独具创新性的红河卷烟厂配方库物流系统

文/本刊记者 江 宏

位于云南省弥勒市的红河卷烟厂早在20世纪90年代就率先建成了国内领先的物流自动化系统。随着烟草行业市场需求变化以及技术不断发展进步，老工厂在生产用地、工艺装备技术、信息化、智能化等方面已不能满足新的形势和要求。为此，红河卷烟厂从2012年开始谋划工厂易地技术改造项目，新工厂物流系统项目实现了“国际一流、国内领先”的建设目标，再次成为烟草行业物流标杆。卷烟生产企业的物流系统多而复杂，限于篇幅，本文重点介绍由昆船智能公司规划建设的红河卷烟厂配方库物流系统的多项创新技术及其应用价值。

项目背景与概况

红河卷烟厂在生产与物流的信息化、自动化方面一直走在行业前列。由红河卷烟厂与昆明船舶设备集团有限公司联合开发的物流自动化系统（含配方库、辅料库、成品库、备件库），于1997年规划建设，1999年投入全面运行，该项目成为国内烟草行业的示范性项目，并于2003年荣获国家科技进步二等奖。经过“九五”、“十五”就地技改后，红河卷烟厂的生产规模已达到100万箱/年。2017年共生产卷烟成品100.8万箱。

随着弥勒市的不断发展，红河卷烟厂老厂区已经属于城市核心区域，每天有很多到工厂送料、进货的大型货车穿行在城市中，给交通和环境都带来一定影响。同时，在智能制造、数字化转型的大趋势下，卷烟制丝、卷接包等加工工艺也发生了变化，企业需要更新生产设备与信息系统，提高自动化、数字化与智能化水平。而整个老工厂占地面积只有123亩，难以满足工艺装备技术升级对生产用地的需求。于是红河卷烟厂决定重新选址，实施易地技术改造项目。新厂区位于弥勒市星田烟草工业园区，占地面积600亩，总建筑面积约10.6万平方米。

红河卷烟厂物流部部长黄慧鸿

红河卷烟厂物流部部长黄慧鸿在企业工作了二十多年，对整个项目建设情况了如指掌。据了解，与其他企业不同，红河卷烟厂物流部的职能更多，涉及整个工厂包括各个车间的物流运作管理、物流系统管理、作业人员管理等方方面面。他告诉记者，易地技术改造项目从2012年开始规划，按照“四高一严一注重”，即高起点规划、高水平设计、高质量施工、高效率运作，严格执行国家烟草专卖局技改项目规范运作要求，注重技改全过程的审计管理工作，来规划设计、建设新工厂。希望通过易地技术改造项目，提高装备、工艺、质量、过程控制水平，实现智能化、精细化和柔性化的加工模式，推进技术进步和产品升级。根据集团的品牌发展目标要求，把红河卷烟厂打造成技术一流、管理一流、产品质量一流、经济效益一流的现代化卷烟生产企业，全面提升红云红河集团的工艺技术水平和特色加工能力，更好地实现与集团的品牌对接。

红河卷烟厂花园式工厂

企业概况

红河卷红河卷烟厂是红云红河集团核心骨干生产厂之一，于1985年筹建，1987年试产，1988年投产；2004年与昭通卷烟厂联合重组成立红河卷烟总厂，2005年新疆卷烟厂加入红河卷烟总厂；2007年5月18日，红河烟草（集团）有限责任公司正式挂牌成立；2008年11月8日，红云烟草（集团）有限责任公司与红河烟草（集团）有限责任公司合并重组，共同组建成红云红河烟草（集团）有限责任公司。

以“国际一流、国内领先”为建设目标的新工厂物流系统项目，由配方库物流子系统、辅料库物流子系统、成品库物流子系统、箱式贮叶库物流子系统、箱式贮丝库物流子系统五个部分组成。五大物流系统都包含输送、存储各物料的相关物流设备和软件系统，软件系统包括WMS系统、WCS系统、监控客户端软件、电控监控系统等。物流系统按照生产能力600亿支（120万箱）/年设计，并考虑1.25的综合不均衡系数。其中，由昆船智能公司规划并实施的配方库物流系统，负责制丝生产原料——片烟的收发存管理，以诸多创新技术的成功应用成为亮点。

配方库物流系统设计与建设

新红河卷烟厂配置了综合能力为16900kg/h的新型制丝生产线，新增3条4800kg/h的制叶丝线，1条2500kg/h的制梗丝线；设置1条4000kg/h的特殊组分回潮旁线，主要用于薄片的单独回潮。制丝线可同时生产3个模块，卷接包生产能力600亿支（120万箱）/年，每班可同时生产12个卷烟规格，卷接包及滤棒成型可适应小规格、订单化生产。

1.设计目标

配方库物流系统需满足以下生产能力要求：

（1）制丝线生产能力：制丝1号线、2号线、3号线，每条线的最大生产能力6000kg/小时，每批次最大投料量8000kg；薄片处理线最大生产能力4000kg/小时，每批次最大投料量4000kg。

（2）制丝线叶片最小投料单元：200kg。

（3）薄片处理线最小投料单元：160kg。

（4）叶片单箱消耗量：35.5kg/箱。

（5）制丝线最大投料能力：3×6000/200+4000/160=115包/小时。

黄部长告诉记者，从整个生产流程来看，烟叶是卷烟生产最核心的原料，配方是拉动生产的源头，起到牵一发而动全身的关键作用。配方库作为整个工厂物流系统的第一个重要环节，起于原料入库的自动卸包系统，止于垂直升降机之下，包括制丝开包系统前连接的输送设备。配方库的工艺流程和设备布局设计以满足生产需求为最终目的，要求配方物流系统必须与红河卷烟厂的ERP、MES、协同调度系统、排产与仿真系统、数据总线、制丝生产线控制系统、云南中烟《片烟物流跟踪系统》等应用系统进行数据交互。

具体来看，配方库物流系统应满足以下6个方面的要求：

一是所有物料搬运尽量避免人工搬运，采用物流设备完成相关作业，保证高度自动化。

二是设计需考虑系统可靠性，如，配方库一、二楼设计了较多应急入库、出库流程，一旦系统软件、硬件发生故障不能恢复时都有应急流程来满足生产要求。另外，虽然采用烟包自动卸车装置，但为保证入库可靠性，同时设计了备用输送设备入库模式。

三是入出库效率也是系统设计的重要因素，选用双货位堆垛机就是提高入出库效率的最佳方案。

四是系统智能化设计：在配方库物流系统中采用3D数字孪生监控界面，做到智能设备管理，仓库按配方信息化管理等设计，保证计算机信息系统先进可靠。

五是计算机信息系统上联企业级MES系统、ERP系统，同级连接制丝集控系统，下级控制设备运行，保证了所有信息互联互通，集成度高。

六是设备设计风格统一，布局美观、整齐。

烟包自动卸车

烟包先经外形尺寸检测合格和RFID识别后才可入库

组盘机实现烟包与托盘的自动组合

烟包可以通过输送机和往复式穿梭车两条线路同时执行入库作业，增加系统柔性

2.项目建设内容

配方库物流系统项目建设内容包括：整个配方库物流系统工艺流程设计；作业区设备布局设计；物流设备（包括堆垛机及其预埋件，货架及其预埋件，环形穿梭车系统（EMS），出/入库输送机，自动卸车装置，以及辅联、辅助设备等）、电缆桥架和管路、辅联辅助设施的安装调试；电控系统、计算机信息系统、以及与各系统的接口系统程序开发等。昆船智能公司作为配方库项目集成商，提供物流系统集成、安装调试和售后服务，在完全实现原料自动化出/入库管理功能的基础上，保证系统的易用性和扩展性，以及智能化和柔性控制。详见表1。

表1 配方库物流系统组成

3.物流系统主要功能

物流管理信息系统与ERP系统、MES系统、ESB接口、制丝线集控系统等相衔接，完成物流系统中有关配方出库控制、批次质量跟踪、配方排序、紧急补料、巷道组合、成组退库、盘库、抽检等功能。

主要流程

1. 空托盘供给流程

一层入库区开始作业时，空托盘组由堆垛机从立库中取出，通过穿梭车及输送系统送至托盘码分机前的缓存工位，再由托盘码分机拆分成单个空托盘后送至码盘工位，供烟包和薄片烟包码盘使用。

2. 原料烟包入库流程

原料配方物流系统的管理人员安排货车卸货位置。在开始烟包入库的指令发出之前，系统已经为入库做好了准备。货车驶入指定卸货口定位，自动卸车装置移动至货车上的烟包位置，一次夹取两个烟包，放在移动升降输送机上。烟包先经外形尺寸检测和RFID识别，外检不合格和RFID信息读取错误的烟包从异常口剔除，报警提示人工处理。外检和RFID识别合格的烟包经输送机送至烟包组盘机，实现烟包与托盘的自动组合。烟包组盘再次进行外形检测，检测合格的托盘可通过输送机和穿梭车两条线路同时执行入库作业。送至巷道口的托盘系统自动将两个托盘组成一个单元，堆垛机一次叉取两个托盘送入库中指定位置存放。外检不合格的烟包组盘，系统给出声光报警信息，并送到不合格整理站台进行人工整理，整理后再次外形检测入库。

3. 原料烟包/薄片烟包出库流程

计算机信息系统按照生产计划执行各烟包组盘的出库，并按照配方产生出库任务。堆垛机根据计算机管理系统的出库指令从高架库内调出相应的烟包组盘送至二层出库站台，并进行一级信息核对RFID校验，烟包组盘由EMS系统按制丝线投料顺序搬运至卸货站台，送至烟包拆盘机进行烟包与托盘分离。

烟包缓存线上存放的一个批次的烟包准备完成后，进行二级信息核对人工复检，复检后的烟包经垂直升降机送至一楼开包线。

烟包的信息跟踪采用RFID读写设备

4. 空托盘回收流程

由烟包拆盘机分离后产生的空托盘由托盘码分机码垛成组（6个/组），经EMS系统、输送系统及堆垛机送回库中存放。

5. 紧急补料流程

烟包投料时，实物信息错误或开包机处理后发现霉变的烟包，系统将立即从高架库中调出相同规格或替代规格的烟包至紧急补料。进行紧急补料作业时，系统从库中调出补料托盘经穿梭车及输送系统送至一层紧急补料站台。操作人员用人工叉车将烟包送至制丝线紧急补料上料口。

6. 盘库流程

人工在计算机终端上根据烟包组盘入库时的相关信息组合查询库中满足条件的烟包组盘，选择需盘库的托盘。系统从库中依次调出相应托盘经巷道堆垛机、穿梭车及输送系统送至盘库站台，由人工进行核对、检查及处理。处理后的烟包组盘返回库中存放。

7. 抽检流程

人工在计算机终端上根据烟包组盘入库时的相关信息组合查询库中满足条件的烟包组盘，选择需抽检的托盘。系统从库中依次调出相应托盘经巷道堆垛机、穿梭车及输送系统送至抽检站台，由人工进行核对、检查及处理。处理后的烟包组盘返回库中存放。

8. 退库流程

需要退库时，人工在计算机终端上根据烟包组盘相关信息组合查询库中满足条件的烟包组盘，选择需退库的托盘。系统从库中调出退库托盘经巷道堆垛机、穿梭车及输送系统送至退库站台，由人工夹抱车取走烟包。

关键技术及创新点

在双方的共同努力下，配方库物流系统项目在烟草行业实现了多项技术创新应用，主要亮点如下：

1. 双货位堆垛机首次应用在配方库

入库时，根据入库计划或指定的信息，将入库烟包绑定配方，按批入库。高架库输送设备使用双货位堆垛机，即，一台堆垛机上有两个货位，高架库货位设计配套所有相邻货位可以同时取放，堆垛机可以同时取放两个烟包，入出库效率大幅提升，同时增加了库容量。项目使用的货架立柱采用特殊设计，保证任意两个相邻货位的货位间距均一致，符合双货位堆垛机双叉同取同放的叉取范围，提高了堆垛机作业效率。值得一提的是，双货位堆垛机的使用，使堆垛机使用数量从6台减少到4台，也节省了设备投入与仓储占地面积。

2. RFID技术应用

烟包的信息跟踪采用RFID读写设备，在入出库环节自动导入烟包产地、等级、生产时间等相关信息，做到了在仓储全流程烟包信息的实时正向跟踪和反向追溯，准确掌握烟包的位置、状态、库存量等情况。

3. 烟包自动排序出库功能的实现

新工厂建有3条叶丝生产线、1条梗丝生产线。根据工艺要求，配方库需对4条生产线的烟包进行排序出库。本项目在烟草行业率先采用环形穿梭车系统（EMS）配合柔性出库策略，实现大流量的片烟包按照工艺要求自动排序出库，减少了人工干预，系统简洁、高效、灵活性高，可以支持多批次、小批量生产；同时，EMS采用条码定位方式、漏波通信模式等技术，保证了设备故障率较低。

4.自动卸车系统的应用

烟包来自厂区附近的醇化库，采用平板车运输，到货后，通过自动卸车装置将货车与物流系统的入库输送线对接。自动卸车系统采用烟包高度自动检测技术，可以自动感应烟包高度，实现了烟包自动卸车入库，改变了传统的人工驾驶叉车卸货的作业模式，省去了人力成本，提高了入库效率，并避免了因为叉车夹抱而损坏烟包。

5. 柔性调度策略的应用

两个托盘组成一个单元，堆垛机一次叉取两个托盘送入高架库中指定位置

双货位堆垛机首次应用在配方库

烟包顺序经垂直升降机下至一层，进入开包系统前的输送机

率先采用环形穿梭车系统配合柔性出库策略，实现烟包按照工艺要求自动排序出库

烟包入库采用输送机加往复式穿梭车设计方案，入库烟包可通过输送机和穿梭车两条线路入库。系统根据物流路线的实时状况，动态均衡路线流量，大大提高了烟包入库作业效率，实现物流系统柔性化，适合大流量入库作业。

昆船智能公司提供的3D数字孪生系统

6. 电控系统

采用集中管理、分散控制的模式，以PLC作为控制系统的核心，集中处理上位调度指令、完成系统逻辑控制功能。电控系统提供以太网、工业以太网、现场总线等多种通讯接口与通讯协议，能支持与常用自控设备的通讯要求，对于特殊的设备具备专用的接口，满足使用需求。

7. 上位计算机系统

信息系统作为质量信息管理的关键一环，可以实现产品质量的追溯，使烟叶质量在存储以及输送过程中始终能够被监控。配方库项目采用数据访问层、业务逻辑层、界面层的多层体系结构，通过数据库服务器、应用服务器、客户终端机实现系统功能，从硬件、数据库、软件等多方面保证了整个系统安全可靠。

对于配方库项目的先进性与智能化水平，黄慧鸿将其概括为以下七点：1.3D数字孪生监控系统的投入使用，保证物流设备运行场景更加直观，维护人员对设备状态掌控更加方便及时，系统处理更加准确快捷。2.物流系统的自动化程度较高，烟包从卸货开始到出库完毕都采用自动化设备完成，无需人工搬运。3.系统可靠性高，投入运行以来未发生过系统瘫痪故障。4.先进云平台信息技术投入使用，调度系统、数据库、系统管理等重要程序运行于云平台上，稳定性更高。5.较高的出入库效率，与同产量的其他烟厂对比，配方库物流系统使用最少的设备保证了较高的出入库效率。6.按配方进行物料管理，系统可以按配方、按物料入库，在货位上进行配方绑定，出库按配方进行，完成了按配方智能化管理流程，柔性化程度高。7.配方烟包严格按顺序出库，为制丝生产工艺优化提供了技术保障。

据了解，在本项目取得的诸多创新成果中，“一种基于双货位堆垛机的仓库系统及其控制方法”已经申报发明专利（已受理），配方库LED控制系统、配方库PLC数据采集系统申报了软件著作权（已受理）。

实现效果与成功经验

在黄慧鸿看来，融合新技术、新平台、新模式，实现烟草生产数字化转型，是中国烟草行业未来智能制造的发展方向。一方面，要提升生产数字化管理能力，从粗放的生产计划管理到实现精准的仿真排产，对整个生产过程调度和执行进行实时管控，实现透明且实时感知的生产过程管控。另一方面，要提升物流的数字化管理能力，避免目前烟草行业多个独立的业务部门各自管理的模式，对生产物资进行统一的协同管控，按照生产节拍动态调整，同时对相关设备进行作业监控管理。多年来，红河卷烟厂一直以领先的理念高起点规划建设，如今在新工厂物流系统建设上也走在了行业前列。

以红河卷烟厂配方库物流系统为例，项目取得了显著的经济效益与社会效益：一是实现了全面的自动化、信息化、智能化，让企业人员从简单重复的劳动中解放出来，去从事更有价值的工作；二是系统优良的调度、管理功能，让配方仓储的周转率、库存占压资金等物流指标等都达到行业优秀水平；三是系统高度的敏捷性和柔性化程度，支撑工厂快速、准确地响应小批量、多批次、多订单的客户需求，为企业品牌发展发挥了重要的支撑作用。

黄慧鸿认为，物流系统项目的关键环节众多，项目招标、技术方案设计、项目施工等环环相扣，而且随着物流自动化、智慧化成为趋势，项目复杂度日益提升，难点多，挑战大。由于新冠疫情，本项目的施工人员、进口设备、施工材料等如期进场受到了一定影响，但通过项目各方全力协同、紧密合作，最终确保了项目如期交付使用。

对于红河卷烟厂物流系统建设取得的成功经验，黄慧鸿总结为以下四个方面：一是招标文件编制的科学性、合理性、合规性，能够依法依规挑选出最合适承建项目的施工单位；二是对项目实施方案进行深度的设计，宁可磨刀不误砍柴工，通过双方深度的项目规划设计，最大限度地规避返工风险与留有遗憾的风险。三是制定完整详细的项目施工组织方案，确保项目实施的安全、质量、效率。四是用户与施工方深度的技术交流与业务对接，确保项目实施的效果。对于技术选型，他认为，硬件设备的选型，如堆垛机、环形穿梭车等关键设备应选用国际领先品牌，可参照同行业运用较好的品牌；软件的选型，宜采用主流稳定的开发工具。

同时，黄慧鸿对昆船智能公司的服务质量给予了高度评价，他说：“昆船智能公司是国内物流技术领域的优秀企业，实力强劲，他们坚持以客户为中心的服务思想，把最好的技术提供给用户。”