卷烟全品规自动分拣解决方案分析

文/陈向辉

国内烟草商业物流配送中心多数为十年前规划建设，随着近年来卷烟销量的不断增加，同时卷烟销售品种及异型烟所占比例不断上升，现有分拣设备无法支撑卷烟全品规投放，无法有效满足消费者个性化、多样化的需求。针对以上问题，亟待引入创新技术方案对配送中心进行改造。本文以唐山市公司卷烟物流配送中心技改项目为例，介绍了全品规自动分拣解决方案的实现方法与技术创新点。

一、改造必要性

唐山市公司卷烟物流配送中心于2008年5月施工，2009年11月投入使用。承担着全市卷烟的仓储、分拣、配送任务。仓储区，采用自动化立体高架库存储模式，分为3条巷道，9层73列货架，高21米，纵深87米，有3942个托盘位，最大储量为11.6万件。备货区，占地700平方米，采用吊装式重力货架设计，共有44个仓道，其中3个是混合仓道，每个仓道能存储卷烟35件，件烟库最大存储能力为1540件，日均容纳常规烟约为80～90种。分拣区，原有3条半自动全品规分拣线，单条分拣线综合效率12000条/小时左右。

该配送中心改造升级的必要性体现在四个方面：

1.设备老化，故障多发

高架库运行12年，未进行任何改造升级，堆垛机、穿梭车、输送机等设备故障频发，轨道磨损严重，停位故障较多，大大降低了设备的运行效率，进而影响出入库效率。

2.全品规分拣改造不彻底、不全面

3条半自动分拣线虽然实现了全品规分拣包装，但主要是基于老线改造实现的，存在烟仓配备不够、分布不合理、适应销售结构变化能力较差、作业环节复杂、没有形成统一的系统等问题，导致用人过多，加之主线老化严重，补货小车、烟仓、主线故障频发，分拣效率不够稳定，波动较大。随着卷烟销量的不断增加及供给侧改革的不断深入，卷烟销售品种及异型烟所占比例将进一步增加，现有分拣设备无法支撑卷烟全品规投放，无法有效满足消费者个性化、多样化的需求，严重制约了卷烟经营的新需求。

3.备货模式不匹配，无异型烟备货补货系统

全品规分拣改造前，备货环节与分拣模式已不匹配，常规烟备货设有44个仓道的件烟库，异型烟备货仍需集中时间备货，采用人工操作出库、人工分拣领用扫码等作业，存在备货差错率高、扫码不准确等情况。而且由于异型烟占比较高，分拣量较大，分拣区需存放过多的异型烟，现场混乱，易出现分拣差错。受异型烟分拣待分区场地限制，部分异型烟仍需存放在待分区以外，需在分拣过程中人工往返搬运。因此，异型烟备货需专门设置6人备货组进行异型烟备货作业、2人出库分拣领用扫码作业和3人分拣过程中补货作业，人员需求多，搬运作业量大。

图1 改造后的配送中心效果图

图2 备货道

图3 件烟多穿库

图4 分拣线布置

4.自动化程度较低

改造前，入库作业采用的是人工码垛入库方式；出库作业采用的是人工拆盘出库方式；开箱补货采用的是人工开箱补货方式。

二、改造内容

该项目技改方案主要包括以下方面：

1.仓储区改造

（1）新增自动拆码盘装置，更新堆垛机，提升自动化水平；

（2）适当增加备货道，增加大品规标准烟、细支烟、中支烟、短支烟的备货量，满足后续全品规分拣的需求；

（3）建立储分一体系统的多穿库，具备小品规卷烟及异型烟的自动备货功能，实现全品规卷烟的自动备货。

2.分拣线改造

对原有联合工房分拣区进行改造，建设2条可适应全品规分拣的高速分拣线，单线实际分拣效率达到25000条/小时。

3.相关辅助配套设备设施建设

为保证升级改造后的分拣设备性能及运行稳定性，对相关的强、弱电线路进行梳理，针对网络传输进行重新规划；根据新增分拣设备的用气要求对气动管路进行改造，保证设备安装调试期间分拣顺利进行；对现有重力式备货架电控及调度系统进行升级更换，实现系统的统一性。

4.信息系统建设

建立起一套与分拣系统配套的信息化、数字化、集成化、网络化、可视化、柔性化的信息系统，为实现与全省统一建设的智慧物流平台对接做好前期准备工作。

本次改造项目从卷烟入库到发货各环节都能够实现全品规卷烟处理，特别是提供了完整的全品规卷烟共线高速自动分拣解决方案，符合中烟发展战略，具有行业示范推广意义。

三、实现全品规分拣改造措施及特点

分拣系统是该技改项目的重中之重。本次改造提供了完整的全品规解决方案，从卷烟入库到发货各环节都能够实现全品规卷烟处理。各区域全品规处理改造措施如下：

1.入库区

采用自动码盘+人工码盘相结合的方式，用于标准烟和部分细支烟、中支烟和短支烟码盘，小品规卷烟及异型烟通过人工码盘入库，实现了全品规卷烟自动码盘入库。

2.出库区

采用自动拆盘+人工拆盘相结合的方式，用于标准烟和部分细支烟、中支烟和短支烟拆盘，小品规卷烟及异型烟通过人工拆盘出库，实现了全品规卷烟自动拆盘出库。

3.储分一体区

采用备货道+多穿库模式，备货道负责标准烟、细支烟中销量较大的品规备货，多穿库采用宽度可调多层穿梭车，负责小品规卷烟及异型烟的备货，实现了全品规卷烟自动备货。

图5 条烟卧式分拣机

图7 条烟皮带线

4.分拣区

配置了2条全品规分拣线，单线实际分拣能力≥25000条/小时。全品规分拣线包含完整的全品规解决方案，采用自动开箱机系统、条烟补货小车、条烟卧式分拣机、条烟立式分拣机、全品规自动包装机，实现标准烟、短支烟、细支烟和中支烟共线开箱、共线补货、全品规共线分拣、在线自动打码、自动合单、自动包装、自动贴标。同时，充分考虑现有分拣场地实际情况，通过搭建平台的方式，将卧式机置于平台上方，立式机、包装机置于平台下方，提高空间利用率。系统采用多层子线并行分拣的方式，可以按订单实现多品种、多频次、小批量的分拣，并实现在线自动合单、自动打码、自动包装、自动贴标的功能。

图8 全品规划箱机

图9 细支烟、中支烟开箱机

图10 全品规卷烟包装机

5.划、开箱环节

分拣线配置的自动划箱机与自动开箱机具备兼容功能，可满足标准烟、细支烟、短支烟、中支烟等大品规卷烟的自动开箱需求。其余小品规卷烟及异型烟在钢平台下方的立式烟仓分拣，由人工完成开箱补货作业。

6.包装环节

每台包装机包含2个入口（1个入口采用自动翻板堆叠，1个入口采用推杆自动堆叠），采用了预堆叠合单策略，即一个通道采取翻板叠烟的方式自动堆叠标准烟、细支烟，另一个通道采取推杆自动叠烟的方式自动堆叠中支烟、短支烟和异型烟。卧式机分拣的标准烟和细支烟经打码后，由钢平台上输送至下层分拣线进入包装机标翻板叠烟工位；卧式机分拣的中支烟和短支烟经打码后，由钢平台上输送至下层分拣线侧堆叠烟工位。从而实现全品规卷烟共线分拣、独立堆叠、在线合单包装的分拣需求，减少设备重复投资，降低项目建设成本。基本实现零售户所订卷烟“一包烟”包装。

本次改造通过应用成熟的条烟分拣技术，建立了一个数字化、集成化、网络化、可视化、柔性化的智能分拣系统，在保证分拣差错率、破损率符合行业要求的前提下，整合分拣设备资源，将分拣效率提升到50000条/小时（2条全品规分拣线），提高分拣设备利用率和效率，提升分拣准确性，极大降低工人劳动强度，减少分拣用工数，解决设备老化、设备配置与品规增长不匹配等问题，使作业现场清晰、简洁、有序、高效。

四、技术创新点

（1）全品规总体方案设计创新

该方案借助大数据分析，研究异型烟与标准烟的特征差异与共性特征，不同卷烟混包的虚拟垛形设计，全品规共线分拣效率影响与补偿技术，共线分拣对装备技术创新的需求等。在大量研究计算及仿真评估验证的基础上，确定了最终解决方案。该方案保证了分拣系统、备货系统和出入库系统各个环节均能够实现全品规卷烟共线自动化处理，且保证效率不受影响。

（2）提高备货能力与兼容设计

采用备货道+多穿库的备货模式，备货道负责标准烟、细支烟中销量较大的品规备货，多穿库采用宽度可调多层穿梭车，负责小品规卷烟及异型烟的备货。该模式实现了全品规卷烟的自动备货功能。补货时，从备货系统出口提前分道，为每条分拣线都设置独立的补货线，补货线之间互不牵扯，大大提高了补货的能力。

（3）全品规智能卷烟补货小车创新

兼容标准烟、细支烟、短支烟、中支烟等大品规卷烟补货小车需要解决不同品规卷烟的感知判断，根据感知信息自动调整垛烟夹持位置、补烟停车位置及相关机构的自适应动作，还要具备自诊断与异常处理能力。另外，小车采用条码行走定位，不仅可实现小车与烟仓准确对位，还可实现一线多车，邻车交叉协同补货，使补货一组小车都能发挥到最佳效能。与之前的每个小车对应固定补货烟仓相比，不仅补货能力提升幅度很大，还降低了某台车发生故障时对系统的影响风险。

（4）全品规智能开箱系统创新

分拣线配置的自动划箱机与自动开箱机具备兼容功能，可根据系统信息自动调整开箱位置及相关机构的自适应动作，满足标准烟、细支烟、短支烟、中支烟等大品规卷烟的自动开箱需求。

（5）提高自动化程度，减少用工

改造完成后出入库区、备货区、分拣区均实现了全品规卷烟的自动处理，自动化程度的提升有效减少了作业人员数量。

（6）系统的人性化设计

分拣系统人员岗位配置合理，人员分工明确。分拣系统设备配置和岗位设置均充分考虑到人机有机结合，既考虑到系统的先进性，又考虑到系统的实用性和经济性，同时还考虑到人员操作的方便性和难易程度。此外，还考虑到人员的安全防护措施，系统操作和维护的便利性，以及设备运行的安全性。

（7）系统诊断及纠错技术

本方案通过系统设计及强大的软件诊断及纠错技术，能及时复核环节之间交接的准确性，让局部故障及时发现，快速解决，保障系统效率和准确率。

本次改造通过应用成熟的条烟分拣技术，建立了一个数字化、集成化、网络化、可视化、柔性化的智能分拣系统，在保证分拣差错率、破损率符合行业要求的前提下，整合分拣设备资源，将分拣效率提升到50000条/小时。

五、行业借鉴意义

（1）卷烟全品规共线高速自动分拣开创了卷烟物流分拣领域的新模式，符合中烟发展战略，具有示范推广意义。

图11 智能卷烟补货小车

近年来，中支卷烟品类热度持续升温，市场规模快速扩张，产品形态不断丰富。发展中支卷烟是促进卷烟品牌建设，提高我国卷烟核心竞争力的重要举措。可以预见未来几年，中支卷烟升级创新将作为推动中式卷烟发展新的增长点，实现中支卷烟创新升级已经迫在眉睫。

（2）总体解决方案及多项关键技术的突破对行业卷烟分拣技术发展奠定了基础，对支撑卷烟高速发展具有战略意义。

异型烟条烟因外形多样，造成与普通标烟分拣机不兼容，烟姿控制难，上打码方式不适应，全品规卷烟共线自动开箱，保证25000条/小时的分拣效率等一系列技术难题需要突破。为了达到这一目标，首先是做好全品规分拣总体技术方案，从顶层设计上保证方案先进合理高效，优化总体工艺流程方案和系统集成方案，达到事半功倍的效果。通过柔性自动开箱系统、智能条烟兼容补货小车、全品规智能开箱系统、柔性卧式分拣机、复合包装机等多项技术攻关和装备创新升级，实现了全品规卷烟共线开箱、共线补货、共线分拣、在线打码、在线自动合单、自动合包、自动贴标的系统功能要求。

（3）节能降耗效果明显，实现绿色物流理念。

在系统设计上，寻求效率和能耗的最佳平衡。通过对物流动线的优化，使其更顺畅简洁，避免了不必要的等待和无效搬运，提高了件烟备货效率。

通过输送线积放段控制设计，不仅解决了件烟缓存和柔性输送功能，还实现了任意积放段闲时自动休眠节电的效果。驱动机电元件尽可能采用节能型，多方面降低电能消耗。