小批量生產(chǎn)模式下貯絲柜進(jìn)柜模型

段林江 吳雨桐 李柯璇

摘要：國家工業(yè)制造2025規(guī)劃文件提出，中國制造業(yè)要從廉價產(chǎn)品制造向高端產(chǎn)品制造轉(zhuǎn)變。煙草行業(yè)也提出要將“低端品牌、大批量”的生產(chǎn)模式向“高端品牌，小批量”的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。而傳統(tǒng)的貯絲柜設(shè)計理念和控制方式已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求。本文主要研究在小批量生產(chǎn)煙絲的情況下，建立新進(jìn)柜模型，在能保障生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，也能保障產(chǎn)品質(zhì)量。并以此模型進(jìn)一步進(jìn)行程序輸出，可參與控制設(shè)備。

關(guān)鍵詞：小批量生產(chǎn)、貯絲柜、進(jìn)柜模型

貯絲柜是煙草制絲生產(chǎn)線中的主要設(shè)備，暫存生產(chǎn)過程中煙葉、轉(zhuǎn)存成品的煙絲。通過在一定溫濕度環(huán)境下存儲，能夠進(jìn)一步使所存儲物料的水分、溫度等工藝指標(biāo)趨于均勻，并且實(shí)現(xiàn)不同種類物料的配比，達(dá)到調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力、均衡生產(chǎn)的目的[1]。

在制絲車間中，貯絲柜一般是按照5000kg的容量設(shè)計的，若采用傳統(tǒng)布料方式，整柜進(jìn)行布料的話，當(dāng)需要生產(chǎn)小批量產(chǎn)品時，按照目前整柜進(jìn)柜的方式貯存煙絲，對1000kg、2000kg和3500kg的煙絲進(jìn)行進(jìn)實(shí)驗(yàn)，并測量了進(jìn)柜后物料隨機(jī)分點(diǎn)的高度，數(shù)據(jù)如表1。

據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，以目前整柜進(jìn)柜的方式貯存煙絲，會導(dǎo)致煙絲的貯存高度過低，按照《卷煙工藝規(guī)范》，儲絲高度應(yīng)小于1200mm;以車間生產(chǎn)設(shè)備測算，當(dāng)物料高度低于500mm時，出柜速度即使最大，也無法供應(yīng)后續(xù)工序使用，不能達(dá)到工藝要求。

因此，當(dāng)生產(chǎn)小批量產(chǎn)品時需要另設(shè)計一個合理的布料模型，不能再采用傳統(tǒng)的整柜布料方式。

在進(jìn)行布料模型設(shè)計前，需要在500mm-1200mm范圍內(nèi)找到一個合適的布料高度。而布料高度在滿足設(shè)備需求和工藝標(biāo)準(zhǔn)后，還對成品煙絲的碎絲率有很大影響，按照《卷煙工藝規(guī)范》，碎絲率應(yīng)≤2%。因此以成品碎絲率作為參考，對不同布料高度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表2：

標(biāo)準(zhǔn)，因此可將布料高度設(shè)定為950mm。

為了在生產(chǎn)時調(diào)用此模型，期望在錄入本批次的煙絲重量、牌號和期望的設(shè)定高度后，該模型就會自動計算出布料長度，并產(chǎn)生直布料車動作命令，使得實(shí)際布料高度達(dá)到最優(yōu)高度。

布料模型結(jié)構(gòu)：

模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)包含長度（百分比）計算、位置解碼和布料車控制3個部分。

1、布料長度計算部分

系統(tǒng)首先依據(jù)本批次的物料重量W、牌號P和目標(biāo)高度H，自動計算出有效布料長度L。

根據(jù)不同牌號的物料重量、物料密度存在的差異情況，根據(jù)不同牌號調(diào)用其摸底數(shù)據(jù)，當(dāng)物料重量為W時，物料密度為ρ，可由下式算得物料體積V：

算出物料體積后，又可由式2算得布料長度L，其中S為貯柜橫截面積：

同一牌號的物料，當(dāng)水分差別不大時，其物料密度ρ為定值。相同類型的貯柜，其橫截面積S相同，綜上，得到本批次的物料進(jìn)柜時的布料長度L：

2、解碼部分

將計算出來的布料長度L，通過PLC運(yùn)算，換算解碼為換向點(diǎn)X坐標(biāo)位置（a），零點(diǎn)Z坐標(biāo)位置（b）。此部分首先需要標(biāo)定零點(diǎn)位置，與長度計算部分得出的布料長度L，利用PLC程序計算出換向點(diǎn)位置。

對于貯絲柜是固定不動的，而布料車相對運(yùn)動的設(shè)備結(jié)構(gòu)，我們將布料車在貯絲柜上的移動距離差來判斷布料車實(shí)際移動過程。此處采用了條形碼識別定位技術(shù)。條形碼是由寬度不同、反射率不同的條（黑色）和空（白色），按照一定的編碼規(guī)則編制而成，用以表達(dá)一組數(shù)字或字母符號信息的圖形標(biāo)識符[2]。選用的一維條形碼，通過EAN-13碼[3]對其編碼，使其具有不同且相鄰連續(xù)的位置信息[4]。在布料車邊緣貼條碼帶，在貯絲柜中間的邊緣設(shè)置條碼閱讀器，通過條碼閱讀器來讀取條碼并獲取跑車實(shí)際位置。條形碼閱讀器用來讀取條形碼信息，并通過通訊接口將數(shù)據(jù)上傳至PLC，PLC負(fù)責(zé)條形碼數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、識別、解釋[5]，通過PLC計算與上一次條形碼閱讀器獲得的布料車位置坐標(biāo)求差值，來判斷布料車實(shí)際相對于貯絲柜移動了多少距離。

此時，若標(biāo)定零點(diǎn)b為柜頭，PLC讀取條形碼閱讀器獲得布料車位置信息c，獲得c1為布料車相對零點(diǎn)位置，與長度計算部分得出的布料長度L相加減，獲得換向點(diǎn)a的條碼位置信息，解碼后獲得c2為布料車相對換向點(diǎn)位置。

3、布料車控制部分

通過PLC實(shí)時對比相對換向點(diǎn)c2、相對零點(diǎn)c1和布料車實(shí)際位置c坐標(biāo)，確定布料車的運(yùn)行方向。通過順序控制方式，與解碼部分得出的相對換向點(diǎn)c2和相對零點(diǎn)c1，來控制布料車。當(dāng)開始進(jìn)料時，第一步將布料車移動到c=c1的位置，進(jìn)行柜內(nèi)布料，第二步當(dāng)c1

布料車采用雙向饋電器控制，向左和向右運(yùn)行時，通過PLC輸出至相關(guān)的Q點(diǎn)，就實(shí)現(xiàn)了布料車的控制。

最后運(yùn)用STEP7編程將三部分合在一起，部分程序及其調(diào)用結(jié)構(gòu)如下：

本文從煙草行業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?nèi)胧?，對小批量煙絲生產(chǎn)的進(jìn)柜方式模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、研究，并將研究結(jié)果形成程序輸出。在未來，我們還要繼續(xù)研究如何將模型實(shí)際應(yīng)用到生產(chǎn)中去。

參考文獻(xiàn)

[1]張廣標(biāo)，陳瑩. 制絲貯柜牌號識別系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2015（19）：1.

[2]陶勝. 一維條形碼生成與知識技術(shù)[J]. 電腦編程技巧與維護(hù)，2010（7）：6.

[3]鐘書成，陳曉紅. 一維條碼識別系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J]. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報，2006（z1）：5.

[4]鄧澤峰，熊有倫，黃小鵬. 圖像式一維條碼識別的三重編碼方法[J]. 光電工程，2010，37（3）.

[5]孫憲明，金立軍. 基于一般條形碼閱讀器實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)采集與識別的應(yīng)甩設(shè)計[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007.

作者簡介：段林江，男，籍貫云南省楚雄市，生于1990年8月15日，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，就職于紅塔煙草（集團(tuán)）責(zé)任有限公司玉溪卷煙廠，主要研究方向是煙草制絲工藝及設(shè)備。