條煙全品規(guī)分揀系統(tǒng)解決方案在滄州煙草的應(yīng)用

文 / 朱玲 鄭國峰 翟建利 楊漾 張罡宇

1.昆船智能技術(shù)股份有限公司 2.河北省煙草公司滄州市公司

近年來異型煙銷量占比越來越大，為化解異型煙的自動分揀難題，滄州煙草攜手昆船智能，開發(fā)并實(shí)施了由全品規(guī)自動拆垛技術(shù)、全品規(guī)備貨技術(shù)、全品規(guī)分揀技術(shù)、全品規(guī)包裝技術(shù)等構(gòu)成的條煙全品規(guī)分揀解決方案，取得了省時省力、減人高效的應(yīng)用效果，其技術(shù)和經(jīng)驗值得行業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。

近年來，以細(xì)支卷煙為代表的異型煙不斷發(fā)展，銷售量逐年遞增，成為卷煙行業(yè)深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革過程中的新機(jī)遇，也使煙草商業(yè)企業(yè)的異型煙分揀工作直面新挑戰(zhàn)。隨著異型煙分揀量增大，不同品規(guī)、包裝各異、訂單離散的異型煙如何實(shí)現(xiàn)自動分揀，成為擺在煙草商業(yè)企業(yè)面前的共性難題。為此，各地紛紛進(jìn)行有益探索，對傳統(tǒng)分揀線進(jìn)行技術(shù)改造并取得顯著效果。

一、項目背景

在煙草行業(yè)，卷煙配送中心大部分已建成的自動化物流系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙（含細(xì)支煙）分開分揀的作業(yè)方式。標(biāo)準(zhǔn)煙的分揀，基本都已采用全自動分揀線或半自動分揀線。而異型煙由于以前銷量不大、尺寸不規(guī)則，實(shí)現(xiàn)自動化分揀的難度大，因而其分揀基本采用人工分揀作業(yè)或自動化程度較低的半自動分揀線。

標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙分開分揀作業(yè)，所帶來的問題逐漸顯現(xiàn)：

1.在卷煙銷售市場變化的情況下，分揀線無法很好地適應(yīng)未來品牌變化的需要。

2.標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙分開分揀，使分揀作業(yè)流程增加；分揀訂單拆成標(biāo)準(zhǔn)煙、異型煙兩部分；客戶完整訂單需要進(jìn)行再合單處理；因訂單拆分造成包裹數(shù)量增多，使包裝環(huán)節(jié)成本上升。

3.標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙分開分揀，由于訂單波動較大，很難保證標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙的分揀作業(yè)同步完成，造成兩者分揀相互等待，設(shè)備利用率不均衡。

4.標(biāo)準(zhǔn)煙與異型煙分開分揀，無論銷量大小，煙草公司都需配置至少1條標(biāo)準(zhǔn)煙分揀線和1條異型煙分揀線，使設(shè)備投資增加。

在河北省煙草公司滄州市公司（簡稱“滄州煙草”）看來，目前對分揀線局部的設(shè)備更新、流程優(yōu)化和技術(shù)升級，很難突破制約異型煙分揀的關(guān)鍵瓶頸，必須瞄準(zhǔn)最新技術(shù)，對分揀線進(jìn)行整體性技術(shù)改造。因此，2021年按照河北省煙草專賣局（公司）“著力提升物流現(xiàn)代化水平，高質(zhì)高效全面實(shí)施物流技改”要求，滄州煙草專賣局（公司）明確了“高度自動化、高度信息化、高度智能化”的技改原則，著力推進(jìn)物流分揀配送轉(zhuǎn)型升級；作為行業(yè)“全品規(guī)一包”自動化物流技改項目的首批實(shí)施單位，沒有可參考的經(jīng)驗、可借鑒的成果和可復(fù)制的模式。滄州煙草通過“走出去”實(shí)地調(diào)研，“請進(jìn)來”科學(xué)研討，最終確定“拆除現(xiàn)有三條分揀線，同時新建兩條三標(biāo)合一全品規(guī)高速分揀線，單條分揀線效率25000條/小時以上”的技改目標(biāo)，開啟了河北省煙草商業(yè)系統(tǒng)分揀技術(shù)革新的破冰之旅。

二、改造方案

通過卷煙分揀全工藝流程分析，昆船智能2021年9月中標(biāo)并設(shè)計實(shí)施了滄州煙草全品規(guī)智慧卷煙分揀系統(tǒng)項目。該系統(tǒng)組成主要包括：全規(guī)格件煙拆碼垛機(jī)器人、全規(guī)格件煙存儲的多穿系統(tǒng)、標(biāo)細(xì)件煙存儲的倍速鏈緩存系統(tǒng)、標(biāo)細(xì)中短自動劃開箱、標(biāo)細(xì)中短臥式分揀主機(jī)、標(biāo)細(xì)異立式分揀主機(jī)、條煙緩存模塊、全規(guī)格件煙包裝設(shè)備，以及電控系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。

1.全規(guī)格拆碼垛機(jī)器人

通過3D視覺引導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)四個功能：全品規(guī)拆碼垛、視覺引導(dǎo)自動拆碼垛、全品規(guī)輸送設(shè)備、圖像識別件煙碼。3D視覺識別+關(guān)節(jié)機(jī)器人組合拆垛系統(tǒng)，見圖1。

2.多穿小車

傳統(tǒng)的多穿小車因貨叉不可伸縮夾抱，無法滿足大范圍變化尺寸的物料。本項目中的全品規(guī)多穿緩存系統(tǒng)（見圖2）采用的多穿小車（見圖3），通過伸縮夾抱貨叉可適應(yīng)不同規(guī)格尺寸的件煙存取作業(yè)，實(shí)現(xiàn)全品規(guī)存儲。同時，利用多穿貨位離散存儲、貨位周轉(zhuǎn)率高的特性，實(shí)現(xiàn)特異型件煙、標(biāo)準(zhǔn)煙、細(xì)支煙、中支煙、短支煙的備貨暫存。

圖2 全品規(guī)多穿緩存系統(tǒng)

圖3 可伸縮夾抱多穿小車

3.可存儲標(biāo)細(xì)件煙的倍速鏈緩存系統(tǒng)

利用倍速鏈的單通道、單品規(guī)存儲的批存儲屬性，實(shí)現(xiàn)大品規(guī)標(biāo)準(zhǔn)煙、細(xì)支煙、中支煙件煙的存儲。倍速鏈緩存系統(tǒng)，見圖4；雙層倍速鏈布置示意圖，見圖5。

圖4 倍速鏈緩存系統(tǒng)

圖5 雙層倍速鏈布置示意圖

4.標(biāo)、細(xì)、中、短一體自動劃開箱

傳統(tǒng)劃開箱機(jī)只能處理標(biāo)準(zhǔn)煙或只能處理細(xì)支煙，不能混合處理多種規(guī)格的件煙。自動劃開箱機(jī)（見圖6）采用多工位并行作業(yè)模式，卷煙自動對中，劃刀自動對中，可以適應(yīng)不同規(guī)格卷煙的劃開箱作業(yè)，品牌適應(yīng)度高，可滿足未來品牌變化需求，自動處理點(diǎn)膠，實(shí)現(xiàn)了全品規(guī)（標(biāo)、細(xì)、中、短）件煙共線自動劃開箱作業(yè)，提高了物流自動化水平。

圖6 標(biāo)、細(xì)、中、短全品規(guī)件煙自動劃開箱機(jī)

5.雙邊分揀煙倉可調(diào)立式機(jī)

傳統(tǒng)立式分揀采用單邊分揀，本項目中的立式機(jī)（見圖7）采用雙邊分揀模式。通過雙邊分揀可實(shí)現(xiàn)同時兩個訂單一起分揀，與單邊一個訂單分揀完再分揀下一個訂單相比，其效率大幅提升。雙邊分揀立式機(jī)適應(yīng)標(biāo)、細(xì)、異分揀，煙倉靈活可調(diào)，雙邊撥打，后續(xù)輸送設(shè)備布置簡單。

圖7 雙邊分揀立式機(jī)

6.雙邊分揀可調(diào)臥式機(jī)

目前的臥式機(jī)大多無法適應(yīng)全部細(xì)支煙及中支煙分揀，本項目中采用的臥式機(jī)（見圖8）則可滿足標(biāo)、細(xì)、中條煙的分揀，滿足絕大部分品規(guī)的自動補(bǔ)貨、自動分揀；實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)倉，進(jìn)行單元之間的分揀均衡。

圖8 雙邊分揀臥式機(jī)

7.緩存

根據(jù)未來分揀的特點(diǎn)，為自動分揀更多品規(guī)，針對標(biāo)準(zhǔn)煙和細(xì)支煙采用無間隙密集存儲的計數(shù)分發(fā)機(jī)進(jìn)行合流，針對中支煙等進(jìn)行擋板合流，通過專業(yè)設(shè)備相結(jié)合的形式，滿足不同卷煙緩存要求。未來分揀作業(yè)可以采用不同的緩存模式，來實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格條煙的分揀。S彎緩存，見圖9。

8.雙堆疊包裝機(jī)

現(xiàn)有包裝機(jī)為多入口且相互不均衡，影響堆疊效率，出包效率不能充分發(fā)揮。本項目中，包裝機(jī)（見圖10）采用雙堆疊模式，一次堆疊兩個訂單，標(biāo)、細(xì)之間無訂單間隔，提高分揀效率；入口柔性分配，堆疊后二級緩存，提高合流效率；伺服電機(jī)控制，減少用氣，提高系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性。

圖10 四入口雙堆疊包裝機(jī)

9.托盤、件煙和條煙分揀的3D 數(shù)字孿生系統(tǒng)

3D數(shù)字孿生系統(tǒng)對任務(wù)進(jìn)行實(shí)時跟蹤，通過移動終端進(jìn)行人機(jī)交互，人工查找差錯較簡單，盤點(diǎn)、核對快速作業(yè)，維護(hù)、保養(yǎng)直觀高效；支持按照1:1比例對企業(yè)地形、地貌、建筑、分揀線結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備進(jìn)行精確建模。該系統(tǒng)有多種視角（自由視角、俯視視角、鳥瞰視角），管理員可以根據(jù)需要保存視角便于切換。系統(tǒng)能夠?qū)Ω黝悪C(jī)械設(shè)備在采集信息后模擬其標(biāo)準(zhǔn)動作的動畫。

3D數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠?qū)Ψ謷ǖ纼?nèi)條煙品牌、數(shù)量的實(shí)時狀態(tài)直觀顯示；可實(shí)時同步顯示分揀任務(wù)執(zhí)行信息；同步顯示條煙所處位置；方便操作人員進(jìn)行任務(wù)進(jìn)度查詢，條煙核查。

系統(tǒng)可進(jìn)行可視化故障定位，對各類報警進(jìn)行分類管理；實(shí)時顯示設(shè)備狀態(tài)信息；自動推出報警提示及定位到三維場景相應(yīng)的設(shè)備上；結(jié)合設(shè)備管理系統(tǒng)可以顯示零部件歷史故障信息及維修記錄。

圖11 邊分揀邊輸送裝車模式

圖12 數(shù)字孿生技術(shù)（托盤及件煙作業(yè)）

三、技術(shù)亮點(diǎn)

1.工藝創(chuàng)新：實(shí)現(xiàn)全品規(guī)自動拆碼垛工藝、全品規(guī)多穿備貨工藝、可調(diào)煙倉的條煙分揀工藝、無間隙密集存儲+擋板緩存的組合合流工藝、新型雙堆疊包裝工藝。

2.設(shè)備創(chuàng)新：在工藝創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，實(shí)施應(yīng)用了全品規(guī)拆碼垛機(jī)器人、圖像識別系統(tǒng)、標(biāo)細(xì)中短自動劃開箱機(jī)、標(biāo)細(xì)中短雙邊分揀可調(diào)煙倉臥式分揀機(jī)、標(biāo)異雙邊分揀可調(diào)煙倉立式機(jī)、雙堆疊包裝機(jī)等諸多新型設(shè)備。

3.控制創(chuàng)新：具有模塊化特性、外觀簡潔、施工維護(hù)方便的電控硬件架構(gòu)設(shè)計；實(shí)現(xiàn)雙邊并行分揀控制技

4.信息系統(tǒng)：采用3D可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配送中心條煙、件煙、托盤的實(shí)時跟蹤與核查。業(yè)務(wù)功能覆蓋商業(yè)到貨、倉儲、備貨、補(bǔ)貨、分揀等全業(yè)務(wù)流程。系統(tǒng)兼容新型分揀設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全品規(guī)分揀、補(bǔ)貨需求；實(shí)現(xiàn)了煙草商業(yè)行業(yè)內(nèi)全部三大類物料——托盤、件煙、條煙的作業(yè)工藝及設(shè)備的全面數(shù)字孿生技術(shù)。

四、實(shí)施效果

滄州煙草通過上述改造內(nèi)容，同時針對配送中心進(jìn)行收貨分區(qū)策略、入庫策略、補(bǔ)貨策略、排程策略等策略的設(shè)計實(shí)現(xiàn)，可支持通過策略的靈活配置來適應(yīng)不同行業(yè)的配送中心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)組件和流程可裝配化。通過技術(shù)改造，為滄州煙草帶來巨大價值：以前每次裝貨，送貨車前都要擺3個籠車，分別裝標(biāo)準(zhǔn)煙、細(xì)支煙、特異型煙，作業(yè)人員需要拿著送貨小票，從3個籠車?yán)镏饌€查找；來到客戶店里，還要再與客戶逐一核對3個煙包?，F(xiàn)在，無論裝車還是與客戶核對，都只有1個煙包，更加省時省力。

自2022年4月該系統(tǒng)在滄州煙草落地以來，兩條“全品規(guī)一包”分揀線的分揀效率持續(xù)穩(wěn)步提升，最高平均效率達(dá)31700條/小時，是技改前分揀效率的2.4倍；日均卷煙分揀時間減少4個小時，分揀操作人員由57人優(yōu)化為44人；送貨響應(yīng)時間由原來的43.39個小時縮減到24個小時，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

滄州煙草技改項目，只是推動卷煙物流高質(zhì)量發(fā)展的一個新起點(diǎn)。通過本項目實(shí)施后編制物流中心全流程、全要素、全環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系文件，將逐步建立和完善實(shí)用資產(chǎn)的配置標(biāo)準(zhǔn)、使用標(biāo)準(zhǔn)、處置標(biāo)準(zhǔn)、制度標(biāo)準(zhǔn)、流程標(biāo)準(zhǔn)、評價標(biāo)準(zhǔn)、形象標(biāo)準(zhǔn)等制度體系，能為煙草行業(yè)其他技改項目提供更多借鑒及經(jīng)驗。