異標共線卷煙一體化柔性高速分揀技術(shù)應(yīng)用研究

成 銘姜德順

(山東青島煙草有限公司物流中心,山東 青島 266101)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,卷煙市場呈現(xiàn)出個性化發(fā)展,異型卷煙異軍突起。2016 年以來,全國異型卷煙日分揀量和品規(guī)數(shù)出現(xiàn)爆發(fā)式增長,年均增幅50%以上。由于細支煙和異型煙銷量逐年增加,對于智慧分揀領(lǐng)域貫徹綠色循環(huán)、可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展理念具有實際意義[1]。根據(jù)當前發(fā)展形勢及資料顯示,今后一段時期,煙草工業(yè)企業(yè)的異型卷煙品牌創(chuàng)新會越來越多,產(chǎn)量會越來越大,且增速會越來越快[2],異型卷煙已成為了煙草行業(yè)未來發(fā)展新的增長點。然而異型卷煙的快速發(fā)展,使傳統(tǒng)手工分揀模式存在的分揀效率低、差錯高、包裝難、人工強度大和分揀成本增加等問題日益突顯,已不能滿足快速增長的異型卷煙分揀需求,極大地制約著煙草商業(yè)企業(yè)卷煙分揀配送效率的提升和服務(wù)水平的提高,制約著品牌創(chuàng)新發(fā)展的步伐。近年來,為尋找資源配置和運作成本的最佳組合,許多學者對分揀布局進行了深入研究。針對武漢煙草配送中心原異型煙分揀線的不足,王波等人[3]采用計劃、執(zhí)行、檢查和處理(plan,do,check,action,PDCA)循環(huán)方法,提出了新的異型煙分揀系統(tǒng)方案,保證了新異型煙分揀系統(tǒng)的整體目標效果,提升了異型煙分揀線的各項能力指標,降低了分揀差錯率;連小嫚等人[4]研發(fā)了異型卷煙通用型分揀機系列產(chǎn)品,可以滿足用戶未來擴大生產(chǎn)的實際需求;徐智等人[5]通過對衡陽市公司訂貨件數(shù)、貨品種類、數(shù)量(entry,item,quantity,EIQ)等銷售數(shù)據(jù)的分析,對原有電子標簽揀選工藝流程進行改進,設(shè)計了一種半自動異型煙分揀系統(tǒng);閆厚強等人[6]以電子標簽輔助人工分揀線為基礎(chǔ),對擋煙裝置、擺動裝置、碼垛滑臺裝置、異型控制程序(programmable logic controller,PLC)等進行技術(shù)研發(fā),實現(xiàn)了細支卷煙與標準卷煙共線分揀疊包;龐黨青等人[7-8]將電子標簽、立式分揀機、自行設(shè)計的條煙預(yù)分揀裝置和堆疊包裝裝置有效集成,利用分揀設(shè)備技術(shù)和PLC編程設(shè)計進行系統(tǒng)控制,實現(xiàn)了設(shè)備故障自檢。后又通過對卷煙物流分揀、包裝設(shè)備功能和單機作業(yè)效率的研究,采用模塊化布局、獨立式分揀的方法,較好解決了條煙外觀尺寸差異對分揀和包裝效率的影響;馬學成等人[9]通過對異型煙分揀包裝關(guān)鍵技術(shù)進行分析,研制出異型煙自動拆箱機、自動補煙穿梭車、組合式分揀機等設(shè)備,解決了異型煙自動化高速分揀包裝存在的問題。煙草行業(yè)物流部門要解決異型卷煙分揀包裝效率提升問題,異型卷煙分揀效率提速勢在必行。基于此,本文以山東青島煙草有限公司為例,對異標共線卷煙一體化柔性高速分揀技術(shù)進行研究,設(shè)計研發(fā)了一套異標共線卷煙一體化柔性高速分揀系統(tǒng),該系統(tǒng)解決了異型卷煙分揀問題。該研究對我國煙草物流分揀行業(yè)的發(fā)展具有積極的影響。

1 卷煙分揀工藝

標準條煙尺寸規(guī)格為:(270～286)mm×(86～90)mm×(44～49)mm,如果與此有異,則屬于異型包裝卷煙,簡稱“異型卷煙”[10]。在卷煙生產(chǎn)過程中,存在不同長度、寬度、厚度、材料、質(zhì)量等特性的異型卷煙[11]。被人們所熟知的國外雪茄煙就屬于異型煙,而中國所生產(chǎn)的異型煙包括中支煙、細支煙、短支煙、爆珠煙及各種雪茄煙。由于異型卷煙分揀效率已無法滿足當前的生產(chǎn)及銷售需求,嚴重影響送貨作業(yè)效率,導致客戶滿意度下降[12]。

本文以山東青島煙草有限公司為例,根據(jù)煙草行業(yè)的需求及物流的發(fā)展現(xiàn)狀,對異標共線卷煙一體化柔性高速分揀技術(shù)進行研究,提出了“異標共線”分揀模式。即成品卷煙運送到物流中心進入立庫區(qū),從立庫區(qū)取煙進行分揀作業(yè)。分揀作業(yè)一般包含供煙環(huán)節(jié)、分揀環(huán)節(jié)和包裝環(huán)節(jié)3部分。供煙環(huán)節(jié)主要包括煙箱出庫掃碼、拆箱和補煙3部分;分揀環(huán)節(jié)主要包括分揀和打碼;包裝環(huán)節(jié)主要包括堆垛、包裝和貼標[13]。立庫區(qū)如圖1所示,異型卷煙存儲區(qū)如圖2所示。

圖1 立庫區(qū)

圖2 異型卷煙存儲區(qū)

為解決全品規(guī)煙分揀存在的問題,山東青島煙草有限公司成立項目組,對異型煙自動化高速分揀技術(shù)進行研究,通過技術(shù)調(diào)研及探討分析,解決異型煙分揀存在的問題,實現(xiàn)全品規(guī)煙的高效快速分揀。卷煙分揀工藝流程如圖3所示。

圖3 卷煙分揀工藝流程

2 主要技術(shù)

2.1 智能柔性分揀技術(shù)

考慮到訂單結(jié)構(gòu)、戶均條數(shù)、分揀效率等問題,構(gòu)建“三模四類”全品規(guī)卷煙柔性分揀模式(“三?！奔?個分揀模塊,每個分揀模塊由立式分發(fā)機和輸送機組成;“四類”即標準煙、細支煙、中支煙、異型煙4個卷煙類別),組合出18種細化的分揀方案,18種細化分揀方案如表1所示。

表1 18種細化分揀方案

根據(jù)自主研發(fā)的排程軟件,對當日卷煙總訂單數(shù)、用工數(shù)量、作業(yè)時間、設(shè)備日均有效作業(yè)率等因素進行綜合數(shù)據(jù)分析,從而匹配出最優(yōu)分揀方案,高效提升分揀效率[14],并制定塔式分揀工作標準操作規(guī)程(standard operating procedure,SOP),塔式分揀工作SOP如圖4所示。進一步規(guī)范各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)操作規(guī)程,改造后,預(yù)計分揀效率達到23 000條/h。智能柔性分揀技術(shù),提高了分揀模式的兼容性。

圖4 塔式分揀工作SOP

2.2 分類分揀自動化技術(shù)

自動分揀采取臥式煙倉與立式煙倉的復(fù)合分揀方式。按照分類處理、分段合并和統(tǒng)一合單原則,各批次內(nèi)訂單拆分為臥式分揀機分揀部分和立式分揀機分揀部分,通過立式分揀線與臥式分揀線自動分揀、激光打碼、自動包裝及自動貼標等,實現(xiàn)了不同包裝規(guī)格卷煙的自動化分揀[15]。為減少包裝等待時間,實現(xiàn)不間斷供煙,將分揀模塊立式機的布局方式由單層調(diào)整為上下兩層,每層各設(shè)置4組立式分發(fā)機,實現(xiàn)同一訂單雙層同步出煙,較單層出煙效率提升一倍;創(chuàng)新配置臥式煙倉是行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先運用高速臥式煙倉分揀細支卷煙,將異型煙分揀效率提升至9 700條/h,突破了細支卷煙分揀效率的瓶頸,實現(xiàn)了全品規(guī)分揀自動化。臥式煙倉如圖5所示,立式煙倉如圖6所示。

圖5 臥式煙倉

圖6 立式煙倉

2.3 打碼系統(tǒng)設(shè)計

由于異型煙高度不一致,采用頂部打碼需要隨時對激光打碼頭與條煙表面的間距進行調(diào)整,效率低、通用性不高,如果遇到較薄的異型煙,側(cè)面打碼會造成打碼失敗。底部打碼對異型煙在傳輸帶上的位置有較高的要求,如對較短的異型煙進行底部打碼成功率會受限。通過對3種打碼方式進行分析,底部打碼更加適合異型煙,所有的條煙在進行打碼時均處在同一平面,無需調(diào)整激光探頭的位置,只要保證條煙處在傳送帶上即可[16]。若在分揀完成后,條煙的某一側(cè)在傳輸過程中均貼著皮帶一側(cè),那么在最小長度條煙的中心線位置,采用底部打碼的方式對條煙進行打碼,可保證每條條煙均被準確打碼,從而解決打碼準確性問題[17]。條煙打碼如圖7所示,分揀線設(shè)備打碼系統(tǒng)如圖8所示。

圖7 條煙打碼

圖8 分揀線設(shè)備打碼系統(tǒng)

2.4 條煙自動包裝模式

開發(fā)了標細異型卷煙高速包裝設(shè)備,不同品規(guī)卷煙的自動包裝均采用自動碼垛、塑封包裝模式,可高效快速實現(xiàn)1～24條卷煙的任意包裝,突破了行業(yè)內(nèi)異型煙的包裝瓶頸。采用復(fù)合式分揀線設(shè)計,實現(xiàn)卷煙全流程自動化,運行效率大大提升。研究開發(fā)了動態(tài)垛型分揀理論,建立條煙體量計算模型,解決了不同規(guī)格卷煙包裝碼垛的歷史性難題,實現(xiàn)了高速塑封包裝及集約化設(shè)備的高度柔性[18]。條煙包裝如圖9所示,標細異柔性分揀看板如圖10所示。

圖9 條煙包裝

圖10 標細異柔性分揀看板

2.5 RFID在卷煙流通中的應(yīng)用

卷煙信息包含兩類,其中一類是固定信息,另一類是可變信息。固定信息通常為煙草制品的基本特征信息;可變信息為交易隨具體對象不同而發(fā)生變化的信息[19]。利用電子標簽無線射頻識別技術(shù)(radio frequency idenfication,RFID)[20],可以優(yōu)化煙草流通流程,實現(xiàn)產(chǎn)品信息的可視化,不但可以對成品卷煙進行有效防偽,杜絕假、私、非卷煙流入市場,而且還可以有效控制成品卷煙的質(zhì)量,強化卷煙市場的控制及管理。煙包電子標簽如圖11所示,配送電子標簽讀寫系統(tǒng)如圖12所示。

圖11 煙包電子標簽

圖12 配送電子標簽讀寫系統(tǒng)

塑封包裝好的煙包進入煙包裝載區(qū),通過連續(xù)升降級機運送到籠車上,最終實現(xiàn)了異標共線卷煙一體化柔性高速分揀。連續(xù)升降機如圖13所示,籠車裝車系統(tǒng)如圖14所示。

圖13 連續(xù)升降機

圖14 籠車裝車系統(tǒng)

3 結(jié)束語

本主要對異標共線卷煙一體化柔性高速分揀系統(tǒng)進行研究。自新異型煙分揀線投入運行以來,目前運行穩(wěn)定,通過快速換模技術(shù),提高了通道分揀的兼容性,綜合考慮訂單、品規(guī)、包裝等因素,動態(tài)優(yōu)化軟件策略,實現(xiàn)了所有規(guī)格卷煙的共線分揀和包裝,其中中支煙自動分揀在行業(yè)屬于首創(chuàng);對彈性周轉(zhuǎn)箱進行升級改造,實現(xiàn)了綠色環(huán)保和全流程管控,在周轉(zhuǎn)箱上集成NFC、RFID 技術(shù)和電子墨水屏等技術(shù),實現(xiàn)了每包卷煙在分揀、包裝、裝車、送貨、交接等環(huán)節(jié)的全流程管控,該周轉(zhuǎn)箱可循環(huán)使用300次,推廣應(yīng)用后每年可減少白色垃圾120 t。同時,制定出一套全品規(guī)卷煙柔性高速分揀SOPS,進一步規(guī)范各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)操作規(guī)程。該柔性分揀模式在行業(yè)內(nèi)屬于首創(chuàng),實現(xiàn)設(shè)備性能最優(yōu)化、分揀模式智能化、信息化,促進了卷煙分揀效率的大幅提高,減少人力資源并保證了訂單完成準確率,對我國煙草物流分揀行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。異標共線高速分揀線提高了設(shè)備效能,降低了無效作業(yè)。除工人補貨和工人收貨,其余全部環(huán)節(jié)均實現(xiàn)自動化,高效快速提高分揀效率,使運行成本進一步減少,工人勞動強度大幅度下降,從而有益構(gòu)建和諧良好的勞動關(guān)系。