萬國龍

(山東青島煙草有限公司物流中心,山東 青島 266101)

近年來,卷煙消費市場個性化和差異化需求愈發(fā)凸顯,異型卷煙(以下簡稱“異型煙”)尤其是細支卷煙銷量迅速增長,成為煙草行業(yè)發(fā)展的新亮點和拉動稅利增長的新引擎[1]。異型煙需求量增長是卷煙行業(yè)深入推進供給側結構性改革過程中的珍貴機遇。而卷煙分揀效率主要受限于異型煙分揀能力不足,故異型煙高速分揀成為各煙草公司研究的重點。但異型卷煙條煙包裝的長、寬、高變化幅度較大,沒有規(guī)律可循,差異化的外包裝導致異型卷煙難以像標準卷煙一樣進入半自動分揀線。分揀的自動化程度偏低,增加了分揀的難度和差錯,制約了分揀效率的提升[2]。煙草行業(yè)異型卷煙分揀工作一般通過電子標簽線和半自動分揀線來完成分揀工作[3],但存在勞動強度大,分揀出錯率高[4],分揀效率不足等問題。目前“細標合一”分揀設備正成為異型卷煙分揀設備研發(fā)的主流模式,但從使用情況來看,普遍效率都不夠理想,分揀效率一般低于5 000條/h。為解決上述問題,并在前人工作基礎上進行改進,本研究將電子標簽與分層控制相結合,秉承智慧物流的理念,基于物聯(lián)網(wǎng)射頻識別(radio frequency idenfication,RFID)技術,借助多源傳感器的數(shù)據(jù)融合技術,提出了全品規(guī)卷煙柔性分揀方案,實現(xiàn)了物流分揀的智能化、信息化,完成了卷煙高效率分揀。卷煙分揀系統(tǒng)的信息集成度高、運行速度快、性能好、智能化是未來煙草異型條煙分揀的必然趨勢[5]。該研究很大程度上解決了異型煙銷售持續(xù)增長與分揀能力不相匹配的問題。

1 智能柔性分揀技術

智能柔性分揀技術是指利用自動化、智能化的設備,建立起靈活、高效、柔性的分揀系統(tǒng),完成的工作即為柔性作業(yè)。柔性作業(yè)是相對于剛性作業(yè)而言的,是為了滿足產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)要求,來應對社會大批量的產(chǎn)品需求。彈性作業(yè)管理的目的是充分利用有限的人力、物力和財力,優(yōu)化資源配置,以實現(xiàn)最小成本創(chuàng)造最大的效率和效益[6]。我公司獨創(chuàng)出“三模四類”(“三?！笔侵?個分揀模塊,分揀模塊一、二完成異型煙、標準煙、中支煙的分揀,分揀模塊三完成特異型煙分揀;“四類”是指標準煙、細支煙、中支煙和特異型煙四個卷煙類別,細支煙、中支煙、特異型煙為3種異型煙)全品規(guī)卷煙柔性分揀模式,運用科學的模型算法,彈性組合出28種細化的分揀方案,實現(xiàn)了虛擬分揀方案,彈性分揀方案組成如圖1所示。

圖1 彈性分揀方案組成

虛擬分揀是指根據(jù)動態(tài)變化的訂單信息,分揀線在短時間內(nèi)做出靈敏反應。分揀系統(tǒng)預先設計出分揀方案。由于訂單情況多變和客戶個性要求的提高,需提出有效方案進行解決。我司提出的虛擬分揀,彈性組合出28種細化分揀方案,促使各條分揀線合作組合進行分揀作業(yè),以期提高分揀效率,實現(xiàn)智能高速分揀。

2 分揀工作流程

該“三模四類”全品規(guī)卷煙柔性分揀模式體現(xiàn)在對分揀訂單反應靈敏和精準。分揀系統(tǒng)對單個需求做出分揀的響應,由傳統(tǒng)的“以揀定銷”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙凿N定揀”。分揀指令由訂單信息出發(fā),將訂單拆分處理,不必像傳統(tǒng)方案進行單獨分揀,而是統(tǒng)籌各條分揀線,細化分揀方案,分揀同時進行,縮短分揀等待時間。該分揀方案分揀線無空閑,全體作業(yè),無需人工操縱,減少失誤率和工時費用。依托自主開發(fā)的智能化排程軟件,對當日卷煙訂單數(shù)量、分揀人員數(shù)量和設備日均有效作業(yè)率等因素進行綜合數(shù)據(jù)分析。為每個分揀模塊自動匹配最優(yōu)分揀方案,可支持異型煙變化的趨勢[7],進一步提升設備有效作業(yè)率,在行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)柔性分揀模式。卷煙物流分揀效率主要取決于各設備的單機效率[8],根據(jù)條煙種類不同,條煙分揀機可分為分揀標準卷煙的臥式分揀機、通道式分揀機和分揀異形卷煙立式分揀機、柜式分揀機[9]。分揀工作流程[10]如圖2所示。

圖2 分揀工作流程

件煙從倉儲區(qū)依托物聯(lián)網(wǎng)RFID 托盤完成出庫,掃碼器完成掃描儲存卷煙信息的物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術芯片后,信息傳至數(shù)據(jù)處理中心,將分揀任務分配到細標煙分揀線和異型煙分揀線,然后開始自動分揀,經(jīng)過自動合單、打碼、貼標完成分揀作業(yè)。

2.1 細標共線分揀線

細標共線分揀線為合并分揀模式,即單一分揀系統(tǒng)處理所有需要分揀的卷煙產(chǎn)品[11]。根據(jù)標準煙、細支煙的訂單生成分揀數(shù)據(jù)、人工開箱補煙、條煙自動分揀、自動合單、打包后自動激光打碼、卷煙數(shù)據(jù)盤點和疊垛裝箱。復合分揀線是多條傳統(tǒng)自動分揀線按照一定工藝布局的疊加,該布局能夠有效減少設備投資、占地面積和人員[12]。復合分揀線包含細標共線分揀線,此外還能單獨分揀標準煙和細支煙。對比甘肅省煙草司平?jīng)鍪泄镜摹凹殬艘惑w,共線分揀”的分揀模式,我司借助模塊化快速切換技術,可根據(jù)訂單信息靈敏精準切換組合分揀模式,將卷煙分揀效率提升至9 700條/h以上,有效緩解異型煙中占比較大的細支煙分揀能力不足的問題。

2.2 異型煙分揀線

根據(jù)異型煙的訂單生成分揀數(shù)據(jù)、人工備貨、人工開箱補煙、條煙自動分揀、虛擬煙倉人工揀選、自動合單、打包后自動激光打碼、卷煙數(shù)據(jù)盤點和疊垛裝箱。由于每個卷煙訂單的品規(guī)和數(shù)量不同,常規(guī)的分揀機制存在效率低,需人工干預等缺點,通過虛擬煙倉的方法可解決以上問題。虛擬煙倉示意圖[13]如圖3所示。

圖3 虛擬煙倉示意圖

訂單長度為每個訂單的卷煙在分揀傳送帶上所占的長度,虛擬煙倉將其進行數(shù)字化處理后傳送至數(shù)據(jù)處理中心,數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)收到的信息預先規(guī)劃設備。當?shù)趇－1個訂單任務上傳至控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)立即計算出該訂單在傳送帶上所需的存放長度,并為第i個訂單預留出空間,通過優(yōu)化訂單結構完成分揀傳送帶最大化的使用,提高異型煙分揀效率,實現(xiàn)高效率出煙。

3 分揀信息化

3.1 物流管理信息化和智能化

推進智慧物流建設,實現(xiàn)煙草物流服務升級、管理升級和創(chuàng)新升級,完成卷煙半自動分揀向完全自動化、信息化、智能化分揀的轉(zhuǎn)變。從煙包籠車流程管控、無紙化信息顯示、循環(huán)彈性包裝箱管理、煙包籠車關聯(lián)配送、移動物流管理應用平臺建設等研究出發(fā)。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,每層各設置四組立式分發(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。上下兩層傳輸皮帶的后端安裝可控制流量速差分發(fā)裝置,然后在合流段實現(xiàn)同單瞬時合流。采取預疊方式,在自動合單工位優(yōu)先將特異型煙碼放成垛。實現(xiàn)特異型煙與細支煙快速、準確合單。通過光電識別、圖像識別、訂單智能核對等方式,實時復核訂單中的條煙品牌與數(shù)量,杜絕分揀差錯,減少停機時間?；谖锫?lián)網(wǎng)RFID 技術,物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術路線如圖4所示,該技術可實現(xiàn)物流管理的信息化、智能化,踐行“智慧物流,萬物互聯(lián)”的理念。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)RFID技術路線

物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術出入庫作業(yè)如圖5所示。將卷煙置于帶有物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術芯片的木托盤上,專用物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術智能叉車將其叉起,經(jīng)過出(入)庫掃描后信息傳至數(shù)據(jù)處理中心,完成基于物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術托盤的出(入)庫作業(yè),減少裝卸環(huán)節(jié)的人力使用,同時更易于核驗卷煙數(shù)量?？蛻粝逻_訂單后,訂單數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理中心。依托自主開發(fā)的智能化排程軟件,對當日卷煙訂單數(shù)量、分揀人員數(shù)量、設備日均有效作業(yè)率等因素進行綜合數(shù)據(jù)分析,中央控制系統(tǒng)為每個分揀模塊自動匹配最優(yōu)分揀方案,實現(xiàn)柔性高速分揀。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)RFID技術出入庫作業(yè)

上位機顯示器如圖6所示,下位機顯示器如圖7所示。從上位機顯示器可以清楚地了解分揀線的工作情況,根據(jù)分揀線狀態(tài)給下位機發(fā)出指令,然后下位機根據(jù)指令轉(zhuǎn)化成相應信號直接控制分揀線設備。下位機不停讀取分揀線狀態(tài)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后反饋給上位機。

圖6 上位機顯示器

圖7 下位機顯示器

基于物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術讀取設備分揀狀態(tài)數(shù)據(jù),通過采集周轉(zhuǎn)筐二維碼的各類配送信息,進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析[14]。將采集到的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)對各工作子系統(tǒng)集中監(jiān)視、控制和完成柔性作業(yè)。大幅提升了分揀設備的利用率,并減少了人工的投入和作業(yè)失誤率?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)分揀過程的數(shù)據(jù)流程[13]如圖8所示。

圖8 控制系統(tǒng)實現(xiàn)分揀過程的數(shù)據(jù)流程

在訂單下達的瞬間,訂單信息隨即生成備貨數(shù)據(jù)發(fā)送至倉儲區(qū)開始備貨,并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)將分揀指令分發(fā)至各條電子標簽分揀線,電子標簽分揀線可將分揀數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)。完成分揀后,進行自動裹包貼碼,逐個品牌規(guī)格卷煙上線測試,記錄打碼高度并形成固定標準[15]。一部分卷煙進行塑封裹包后自動貼碼,然后通過激光打碼計數(shù)器掃碼,激光掃碼如圖9所示。另一部分的卷煙存放于附有物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術電子標簽的包裹中,讀寫器讀取電子標簽信息核驗訂單,保證零售戶獲得與訂單一致的煙品種類和數(shù)量[16]。若發(fā)生信息錯誤系統(tǒng)會做出反應并報警,讀寫器讀取電子標簽信息如圖10所示。

圖9 激光掃碼

圖10 讀寫器讀取電子標簽信息

通過全流程信息監(jiān)控,將物流數(shù)據(jù)信息痕跡化、可視化,實現(xiàn)物流業(yè)務實時化感知。電子紙顯示＋射頻識別(RIFD)＋二維碼,實現(xiàn)物流管理智能化,建立“零售戶－訂單－卷煙－周轉(zhuǎn)箱－車輛－配送員”一體化的數(shù)據(jù)流。整合物流數(shù)據(jù),實現(xiàn)移動管理的能力。

3.2 自動盤點系統(tǒng)

目前,很多卷煙廠的卷煙分揀設備自動化程度較低,僅靠人工對照電腦生成的任務表進行煙倉補貨,不僅存在分揀差錯率高、用時過長和勞動強度高的缺點,而且無法對訂單變化做出快速響應。其次,要求補貨人員對卷煙補貨操作有極高的熟練度,長時間補煙作業(yè)會導致工人出現(xiàn)無法準確應對任務表的不當操作,增加了卷煙補貨錯誤的風險,這些失誤會導致分揀效率低下。立式分揀機是一種半自動分揀裝置,通過分揀煙倉連續(xù)補貨[17],可以減少操作人員補貨和分揀移動距離,及時復核環(huán)節(jié)之間交接的準確性,及時發(fā)現(xiàn)局部故障,快速解決,保障系統(tǒng)效率和準確率[18]。本研究對立式分揀機進行改良,立式分揀機如圖11所示。

圖11 立式分揀機

通過在立式分揀機頂部配置電子屏,實時監(jiān)控煙道卷煙量,根據(jù)分揀進度進行實時同步更新。同時對已補貨卷煙與未補貨卷煙進行自動區(qū)分[19],控制系統(tǒng)生成不同品規(guī)、數(shù)量卷煙的補貨順序,及時補充訂單所需品規(guī)及該品規(guī)數(shù)量的卷煙,直至該補貨任務結束,然后進行下一訂單的補貨。無需微機操作人員再根據(jù)打碼信息對分揀人員進行提示,節(jié)約了雙方口頭交接以及重復作業(yè)的時間成本,理順了工作流程[20]。工作人員只需在立式分揀機內(nèi)卷煙儲量不足時進行補充,極大地降低了工人的勞動強度,使得訂單補貨準確率達到100%,實現(xiàn)了零差錯補貨和高效率分揀,有效防止卷煙遺失,在每日盤庫時保證了庫存卷煙量的準確。

4 結果與分析

采集所有品規(guī)卷煙的規(guī)格數(shù)據(jù),錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,在立式分揀機通道頂部安裝光電檢測裝置。動態(tài)實時統(tǒng)計通道內(nèi),剩余卷煙數(shù)量借助電子屏實現(xiàn)通道庫存的目視化管理。預計盤點時間將縮短至10 min以內(nèi),與傳統(tǒng)的人工盤點方式相比,本研究的全新高效盤點模式實現(xiàn)了動態(tài)自動盤點,提高了立式分揀機盤點效率。

1)實現(xiàn)高速分揀。異型卷煙實現(xiàn)高速分揀,分揀效率由原來的5 000條/h提升至9 700條/h,達到了國內(nèi)領先水平,整個分揀工作效率可達22 000條/h,減少了工人數(shù)量,節(jié)約了人工成本,經(jīng)濟效益顯著。

2)綠色物流發(fā)展新路徑。采用彈性包裝箱,實現(xiàn)綠色循環(huán)包裝,保證配送車輛的裝載量,既保護了條煙,又實現(xiàn)了循環(huán)包裝的需求。建立包裝回用流程和標準,提高包裝廢棄物的回收再生利用率,符合新發(fā)展理念和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求,減少了對環(huán)境的污染。

5 結束語

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)RFID 全品規(guī)卷煙柔性高速分揀的解決方案,結合實際使用情況,異型煙分揀系統(tǒng)工作效率達到設計預定的9 700條/h,超過目前行業(yè)內(nèi)異型煙分揀設備,整個分揀工作系統(tǒng)效率達到22 000條/h,很大程度上解決了卷煙銷售持續(xù)增長與分揀能力不相匹配的矛盾,屬于行業(yè)的一次創(chuàng)造性革新。卷煙分揀效率主要受限于異型煙分揀能力不足,提高異型煙分揀效率即可提升整個分揀系統(tǒng)的效率,基于此,本文借助多源傳感的數(shù)據(jù)融合技術,并與物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術相結合,通過提高異型煙分揀水平,實現(xiàn)全品規(guī)卷煙的柔性高速分揀,并將原有分揀設備進行改良,減少設備投入和維護費用成本,不僅提高了經(jīng)濟效益,而且填補了國內(nèi)全品規(guī)卷煙柔性高速分揀的空白。在此背景下,本公司將進一步研究自動分揀機器,通過視覺掃描技術,減少貨物分類集中運輸時間,真正實現(xiàn)無人化分揀。隨著異型卷煙尤其是細支卷煙銷量迅速增長,該方案具有廣闊的推廣應用前景,減少對環(huán)境的污染,有利于樹立綠色煙草、責任煙草、和諧煙草的正面形象,形成良好的社會效應,同時也為該行業(yè)提供借鑒和參考的范例。