煙包水分檢測賦值技術(shù)在配方庫管理中的研究與應(yīng)用

李 磊，林 敏，曹云祥，羅雨迪，王 芳，蔣鵬沖，李 虹

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040；2.北京航天拓撲高科技有限責(zé)任公司，北京 100176）

0 引言

在卷煙廠的回潮生產(chǎn)工藝流程中對水分控制是一項很重要的內(nèi)容，涉及到煙葉含水率的檢測，煙草行業(yè)的智能制造發(fā)展過程中，都會更新迭代使用不同的水分檢測儀，研究新的檢測工藝及合理數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析?，F(xiàn)在常用檢測煙葉的技術(shù)是在煙包入配方庫時利用微波水分檢測儀或紅外水分檢測儀，但由于此時的煙葉還存儲在紙質(zhì)煙箱里面，導(dǎo)致檢測到的水分偏差范圍較大，準確度不夠高，利用這些水分數(shù)據(jù)來指導(dǎo)配方出庫效果不理想，沒有實際性意義。為了得到煙葉水分真實值，排除紙箱對水分檢測的影響，實施對拆包之后的煙葉檢測水分真實值，將數(shù)據(jù)歸檔，當(dāng)采集煙包數(shù)量到達一定規(guī)模之后，利用數(shù)據(jù)分析得到煙葉等級、年份的水分經(jīng)驗值。配方庫依據(jù)各等級的水分經(jīng)驗值，調(diào)整相應(yīng)的入庫、出庫分配策略，按照指定模式排序出庫，即實現(xiàn)出庫效率高，同時出庫的煙包水分能更好適應(yīng)回潮階段進行水分柔性控制。

主要介紹煙包水分檢測賦值技術(shù)相關(guān)理論分析、實施方案、水分賦值對配方庫管理中出庫策略調(diào)整進行剖析，為今后煙包水分檢測賦值技術(shù)在配方庫管理中提供一定的參考。

1 相關(guān)理論分析

1.1 煙包水分檢測賦值路線

葉片處理段和配方庫工作過程理論研究→水分儀的安裝位置選擇及水分計算方法分析→新增水分檢測通道的PLC 程序開發(fā)及信息傳遞接口建立→煙包水分信息的接收和發(fā)送系統(tǒng)測試及改進→依據(jù)設(shè)定順序，如水分高低的煙包出庫功能實現(xiàn)→回潮控制系統(tǒng)加水流量研究。

1.2 出入庫策略分析

出入庫策略通常按照入庫計劃、出庫計劃、貨位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等相關(guān)的貨位分配元素計算出最優(yōu)的入庫巷道、出庫巷道，在加入煙包水分賦值技術(shù)之后，需要加入物料水分經(jīng)驗值的元素，最終實現(xiàn)貨物高效的存儲及發(fā)送，保證系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率同時滿足回潮階段的水分柔性控制。出入庫策略如圖1 所示。

圖1 出入庫策略

2 方案設(shè)計

2.1 實施步驟

在回潮機入口皮帶輸送機（切片機出口）上新增一臺水分儀，用于檢測煙包切片后的水分，取每個煙包至少3 片的水分均值作為該產(chǎn)地、年份和等級煙包的實際水分。制絲車間管理系統(tǒng)通過與底層回潮機控制系統(tǒng)建立通信連接，讀取該煙包的真實水分并存入數(shù)據(jù)庫，（經(jīng)過該等級煙包的多次實測水分數(shù)據(jù)的測量并進行平均取值后）并通過接口形式將該值傳給配方庫物流系統(tǒng)，替換同產(chǎn)地、年份和等級煙包的水分，其步驟如圖2 所示。獲取大量不同煙包的真實水分后，配方庫將原計劃出庫的煙包重新按水分高低（或者指定方式）進行排序，生成新的出庫單為葉片處理段供料，回潮機控制系統(tǒng)將按照水分變化趨勢進行等比例或微調(diào)整更改加水流量，保證出口水分。

圖2 實施步驟

2.2 信息交互與設(shè)計

配方庫一批煙包投料結(jié)束，將該批的每一包煙按照出庫順序匯總起來發(fā)送給制絲車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)；制絲車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)水分儀采集到的水分通過序號關(guān)聯(lián)起來進行歸檔，有多批投料數(shù)據(jù)之后計算出等級相應(yīng)的水分平均值，傳給配方庫管理系統(tǒng)進行歸檔；配方庫管理系統(tǒng)維護水分數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)到庫存數(shù)據(jù)；配方庫管理系統(tǒng)設(shè)計多種按水分投料出庫方式，并能在投料時選定投料方式出庫，也能通過接口接收制絲車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的投料方式進行出庫。信息接口交互如圖3 所示，接口列表見表1。

表1 接口列表

圖3 信息接口交互

3 配方庫系統(tǒng)管理

3.1 煙包水分值歸檔管理

配方庫管理系統(tǒng)建立相應(yīng)的水分數(shù)據(jù)維護界面實現(xiàn)水分數(shù)據(jù)的增刪改查，同時相關(guān)的庫存信息查詢需要通過等級關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的水分值進行相關(guān)的數(shù)據(jù)展示。

考慮到有些等級沒有水分數(shù)據(jù)，系統(tǒng)增加默認水分平均值的參數(shù)設(shè)置，當(dāng)投料計劃按照水分模式投料時，如果某種等級沒有水分值數(shù)據(jù)，將默認值賦予該等級進行水分排序。

3.2 投料模式管理

在配方庫投料提供多種可選擇的投料模式如下：

（1）配方順序投料：按照配方現(xiàn)有的等級順序，出完一個等級再出下一個等級依次進行出庫。

（2）等級水分升序投料：按照配方的等級水分經(jīng)驗值按照升序順序依次進行出庫（薄片先出，煙葉后出）。

（3）等級水分降序投料：按照配方的等級水分經(jīng)驗值按照降序順序依次進行出庫（薄片先出，煙葉后出）。

（4）等級輪循分解排序：按照配方等級順序，每種等級每次出一包，依次輪循，直到所有等級出庫完成。

選擇不同模式對投料出庫的等級出庫順序進行相應(yīng)的排序。配方庫管理系統(tǒng)不僅能支持制絲管理系統(tǒng)通過接口發(fā)送投料模式指令，也能支持投料人員對投料模式的修改。

3.3 出入庫分配策略

3.3.1 貨位分配元素

3.3.1.1 入庫計劃

根據(jù)入庫計劃中獲得入庫的煙葉信息，其中包含煙葉的等級、年份、數(shù)量等多種維度的信息。根據(jù)煙葉信息判斷出需要存儲貨位的總數(shù)，根據(jù)同一種煙葉進行巷道的均分設(shè)置，保證每個巷道擁有相對較平均的同種煙葉，防止某一個巷道完全存儲同一種煙葉而造成貨物堆積情況。從而根據(jù)計劃、設(shè)備數(shù)量、貨位存儲狀態(tài)優(yōu)先算出所需巷道數(shù)量，作為巷道分配算法先決條件之一。

3.3.1.2 出庫計劃

根據(jù)出庫計劃獲得出庫的貨位信息，其中包含煙葉的等級、年份、數(shù)量等多種維度的信息。根據(jù)出庫的煙葉的等級、年份、總數(shù)、先進先出、設(shè)備狀態(tài)等出庫原則對貨位上存儲的煙葉進行計算，計算出出庫煙葉在巷道中的分布，根據(jù)每個巷道所存在的出庫煙葉進行數(shù)量的排序，依據(jù)該條件進行出庫任務(wù)的下達。

3.3.1.3 貨位狀態(tài)

貨位狀態(tài)包含入庫貨位狀態(tài)、出庫貨位狀態(tài)、空閑狀態(tài)、載貨狀態(tài)。

（1）入庫貨位狀態(tài)代表將要有煙葉存儲。在煙葉入庫輸送過程中對貨位進行預(yù)綁定，在煙葉抵達該位置時入庫狀態(tài)變更載貨狀態(tài)。

（2）出庫貨位狀態(tài)代表煙葉即將離開貨位，按照計劃計算出出庫煙葉，對其所在貨位進行出庫預(yù)綁定，在煙葉離開該貨位時出庫狀態(tài)變更為空閑狀態(tài)。

（3）空閑狀態(tài)代表貨位沒有存儲煙葉。

（4）載貨狀態(tài)代表貨位已經(jīng)有煙葉存儲。

上述4 種貨位狀態(tài)都將成為貨位分配的重要維度。

3.3.1.4 設(shè)備狀態(tài)

設(shè)備狀態(tài)主要包堆垛機的設(shè)備入庫狀態(tài)、設(shè)備出庫狀態(tài)、設(shè)備空閑狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)。

（1）入庫狀態(tài)代表堆垛機正在執(zhí)行入庫任務(wù)狀態(tài)。

（2）出庫狀態(tài)代表堆垛機正在執(zhí)行出庫任務(wù)狀態(tài)。

（3）空閑狀態(tài)代表堆垛機無任務(wù)狀態(tài)。

（4）故障狀態(tài)代表堆垛機處于故障狀態(tài)不可使用。

針對這4 種狀態(tài)在執(zhí)行物料出入庫時作為計算路徑的主要維度。

3.3.1.5 煙葉水份經(jīng)驗值

煙葉水分經(jīng)驗值是大量采集同一種等級、年份煙葉的水分值后計算出來的一個均值，在入庫的時候各巷道的水份經(jīng)驗值不同的煙葉均分設(shè)置，保證每個巷道擁有相對較平均的水分經(jīng)驗值煙葉，防止某一個巷道完全存儲較高或者較低的水分經(jīng)驗值而造成按水分出庫時各巷道的任務(wù)分配不均導(dǎo)致效率降低。

3.3.2 巷道分配算法

（1）水分經(jīng)驗值計算。巷道煙包水份經(jīng)驗值總和：

式中，Wtotal為巷道所有煙包水分經(jīng)驗值總和，T 為巷道單個煙包的水分經(jīng)驗值，n為巷道所有煙包數(shù)。

所有煙包水分經(jīng)驗值的平均值：

式中，Wave為所有煙包水分經(jīng)驗值的平均值。

巷道入庫任務(wù)水分經(jīng)驗值總和：

式中，Win為巷道入庫煙包水分經(jīng)驗值總和，I 為巷道入庫煙包的水分經(jīng)驗值，m 為巷道入庫煙包數(shù)。

巷道出庫任務(wù)水分經(jīng)驗值總和：

式中，WOut為巷道所有煙包水分經(jīng)驗值總和，O 為巷道出庫煙包的水分經(jīng)驗值，k 為巷道出庫煙包數(shù)。

（2）入庫巷道分配算法根據(jù)出入庫計劃、貨位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、煙葉水分經(jīng)驗值來計算出最優(yōu)巷道選擇。計算公式如下：

如果入庫煙包水分經(jīng)驗值大于整個庫的煙包水分平均值Wave，查找的最小水分經(jīng)驗平均值巷道：

如果入庫煙包水分經(jīng)驗值小于整個庫的煙包水分平均值Wave，查找的最大水分經(jīng)驗平均值巷道：

（3）出庫巷道分配算法根據(jù)出入庫計劃、貨位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、煙葉水分經(jīng)驗值來計算出最優(yōu)巷道選擇。計算公式如下：

如果出庫煙葉等級水分經(jīng)驗值大于整個庫的煙包水分平均值Wave，查找的最小水分經(jīng)驗平均值巷道：

如果出庫煙葉等級水分經(jīng)驗值小于整個庫的煙包水分平均值Wave，查找的最小水分經(jīng)驗平均值巷道：

式中，WMin為最優(yōu)入庫巷道選擇，WMax為最優(yōu)出庫巷道選擇。

3.3.3 入庫貨位分配

入庫時根據(jù)入庫計劃的內(nèi)容對貨位進行一個數(shù)量的統(tǒng)計，結(jié)合入庫的數(shù)量、堆垛機任務(wù)數(shù)量、貨位存儲情況、出庫數(shù)量、煙包水分經(jīng)驗值分析等各種維度，通過貨位分配計算原則最終確定最優(yōu)巷道的分配，將物料存放至貨位。入庫策略計算流程如圖4 所示。

圖4 入庫策略計算流程

（1）S1：對入庫計劃計算，其中包含煙葉種類、等級、年份、入庫數(shù)量信息。計劃數(shù)量代表著入庫上架的單據(jù)數(shù)量，其中包含入庫站臺，首先對入庫站臺上所含單據(jù)的總數(shù)進行分析計算，按照計劃計算出對應(yīng)的站臺要執(zhí)行的計劃，確定執(zhí)行的計劃后計算出煙葉種類、煙葉數(shù)量等信息總和作為巷道選擇的計算維度。

（2）S2：對出庫計劃計算，其中包含煙葉種類、等級、年份、出庫數(shù)量信息。計劃數(shù)量代表著出庫的單據(jù)數(shù)量，首先對下達計劃中的物料種類、物料數(shù)量進行計算匯總，計算結(jié)果作為巷道選擇的計算維度。

（3）S3：對貨位所在巷道的設(shè)備狀態(tài)判斷、計算，其中包含貨位狀態(tài)、貨位存儲信息。計算出設(shè)備狀態(tài)正常的巷道，再根據(jù)貨位計算是根據(jù)貨位的存儲狀態(tài)、貨位存儲信息算出整個庫區(qū)每個巷道所含有的可入庫數(shù)量并按照巷道進行降序排序，目的是為了均衡每一個巷道的物料等級和物料數(shù)量。計算出的巷道可用數(shù)作為巷道選擇的計算維度。

（4）S4：對煙葉水分經(jīng)驗值計算。煙葉水分經(jīng)驗值計算用于計算出每一個巷道內(nèi)的煙葉水分經(jīng)驗值的平均值。入庫時以平均值的升序進行排序。煙葉水分經(jīng)驗值的平均值作為巷道選擇的計算維度。

最優(yōu)貨位選擇利用上述S1～S4 步驟提供的計算維度，根據(jù)入庫巷道分配算法的公式計算返回出最優(yōu)巷道的結(jié)果。

3.3.4 出庫貨位分配

出庫時根據(jù)出庫計劃的內(nèi)容對貨位進行一個數(shù)量的統(tǒng)計，結(jié)合堆垛機任務(wù)數(shù)量、貨位存儲情況、出庫數(shù)量、煙包水分經(jīng)驗值分析等各種維度，通過貨位分配計算原則最終確定出庫巷道的分配。出庫策略計算流程如圖5 所示。

圖5 出庫策略計算流程

（1）S1：對出庫計劃計算，其中包含煙葉種類、等級、年份、入庫數(shù)量信息。出庫計劃根據(jù)現(xiàn)有的計劃總數(shù)，針對每一個執(zhí)行計劃中相同的煙葉種類進行合并計算，計算出每種煙葉的出庫數(shù)量作為出庫貨位分配的計算維度。

（2）S2：對貨位所在巷道的設(shè)備狀態(tài)判斷，貨位計算。計算出設(shè)備狀態(tài)正常的巷道，根據(jù)出庫計劃中計算出的結(jié)果，結(jié)合貨位存儲的情況，對煙葉出庫進行預(yù)分配計算，對計算結(jié)果按照巷道進行煙葉種類、等級、年份、數(shù)量排序，作為出庫貨位分配的計算維度。

（3）S3：對煙葉水分經(jīng)驗值計算。煙葉水分經(jīng)驗值計算用于計算出每一個巷道內(nèi)的煙葉水分經(jīng)驗值的平均值。出庫時以平均值的降序進行排序。煙葉水分經(jīng)驗值的平均值作為巷道選擇的計算維度。

出庫貨位分配利用上述S1～S3 步驟提供的計算維度，根據(jù)出庫巷道分配算法的公式計算返回出最優(yōu)巷道貨位的結(jié)果。

4 煙包水分賦值對庫存分布和出庫排序的影響

4.1 庫存分布影響

在未加入煙包水分經(jīng)驗值因素，煙包入庫時按照等級均分到各個巷道，庫存煙包水分分布不均勻，在加入煙包水分經(jīng)驗值后，每個巷道的等級水分經(jīng)驗的均值都比較平均；巷道水分經(jīng)驗值分布如圖6 所示。

圖6 巷道水分經(jīng)驗值分布

4.2 出庫排序影響

在未加入煙包水分經(jīng)驗值因素，煙包出庫時按照配方等級的排序依次出庫，出庫在設(shè)備正常情況下遵從先入先出的原則進行出庫，出庫后的煙包水份值波動比較大，在后續(xù)回潮加水階段不能很好控制，加入煙包水分經(jīng)驗值之后，出庫按照等級煙包水分經(jīng)驗值升序或者降序出庫，更利于回潮加水階段柔性控制。某配方出庫排序經(jīng)驗水分值分布如圖7 所示。

圖7 某配方出庫排序經(jīng)驗水分值分布

5 結(jié)束語

通過新增與制絲車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)關(guān)于水分平均值、出庫工單的信息接口，實現(xiàn)在配方管理系統(tǒng)中對等級煙包水分平均值的歸檔記錄及庫存關(guān)聯(lián)，以及多種出庫模式功能，滿足煙廠在煙包水分檢測賦值技術(shù)在回潮工序的研究與應(yīng)用中，配方管理系統(tǒng)中加入水份經(jīng)驗值后對出入庫策略的調(diào)整，既保證出入庫效率又能按照一定水分規(guī)則進行出庫滿足回潮階段水分的柔性控制的實現(xiàn)，記錄、提供立庫收發(fā)存環(huán)節(jié)，全生命周期的煙包水分檢測賦值技術(shù)在回潮工序涉及的水分值基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，作為研究基礎(chǔ)輔助依據(jù)。實現(xiàn)關(guān)鍵質(zhì)量點水分數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用，打通質(zhì)量數(shù)字化建設(shè)和水分智能控制研究，充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與運用，夯實質(zhì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升制絲過程穩(wěn)態(tài)控制水平。