、大批量的煙絲生產(chǎn)比較適宜。由于生產(chǎn)批量的原因，小牌號煙絲會長時間占用部分的貯絲柜，影響了貯絲柜在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的使用效率，給生產(chǎn)組織帶來較大難度，制絲生產(chǎn)線經(jīng)常出現(xiàn)等貯絲柜的現(xiàn)象，制絲能力得不到有效發(fā)揮[8-9]。

現(xiàn)有的煙絲摻配庫僅用來儲存膨脹煙絲和中式線煙絲。膨脹煙絲摻配量在各品牌中差別較大，為保證膨脹煙絲的集中生產(chǎn)，重點保證膨脹煙絲200000kg的存儲要求，但對物流輸送能力要求不高。中式線生產(chǎn)能力為2000kg/h，主要的生產(chǎn)任務(wù)是為雪茄型卷煙生產(chǎn)煙絲，批量生產(chǎn)的煙絲儲存在摻配庫內(nèi)，隨著雪茄型卷煙的生產(chǎn)需求逐漸調(diào)用，對物流輸送能力要求也在降低。隨著品牌加工需求的不斷變化，現(xiàn)有的煙絲摻配庫利用率嚴重不足，僅能達到10%，同時整個系統(tǒng)的物流能力也不能滿足生產(chǎn)的要求，經(jīng)常產(chǎn)生出入庫錯時生產(chǎn)的情況，嚴重影響了生產(chǎn)調(diào)度。因此為解決這一問題，煙絲儲運系統(tǒng)的升級改造已迫在眉睫。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 項目設(shè)計原則

充分利用企業(yè)現(xiàn)有資源，帶動生產(chǎn)要素的合理流動，使企業(yè)資源得到優(yōu)化配置和充分利用。具體而言，結(jié)合項目建設(shè)目標的需要，項目組在前期方案的制定中明確以下規(guī)則：

①煙絲儲運系統(tǒng)升級改造在現(xiàn)有的聯(lián)合工房制絲車間內(nèi)完成，保障聯(lián)合工房的原有結(jié)構(gòu)、建筑面積及外立面不變。

②按模塊化、柔性化、數(shù)字化的設(shè)計原則，利用原聯(lián)合工房的空間，不破壞制絲車間原有的工藝布局。

③保持原有制絲車間的功能區(qū)域劃分，不改變消防分區(qū)。

④在項目實施過程中，要保證制絲生產(chǎn)的正常運行，保障空壓、配電、給排水及消防等公用配套設(shè)施的正常功能。

2.2 項目總體方案

煙絲儲運系統(tǒng)升級改造項目以提高經(jīng)濟效益為中心，采用現(xiàn)代化物流技術(shù)，按照“系統(tǒng)化設(shè)計、智能化控制、精細化加工、數(shù)字化管理”的要求進行設(shè)計，全面提升濟南卷煙廠的物流裝備技術(shù)水平。

①解決原有煙絲摻配庫堆垛機能力不足的問題。采用煙絲箱雙箱堆疊方式，見圖1。堆垛機一次可搬運2個箱子，提升摻配庫的出入庫能力，滿足現(xiàn)有的流量需求[10]。

圖1 煙絲摻配庫實物圖

②為更好地適應(yīng)物流系統(tǒng)的需求，采用移動式翻箱機帶蓋翻箱的模式，見圖2。翻箱動作更平緩，翻箱位置更加靠近喂料倉，能夠有效減少煙絲造碎及揚塵。移動式翻箱機采用“一對多”的方式，一臺移動式翻箱機對應(yīng)多個喂料倉，增加了系統(tǒng)的靈活性，同時可避免一臺翻箱機出現(xiàn)故障影響對應(yīng)的卷接機生產(chǎn)[11]。

圖2 移動式翻箱機實物圖

③在整個物流系統(tǒng)中，煙絲箱保持帶蓋流轉(zhuǎn)，密封性更好，有效解決不帶蓋的煙絲箱在輸送中易揚塵、受污染和串味的問題。

④采用兩點裝箱方式，見圖3。每個煙絲箱經(jīng)過兩次裝料過程，煙絲箱從第一裝箱工位輸送至第二裝箱工位的過程中，能自行沉降，消除波峰，實際裝箱量能較好的適配預(yù)設(shè)裝箱量。

圖3 裝箱系統(tǒng)實物圖

⑤采用機器人加視覺的模式清掃煙絲箱，保證箱底和側(cè)壁均被清掃，見圖4。視覺系統(tǒng)用于探測和識別清理后的煙絲箱是否干凈，每箱殘余煙絲量不超過10g。

圖4 機器人視覺清掃系統(tǒng)實物圖

⑥采用3D可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，見圖5。以實時的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，采用3D建模技術(shù)、可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實動畫技術(shù)與自動化技術(shù)結(jié)合而成的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合真實環(huán)境，按1∶1比例進行建模，直觀展示物流狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及倉儲信息。

圖5 3D可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)

3 應(yīng)用效果

為充分發(fā)揮現(xiàn)有制絲線的生產(chǎn)能力，滿足摻配及貯絲各環(huán)節(jié)的工藝加工和生產(chǎn)調(diào)度要求，煙絲儲運系統(tǒng)升級改造項目根據(jù)功能劃分和工藝流程進行了規(guī)劃，包括煙絲裝箱入庫、煙絲翻箱摻配、煙絲箱清掃、回收煙絲入庫及抽檢等工藝流程。

3.1 煙絲裝箱入庫

煙絲裝箱需要的空煙絲箱從緩存區(qū)輸送至裝箱系統(tǒng)的去蓋工位，供煙絲裝箱使用。當空箱緩存區(qū)空箱數(shù)量不足時，系統(tǒng)從立體庫中調(diào)出空箱組，輸送至拆箱工位，由夾抱合分機將雙箱拆分為單個空箱并輸送至裝箱系統(tǒng)的去蓋工位，供煙絲裝箱使用。

計算機管理系統(tǒng)將品牌、批次總重等信息發(fā)送給裝箱系統(tǒng)，下達裝箱任務(wù)。采用兩點裝箱的方式，煙絲經(jīng)皮帶機輸送到縱向布料機，再由縱向布料機將煙絲均勻地布在橫向布料機進行裝箱，當裝滿一箱后，通過橫向布料車往復(fù)鋪料切換到另一裝箱工位繼續(xù)裝箱。

裝箱完成后，裝箱系統(tǒng)將煙絲的重量信息傳給計算機管理系統(tǒng)。煙絲箱輸送至疊箱工位，由夾報合分機將兩箱堆疊，RFID讀寫器將煙絲重量、品規(guī)等信息寫入RFID中。RFID信息讀寫錯誤的煙絲箱送到人工處理站臺進行處理。

煙絲箱輸送至立體庫區(qū)前，進行外形檢查、RFID信息讀取和條碼識別。外形檢查不合格的煙絲箱送到人工處理站臺進行處理，同時將RFID信息和條碼信息進行比對，信息錯誤的煙絲箱送到人工處理站臺進行處理。正確的煙絲箱，送至立體庫進行存儲。

3.2 煙絲翻箱摻配

根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度指令，計算機調(diào)度系統(tǒng)下達出庫任務(wù)，堆垛機將煙絲箱取出并送至出庫站臺。煙絲箱輸送至主線時，RFID讀寫器讀取煙絲箱RFID信息，條碼識別器讀取條碼，并進行第一次信息比對校驗。校驗合格的煙絲箱送至翻箱緩存通道，同時RFID讀寫器讀取RFID信息，進行第二次信息校驗，校驗合格的煙絲箱送到移動式翻箱機夾抱工位，確認到位后移動式翻箱機先夾抱上箱，將煙絲倒入喂料倉后再將空箱送至空箱回庫站臺。然后再夾抱下箱，將煙絲倒入喂料倉后將空箱送至空箱回庫站臺，實現(xiàn)空箱兩箱堆疊，空箱碼完后將任務(wù)信號反饋給輸送系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)將空箱單元送至清掃流程。校驗不合格的煙絲箱送到人工處理站臺進行處理。

摻配煙絲(膨脹絲、薄片絲、回收絲等)從喂料倉送出，經(jīng)皮帶輸送機、計量管、電子皮帶秤按摻兌比例送到對應(yīng)的制絲主線，完成煙絲摻配。摻配完成的煙絲經(jīng)加香機、水分儀后，由皮帶輸送機送到貯絲柜進行存儲。

3.3 煙絲箱清掃

堆疊好的空箱單元經(jīng)鏈式輸送機送至機器人清掃系統(tǒng)，機器人把空箱抱起，進行去蓋、翻箱清掃，最后通過視覺系統(tǒng)識別清理后的煙絲箱是否干凈。合格的空煙絲箱加蓋后，由機器人放至輸送線上，不合格的繼續(xù)清掃。

清掃完的單個空箱優(yōu)先送到空箱緩存區(qū)，供煙絲裝箱使用?？障渚彺鎱^(qū)存滿時，清掃完的空箱堆疊成兩箱，空箱單元則送到立體庫存儲。

3.4 回收煙絲入庫

回收煙絲需要空箱時，空箱單元從立體庫調(diào)出，送到機器人清掃緩存工位，由機器人進行拆箱，將堆疊的煙絲箱拆成單個煙絲箱，再把箱蓋放到箱蓋緩存站臺，然后將空箱輸送到空箱供給站臺，由人工叉車搬運供回收煙絲裝箱使用。

回收煙絲箱入庫時，由人工叉車搬運到處理站臺，進行稱重并將信息寫入RFID。機器人從箱蓋緩存站臺取下箱蓋，給回收煙絲箱加蓋，然后輸送至立體庫存儲。

3.5 煙絲抽檢

系統(tǒng)下達抽檢指令，堆垛機從立體庫取出煙絲箱，輸送到機器人清掃緩存工位，機器人拆箱，將堆疊的煙絲箱拆成單個煙絲箱，然后機器人把箱蓋放到箱蓋緩存站臺，煙絲箱輸送到人工處理站臺進行檢查。檢查核對結(jié)束后，機器人從給抽檢煙絲箱加蓋，然后經(jīng)輸送線送至立體庫存儲。

另外，煙絲儲運系統(tǒng)升級改造項目是基于3D可視化的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，可直觀展示整個系統(tǒng)的物流狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及倉儲信息等。同時，還可模擬生產(chǎn)設(shè)備及場景，對各種突發(fā)情況進行安全演練；設(shè)計安全教育課程，進行互動式的安全培訓(xùn)。

4 結(jié)論

經(jīng)過一年多的項目實施，濟南卷煙廠煙絲儲運系統(tǒng)升級改造項目已順利投入運行。在滿足山東中煙品牌加工工藝要求的同時，提高了卷煙生產(chǎn)線的加工能力和自動化程度。結(jié)果表明：改造后系統(tǒng)的出入庫能力達到170次/小時，有效提高了出入庫效率；采用6巷道立體庫存放，可儲存3348個煙絲箱，大大提高了空間利用率；同時機器人的清掃能力達到45箱/小時，改造后的煙絲儲運系統(tǒng)能夠滿足制絲生產(chǎn)的出入庫需求，保障物流不中斷，徹底解決了儲供絲環(huán)節(jié)的生產(chǎn)瓶頸問題。