高速異型煙自動分揀設(shè)備研究與應(yīng)用

文/ 薛帥 賀國龍 袁文斌

目前行業(yè)內(nèi)異型煙半自動分揀包裝系統(tǒng)，基本采用立式異型煙分揀機(jī)和通道式分揀機(jī)的組合方式或單一立式異型煙分揀機(jī)進(jìn)行分揀，疊煙系統(tǒng)采用機(jī)械手疊煙，包裝系統(tǒng)采用熱縮膜進(jìn)行包裝，系統(tǒng)效率基本在2500條/小時～3600條/小時。隨著煙草行業(yè)發(fā)展，近幾年來異型煙銷量增長迅速，已占到總銷量的7%～8%，并且還將在一段時間內(nèi)持續(xù)增長。異型煙銷量的持續(xù)增長為煙草行業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也引發(fā)了一系列問題。異型煙銷量增加，導(dǎo)致每日條煙出庫分揀作業(yè)量增加。目前行業(yè)內(nèi)2500條/小時～3600條/小時的異型煙分揀系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，且工人勞動強(qiáng)度大，作業(yè)時間長，分揀作業(yè)滿足不了銷售訂單要求，造成客戶滿意度下降等一系列問題。為解決以上問題，盡快開發(fā)一種高速異型煙分揀設(shè)備是煙草物流行業(yè)當(dāng)務(wù)之急。本文以陜西省煙草公司西安市公司物流分公司異型煙分揀項(xiàng)目為例，從市場需求、工作效率、分揀設(shè)備的選擇和應(yīng)用等多個方面進(jìn)行重點(diǎn)研究和解決。

圖1 分揀流程

圖2 分揀工藝流程

一、市場需求調(diào)研

根據(jù)調(diào)研匯總得出如下需求：

1.年工作日：250天；

2.每日有效工作時間：1班制，8小時（實(shí)際分揀按6小時）；

3.根據(jù)銷售數(shù)據(jù)計(jì)算，分揀作業(yè)效率要求≥12000條/小時；

4.具有每天能連續(xù)工作16小時以上時間的可靠性；

5.實(shí)現(xiàn)條煙自動分揀，分揀差錯率和分揀殘損率均應(yīng)低于1/100000。

二、高速異型煙自動分揀設(shè)備工作效率的目標(biāo)值設(shè)定

根據(jù)西安市煙草公司物流分公司對異型煙分揀的總體需求，確定了分揀線綜合分揀包裝效率≥12000條/小時，設(shè)備整體有效作業(yè)率≥95%。

三、高速異型煙自動分揀設(shè)備的研究

1.訂單數(shù)據(jù)分析

根據(jù)西安市煙草公司物流分公司提供的2018年2月～6月的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分析：

（1）西安煙草異型煙：總品規(guī)137個，細(xì)支煙52個品規(guī)，類標(biāo)煙23個品規(guī)，異型煙62個品規(guī)。日均異型煙品規(guī)92個。

（2）日均銷量：61200條/日，最大日銷量109700條/日。

（3）平均訂單：15.53條/單。

（4）細(xì)支煙占71.368%，類標(biāo)煙占8.739%，異型煙占19.892%。

（5）排名前10個卷煙銷量占異型煙總銷量59.08%，銷量排名第11到第100卷煙銷量占異型煙總銷量40.61%，其他卷煙銷量占總銷量的0.31%。

2.分揀流程的選擇（如圖1）

3.分揀工藝流程（如圖2）

異形煙半自動分揀訂單數(shù)據(jù)生成——件煙輸送（大中品規(guī)）——臥式倉手工拆箱自動填倉——小品規(guī)件煙上架——條煙上柜——小品規(guī)條煙填倉——條煙自動分揀——條煙自動打碼（激光打碼方式）——訂單核對——自動包裝——自動貼標(biāo)。

4.分揀策略研究

（1）線路波次拆分

信息管理系統(tǒng)對按波次接收的上層數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按配送線路形成線路批次分揀計(jì)劃，每條線路的訂單按“先送后裝車、后送先裝車”或其他規(guī)則形成分揀順序。

（2）分揀線的策略

分類處理、分段合并、統(tǒng)一暫存。按照分類處理、分段合并、統(tǒng)一合單原則，各批次內(nèi)訂單拆分為臥式分揀機(jī)分揀部分和立式分揀機(jī)分揀部分，通過立式分揀線與臥式分揀線自動分揀、自動合單、自動打碼、自動包裝、自動貼標(biāo)后統(tǒng)一到發(fā)貨暫存區(qū)暫存。

（3）信息流

管理信息系統(tǒng)在接收上層數(shù)據(jù)以后，按照線路的分揀順序和訂單分揀順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和優(yōu)化，最終根據(jù)不同設(shè)備產(chǎn)生不同指令集，分揀開始后，信息管理系統(tǒng)根據(jù)分揀設(shè)備反饋信息順序觸發(fā)指令集，從而使自動分揀設(shè)備順暢高效運(yùn)行。

（4）自動化程度的選擇

采取高速的自動化并行分揀，分揀量87.76%的卷煙采用件煙自動補(bǔ)貨、人工開箱、條煙自動補(bǔ)貨、自動分揀、自動合單、自動打碼、自動包裝、自動貼標(biāo)。分揀量12.24%的卷煙采用件煙人工補(bǔ)貨和條煙人工補(bǔ)貨，自動分揀、自動合單、自動打碼、自動包裝、自動貼標(biāo)。在提高自動化程度的同時，合理發(fā)揮設(shè)備和工人的長處，提高物流處理效率。

凡 異 型 煙 尺 寸 規(guī) 格 為 ：長（ 110 ～350 m m ） × 寬（68～188mm）×高（20～150mm）均可上分揀線進(jìn)行分揀。特殊形狀的異型卷煙可在虛擬煙倉人工分揀。

表1 自動分揀設(shè)備的具體配置

5.自動分揀設(shè)備的選擇

根據(jù)訂單及品規(guī)數(shù)據(jù)分析及行業(yè)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，要滿足總品規(guī)137個，日均品規(guī)92個異型煙分揀，同時結(jié)合各品種異型煙占異型煙銷量的比例，確定需要126個煙倉。本系統(tǒng)主要由件煙傳輸系統(tǒng)、人工開箱系統(tǒng)、自動填倉系統(tǒng)，48個臥式煙倉，68個立式煙倉，10個特異型煙倉，40個虛擬煙倉、分揀主線皮帶機(jī)、精準(zhǔn)糾錯系統(tǒng)、激光打碼機(jī)、包裝機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

具體配置，如表1。

6.分揀路線選擇

為了滿足分揀效率目標(biāo)，必須增大分揀設(shè)備皮帶輸送機(jī)緩存量及同一時間系統(tǒng)分揀量，所以分揀系統(tǒng)共6子線，分別是臥式煙倉（前后出煙）2條子線，立式煙倉2條子線，虛擬煙倉前后各1條子線的多條子線同時分揀，以提高分揀線出煙效率。

7.包裝系統(tǒng)選擇

目前行業(yè)內(nèi)多采用機(jī)械手疊跺方式，但機(jī)械手疊煙效率一般為2500條/小時～3600條/小時，遠(yuǎn)不能滿足分揀需求，必須從模式上進(jìn)行改進(jìn)。選擇行業(yè)內(nèi)最新產(chǎn)品綜合包裝系統(tǒng)，翻板+機(jī)械手模式進(jìn)行疊煙包裝，此設(shè)備最大疊煙包裝效率達(dá)到6500條/小時，考慮到分揀需求，選擇安裝兩臺包裝機(jī)，并行包裝以滿足整線效率要求。

8.高速異型煙自動分揀設(shè)備工作效率理論計(jì)算

本次方案采用臥式+立式+虛擬煙倉，分揀系統(tǒng)共6子線，分別是臥式煙倉（前后出煙）2條子線，立式煙倉2條子線，虛擬煙倉前后各1條子線；雙打碼、雙包裝的復(fù)合型分揀線。系統(tǒng)分揀效率受訂單結(jié)構(gòu)影響很大，需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)分析，才能得到較為接近實(shí)際的分揀效率值，分揀效率計(jì)算表，如表2。

系統(tǒng)分揀效率受訂單結(jié)構(gòu)影響很大，需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)分析，才能得到較為接近實(shí)際的分揀效率值。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分揀能力的核算說明：

（1）訂單間距：A1= 4個空托盤/單

（2）訂單長度：平均訂單15.53條/單，其中細(xì)支煙11.09條/單，類標(biāo)煙1.36條/單，異型煙3.09條/單。

（3）出煙速度：C1=10800條/小時（ 3條/秒），系統(tǒng)有效工作系數(shù)：η=0.8（受合單等待、故障、報(bào)警停機(jī)等因素影響）

（4）主線數(shù)：2主線，每條主線分2條子線，分揀任務(wù)按1：1（虛擬煙倉分揀量忽略不計(jì)）。

（5）前主線子線1分揀效率：D1= [C1 /（A1+B1）]＊B1 =[10800 /（4+5.545）]＊5.545 ≈6259.8條/小時

（6）前主線子線2分揀效率：D2=[C1/(A1+B2+B3)]＊(B2+B3) =[10800 /（4+0.68+1.545）]＊(0.68+1.545) ≈3860.24條/小時

（7）后主線子線1分揀效率：D3= [C1 /（A1+B1）]＊B1 =[10800 /（4+5.545）]＊5.545 ≈6259.8條/小時

（8）后主線子線2分揀效率：D4=[C1/(A1+B2+B3)]＊(B2+B3) =[10800 /（4+0.68+1.545）]＊(0.68+1.545) ≈3860.24條/小時

（9）有效作業(yè)能力效率:α=[(D1+D2)/（10800+3000)]＊100% =78%

系統(tǒng)分揀包裝能力d=（D1+D2+D3+D4）＊α =（6259.8+3860.24+6259.8+3860.24）＊78% =15729.65條/小時（10）系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)分揀效率：

D=d＊ η=15729.65＊0.8=12583.72條/小時

根據(jù)理論計(jì)算分析，結(jié)合以往實(shí)際工程案例經(jīng)驗(yàn)，本分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)分揀效率可達(dá)12583.72條/小時，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

9.高速異型煙自動分揀設(shè)備工作效率的仿真分析

本次對陜西省煙草公司西安市公司高速異型煙分揀系統(tǒng)仿真采用的是Tecnomatix Plant Simulation 9物流系統(tǒng)仿真軟件，如圖3。

為了能夠更好地模擬物流中心系統(tǒng)的運(yùn)行情況，首先對物流中心各個部分按照已有的系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行1:1建模，并按照實(shí)際運(yùn)行時需要的各種參數(shù)賦予模型中的各個設(shè)備，按照現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行時的控制方法編寫該系統(tǒng)仿真的各種控制策略。

方案布局，見圖4；仿真建模，見圖5。

如圖5所示，仿真模型由仿真模型控制模塊、臥式分揀機(jī)、立式分揀機(jī)、輸送系統(tǒng)、打碼機(jī)構(gòu)、包裝機(jī)構(gòu)等模塊組成。

通過導(dǎo)入優(yōu)化的訂單數(shù)據(jù)，運(yùn)行仿真模型，收集效率數(shù)據(jù)。通過導(dǎo)入真實(shí)的訂單數(shù)據(jù)，驗(yàn)證高速異型煙分揀系統(tǒng)的效率，得出各個分揀系統(tǒng)模塊效率均滿足系統(tǒng)需求，且各模塊連接處反應(yīng)時間短，運(yùn)行時穩(wěn)定度高的結(jié)論。

因包裝機(jī)效率對細(xì)支煙與異形煙的占比影響太大，異形煙占比大于37%時，包裝機(jī)效率小于11721條/小時；根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)細(xì)支煙平均占比為72%，分揀效率平均值為15248條/小時。參照設(shè)備效率耗損系數(shù)0.8，則最終分揀平均效率為12198.4條/小時，滿足12000條/小時的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

表2 西安煙草異型煙分揀效率計(jì)算表

圖3 Tecnomatix Plant Simulation 9物流系統(tǒng)仿真軟件

圖4 方案布局

圖5 仿真模型

四、高速異型煙自動分揀設(shè)備應(yīng)用

經(jīng)過一系列的調(diào)研、數(shù)據(jù)分析、理論計(jì)算、仿真分析，確定了高速分揀設(shè)備的設(shè)備形態(tài)、分揀路線、包裝模式，最終確定了實(shí)施方案，并于2019年2月份在西安市煙草公司物流分公司投入使用，目前峰值分揀線效率達(dá)到15000條/小時，系統(tǒng)平均分揀效率達(dá)到12000條/小時。

五、使用結(jié)論

結(jié)合設(shè)計(jì)研究及實(shí)際使用，整個分揀系統(tǒng)工作效率已能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定的12000條/小時，遠(yuǎn)超過行業(yè)內(nèi)目前異型煙分揀線2600條～3600條/小時的效率，使分揀效率提高了300%，很大程度上解決了目前異型煙分揀和銷售之間的矛盾，是行業(yè)內(nèi)一次技術(shù)跨越和整體前進(jìn)。后期仍需要繼續(xù)研究和完善，力爭使這個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步高速分揀，穩(wěn)定分揀效率達(dá)到12000條/小時。