物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煙草機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用研究

王茂方

紅云紅河集團(tuán)會澤卷煙廠，云南曲靖，654200

0 引言

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到煙草機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，能夠最大限度地發(fā)揮出機(jī)械設(shè)備的能力效用，在減少生產(chǎn)成本的同時(shí)，能夠有效提升煙草生產(chǎn)效率。如今新型的煙草機(jī)械設(shè)備逐漸增設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)功能，這是機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化革新的必然趨勢，也是推動煙草機(jī)械設(shè)備信息化建設(shè)的重要手段。因此在以后的發(fā)展過程中，應(yīng)該積極推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煙草機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，打造一個(gè)智能化、信息化的煙草機(jī)械生產(chǎn)體系[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是利用多種多樣的傳感設(shè)備、定位技術(shù)、激光掃描技術(shù)、射頻識別技術(shù)，對目標(biāo)物體、生產(chǎn)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、連接、互動的過程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠通過光線、聲音、溫度等多種信息媒體展開互動溝通，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的有效聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)對物品、流程的智能化、信息化管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特征

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)闹攸c(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層是移動通信、萬維網(wǎng)、廣電網(wǎng)的有效融合。截至目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了普及與應(yīng)用，并逐漸顯現(xiàn)出以下幾個(gè)特征。

1.2.1 可跟蹤性

可跟蹤性是指物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)^(qū)域內(nèi)的目標(biāo)物體進(jìn)行精準(zhǔn)定位，對目標(biāo)物體的動向?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)把握，這一點(diǎn)在卷煙產(chǎn)品物流配送中的表現(xiàn)尤為明顯，如今我國的卷煙產(chǎn)品配送環(huán)節(jié)已經(jīng)比較成熟，能夠借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對卷煙產(chǎn)品配送車輛的行駛路線、位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位[2]。

1.2.2 可監(jiān)控性

可監(jiān)控性是指物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)頍煯a(chǎn)品的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)施監(jiān)督與控制，從而提高煙草機(jī)械設(shè)備的信息化水平。例如在煙葉烘烤環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對煙絲烘干程度、烘烤時(shí)間、含水量進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，并將檢測信息傳輸?shù)娇刂浦行?，從而?shí)現(xiàn)對煙草生產(chǎn)加工的智能化控制。

1.2.3 可連接性

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新型技術(shù)，開放程度非常高，可以與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效連接。與此同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的卷煙生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備擁有多種數(shù)據(jù)連接端口，能夠有效兼容外部設(shè)備，具有強(qiáng)大且良好的拓展性。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)分析

在卷煙機(jī)械設(shè)備中的物聯(lián)網(wǎng)體系主要包括三個(gè)層次，第一層次是感知層，第二層次是網(wǎng)絡(luò)層，第三層次是應(yīng)用層，各個(gè)層次的應(yīng)用價(jià)值如下所示。

2.1 感知層

對于卷煙機(jī)械設(shè)備來說，物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要由數(shù)據(jù)采集層、自組織傳感器構(gòu)成，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的眼睛，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)內(nèi)容。在實(shí)際應(yīng)用過程中，感知層會利用二維條碼、傳感器、GPS定位、射頻識別技術(shù)等采集各種各樣的數(shù)據(jù)信息，具體包括溫度、濕度、速度、位置等等。自組織傳感器體系是以數(shù)字鏈路在載體的編碼、調(diào)制、解調(diào)技術(shù)，使得采集數(shù)據(jù)能夠正常傳輸，以組網(wǎng)、局域網(wǎng)為媒介通道，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的自組織與協(xié)調(diào)交互。中間件通常包括傳感網(wǎng)絡(luò)中間件、嵌入式等，其核心職能是處理設(shè)備和數(shù)據(jù)管理中的問題[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要職能是將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂浦行模?shù)據(jù)進(jìn)行核算、分析與處理，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的大腦。如今，網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)不再局限于有線數(shù)據(jù)傳輸，在射頻識別技術(shù)、WIFI、局域網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，感知層采集到的數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳輸，不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，而且降低了物?lián)網(wǎng)硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。截至目前，卷煙機(jī)械設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，能夠?qū)崿F(xiàn)不同結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的信息傳輸、控制與交互功能。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和卷煙機(jī)械設(shè)備的有機(jī)融合，其職能作用是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的價(jià)值應(yīng)用。例如在煙草烘烤環(huán)節(jié)中，人們可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)調(diào)控?zé)熃z烘烤的溫度、時(shí)間，使得煙絲的干度與濕度符合要求。在卷煙卷接環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以精準(zhǔn)調(diào)控卷煙的傳送速度、切割頻率，還可以對成品卷煙的重量進(jìn)行精準(zhǔn)控制，精準(zhǔn)篩選出不合格的成品香煙。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在卷煙加工機(jī)械中的應(yīng)用狀況分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)在煙草加工中的應(yīng)用

3.1.1 物聯(lián)網(wǎng)在卷煙制絲中的應(yīng)用

卷煙制絲主要包括煙葉初加工、制作葉絲、制作梗絲、摻配加香等幾個(gè)環(huán)節(jié)。卷煙制絲是煙草加工中的重要環(huán)節(jié)，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最多的環(huán)節(jié)，具體內(nèi)容如下所示：

煙葉初加工又可以細(xì)分為煙片備料、切片、松散、篩分等幾個(gè)流程。如今我國的煙草生產(chǎn)的機(jī)械化程度已經(jīng)達(dá)到了很高的高度，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。例如在煙葉備料和切片過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)針對所有批次的煙葉都會打上一個(gè)RFID標(biāo)簽，這些標(biāo)簽中記載著煙葉的等級、配方等信息，接下來這些信息會集中傳送到數(shù)據(jù)控制中心，由數(shù)據(jù)控制中心對這些信息進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析處理，然后根據(jù)預(yù)定程序發(fā)出相應(yīng)的加工指令，不同批次的煙葉會進(jìn)入不同的加工流程。在煙葉松散、篩分過程中，機(jī)械設(shè)備會再次清除碎片，然后均勻混合各組分煙片并存儲起來，并打上相應(yīng)的二維碼標(biāo)簽和RFID標(biāo)記，為下一階段的煙草加工提供良好的條件[4]。

在煙片切絲之前，需要進(jìn)行加熱處理，此時(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的卷煙加工設(shè)備通常會安裝溫度傳感器、計(jì)時(shí)器等設(shè)備，能夠?qū)囟?、時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)探測，并以此為基礎(chǔ)調(diào)整加熱溫度。當(dāng)溫度較高時(shí)，設(shè)備會自動調(diào)低溫度，當(dāng)溫度低于程序設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會自動升溫加熱，從而將加熱溫度控制在合適的范圍之內(nèi)，提高煙葉的加工質(zhì)量。接下來機(jī)械設(shè)備會根據(jù)提前設(shè)置的寬度對煙葉進(jìn)行切絲處理，并對煙葉進(jìn)行加熱烘干或者加濕處理，將煙葉中的含水量控制在11.5%～14.0%。這個(gè)過程都可以利用RFID技術(shù)實(shí)施監(jiān)控與處理，大大降低了加工人員的工作負(fù)荷。

接下來是制作梗絲和摻配加香，同樣離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第一步，去除煙葉中的雜質(zhì)和灰塵，把符合要求的煙梗進(jìn)行加濕加溫處理，溫度以及濕度都是通過溫度傳感器、濕度傳感器以及程序軟件控制的，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，傳感設(shè)備能夠檢測出煙梗的溫度、濕度數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)通常都是模擬信號，無法直接控制和利用，計(jì)算機(jī)、單片機(jī)能夠?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，根據(jù)既定程序自動調(diào)整溫度和濕度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還需要對煙梗的狀態(tài)進(jìn)行檢測分析，表面無灰塵、無水漬、結(jié)構(gòu)松散的煙梗會存儲起來，并打上相應(yīng)的RFID標(biāo)簽。煙絲中還需要添加一些香料，其主要作用是抑制煙葉中的刺激性氣味，提高煙葉的香味，還能夠?qū)煔馊紵蟮乃釅A度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在卷煙機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

煙葉卷制是將煙葉處理成煙絲，制作成過濾嘴香煙或者無過濾嘴香煙的過程，具體分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：一個(gè)是卷制；另一個(gè)是接裝。其中煙支卷制通常涵蓋了煙絲進(jìn)料、供紙、卷制成型、煙支切割等幾個(gè)流程，在此過程中，人們可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對卷煙卷制的流程和環(huán)節(jié)實(shí)施遠(yuǎn)程控制，也就是利用各種傳感器、視頻監(jiān)控設(shè)備將加工情況傳輸?shù)娇刂浦行?，?shí)現(xiàn)對卷煙卷制作業(yè)的遠(yuǎn)程控制。在設(shè)備運(yùn)作正常的情況下，基本上不需要人力參與，當(dāng)某個(gè)傳感器設(shè)備、加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，相關(guān)人員可以及時(shí)關(guān)停生產(chǎn)設(shè)備，并做出適當(dāng)?shù)臋z測與維修，這樣一來煙草卷制的效率會大大提升，還可以有效避免人為出錯(cuò)的問題發(fā)生。

卷煙卷接設(shè)備的主要職能是利用卷煙機(jī)、接裝機(jī)，把符合標(biāo)準(zhǔn)的煙絲和輔料制成卷煙，無論是煙絲進(jìn)料、供紙，還是卷制成型、煙支切割，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都發(fā)揮著不可忽視的職能作用。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，還可以實(shí)現(xiàn)人們與機(jī)械之間的對話，將生產(chǎn)中的煙支數(shù)據(jù)記錄下來，省去了人工計(jì)數(shù)的麻煩。此外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以對每根煙支進(jìn)行稱重，自動剔除漏氣、空頭、污垢的煙支，實(shí)現(xiàn)對煙支卷制加工的智能化識別、產(chǎn)品定位以及自動化監(jiān)控，借助射頻識別技術(shù)、探測感應(yīng)設(shè)備、紅外線感應(yīng)設(shè)備，將整個(gè)卷煙制作過程與控制中心連接在一起，實(shí)現(xiàn)高效的信息交換、數(shù)據(jù)流通與監(jiān)督控制。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在卷煙產(chǎn)品物流中的應(yīng)用

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在卷煙產(chǎn)品配送中的應(yīng)用頻率越來越高，并發(fā)揮出了重要的職能作用，具體內(nèi)容如下。

3.2.1 物聯(lián)網(wǎng)在卷煙產(chǎn)品物流基礎(chǔ)信息中的應(yīng)用

過去的卷煙產(chǎn)品零售信息涵蓋了商戶姓名、證件號碼、聯(lián)系方式等多種信息，這些信息都需要一一登記，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，GIS矢量化電子地圖卷煙產(chǎn)品零售基礎(chǔ)信息系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該數(shù)據(jù)庫能夠?qū)⑦^去的卷煙產(chǎn)品零售商戶信息與電子地圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)商戶信息、地理信息、經(jīng)濟(jì)信息有機(jī)融合在一起，使得卷煙產(chǎn)品配送更具有方向性、規(guī)劃性。在實(shí)際運(yùn)作過程中，可以將卷煙產(chǎn)品零售商的地理信息、配送路線、配送頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，并錄入到GIS矢量化電子地圖卷煙零售基礎(chǔ)信息系統(tǒng)當(dāng)中，根據(jù)零售商戶的銷售情況、地理位置科學(xué)規(guī)劃配送路線，從而推動煙草配送工作的規(guī)范化運(yùn)作[5]。

3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煙草運(yùn)輸中的應(yīng)用

卷煙產(chǎn)品配送應(yīng)用頻率最高的是公路運(yùn)輸，具體包括車輛調(diào)度、運(yùn)輸管理等內(nèi)容。前者是指參考車輛的裝載率、車輛性能、車輛裝貨點(diǎn)、配送地點(diǎn)、司機(jī)情況等信息，對卷煙產(chǎn)品配送車輛進(jìn)行合理調(diào)度?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的卷煙產(chǎn)品物流配送系統(tǒng)往往會為每個(gè)配送車輛安裝一個(gè)GPS定位系統(tǒng)，以GIS、電子地圖為監(jiān)控平臺，對配送車輛實(shí)施智能化管控以及全時(shí)段跟蹤。記錄每個(gè)配送車輛的配送日志，并作為GPS接口服務(wù)、配送路線優(yōu)化的重要依據(jù)，達(dá)到配送數(shù)據(jù)查詢、異常狀態(tài)報(bào)警、煙草配送優(yōu)化的目的。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)萬物互聯(lián)的現(xiàn)代化系統(tǒng)，能夠?qū)IS、GPS、GPRS/CDMA、RFID、傳感器技術(shù)等融合在一起，打造一個(gè)覆蓋范圍廣、信息化程度高、管理功能強(qiáng)大的物流監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配送車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控、車輛調(diào)度。例如當(dāng)某個(gè)區(qū)域的卷煙經(jīng)營商發(fā)出卷煙配送申請之后，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的卷煙產(chǎn)品物流配送系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間規(guī)劃出卷煙配送路線、車輛裝載量、配送時(shí)間等各項(xiàng)信息，車輛在配送過程中，諸如車輛位置、行駛速度、道路交通狀況等信息都可以實(shí)時(shí)顯示到物流配送中心，由物流配送指揮中心對配送車輛進(jìn)行調(diào)度，保證產(chǎn)品配送工作的穩(wěn)定運(yùn)行。車輛只需要按照規(guī)劃好的路線進(jìn)行配送，就能夠滿足零售商戶的銷售需求，卷煙產(chǎn)品配送的效率大大提升[6]。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在卷煙機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用趨勢分析

4.1 向著智能化的方向發(fā)展

雖然我國當(dāng)下的卷煙生產(chǎn)設(shè)備信息化建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但是在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用仍然擁有廣闊的發(fā)展空間。卷煙的生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較多，需要用到的機(jī)械設(shè)備多種多樣，其中任何一個(gè)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)問題都會對卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)加工產(chǎn)生不可忽視的影響。在以后的發(fā)展過程中，卷煙企業(yè)可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立故障檢測點(diǎn)，不斷積累并記錄高風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，逐漸打造一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成的人工智能在線檢測技術(shù)，針對一些出現(xiàn)頻率高的故障問題盡可能實(shí)現(xiàn)自我檢測、自動解決，從而降低機(jī)械出現(xiàn)故障問題的概率。另一方面，由于卷煙機(jī)械設(shè)備的精度比較高，有時(shí)候很難確定故障問題，智能故障排除技術(shù)還受到一定的制約與限制，因此卷煙企業(yè)要加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)力度，不斷提升工作人員的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出卷煙機(jī)械設(shè)備故障問題的全新解決方案，引入并應(yīng)用智能故障監(jiān)控系統(tǒng)，從而推動卷煙機(jī)械設(shè)備中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化發(fā)展[7]。

4.2 向著密集化的方向發(fā)展

截至目前，卷煙加工機(jī)械設(shè)備中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍還比較有限，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用密集程度還不夠高。如今我國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重視力度越來越高，部分領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平甚至能夠與發(fā)達(dá)國家相媲美，因此在卷煙生產(chǎn)加工過程中，卷煙企業(yè)可以創(chuàng)新設(shè)計(jì)各種各樣的數(shù)據(jù)模型，對煙葉收購、煙葉檢測、煙葉烘干、卷煙加工、卷煙包裝、產(chǎn)品配送等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施精準(zhǔn)、高效的監(jiān)督、管理與控制，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的密集程度，進(jìn)一步提高煙草生產(chǎn)體系的信息化水平，降低從業(yè)人員的工作壓力。例如卷煙企業(yè)可以創(chuàng)新設(shè)計(jì)一個(gè)煙株器官形態(tài)描述模型庫和參數(shù)庫，使得RFID技術(shù)能夠更好地識別與編碼；根據(jù)卷煙生產(chǎn)實(shí)際情況，建立健全信息反饋機(jī)制，模擬出煙葉生長與環(huán)境變化之間的影響機(jī)理；針對不同地區(qū)的煙葉生長情況，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一個(gè)煙草生長生態(tài)環(huán)境優(yōu)化模型，從而實(shí)現(xiàn)煙葉生長科學(xué)管控的目的[8]。

5 結(jié)語

我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且在卷煙生產(chǎn)加工機(jī)械設(shè)備中得到了普及與應(yīng)用，使得卷煙生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的信息化水平大大提升。卷煙機(jī)械設(shè)備中的物聯(lián)網(wǎng)體系主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，能夠?qū)頍熒a(chǎn)加工環(huán)節(jié)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析、處理與控制。如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煙絲制作、卷煙卷制、產(chǎn)品配送信息采集、卷煙產(chǎn)品配送路線優(yōu)化等環(huán)節(jié)都發(fā)揮出了強(qiáng)大的職能作用，不僅有效減輕了工作人員的壓力，而且提高了卷煙加工制作的質(zhì)量。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，煙草機(jī)械設(shè)備中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不會止步不前，而是逐漸向著智能化、密集化的方向發(fā)展，從而發(fā)揮出更大的職能作用。