异标共线卷烟一体化柔性高速分拣技术应用研究

成 铭姜德顺

(山东青岛烟草有限公司物流中心,山东 青岛 266101)

随着我国经济的不断发展,卷烟市场呈现出个性化发展,异型卷烟异军突起。2016 年以来,全国异型卷烟日分拣量和品规数出现爆发式增长,年均增幅50%以上。由于细支烟和异型烟销量逐年增加,对于智慧分拣领域贯彻绿色循环、可持续高质量发展理念具有实际意义[1]。根据当前发展形势及资料显示,今后一段时期,烟草工业企业的异型卷烟品牌创新会越来越多,产量会越来越大,且增速会越来越快[2],异型卷烟已成为了烟草行业未来发展新的增长点。然而异型卷烟的快速发展,使传统手工分拣模式存在的分拣效率低、差错高、包装难、人工强度大和分拣成本增加等问题日益突显,已不能满足快速增长的异型卷烟分拣需求,极大地制约着烟草商业企业卷烟分拣配送效率的提升和服务水平的提高,制约着品牌创新发展的步伐。近年来,为寻找资源配置和运作成本的最佳组合,许多学者对分拣布局进行了深入研究。针对武汉烟草配送中心原异型烟分拣线的不足,王波等人[3]采用计划、执行、检查和处理(plan,do,check,action,PDCA)循环方法,提出了新的异型烟分拣系统方案,保证了新异型烟分拣系统的整体目标效果,提升了异型烟分拣线的各项能力指标,降低了分拣差错率;连小嫚等人[4]研发了异型卷烟通用型分拣机系列产品,可以满足用户未来扩大生产的实际需求;徐智等人[5]通过对衡阳市公司订货件数、货品种类、数量(entry,item,quantity,EIQ)等销售数据的分析,对原有电子标签拣选工艺流程进行改进,设计了一种半自动异型烟分拣系统;闫厚强等人[6]以电子标签辅助人工分拣线为基础,对挡烟装置、摆动装置、码垛滑台装置、异型控制程序(programmable logic controller,PLC)等进行技术研发,实现了细支卷烟与标准卷烟共线分拣叠包;庞党青等人[7-8]将电子标签、立式分拣机、自行设计的条烟预分拣装置和堆叠包装装置有效集成,利用分拣设备技术和PLC编程设计进行系统控制,实现了设备故障自检。后又通过对卷烟物流分拣、包装设备功能和单机作业效率的研究,采用模块化布局、独立式分拣的方法,较好解决了条烟外观尺寸差异对分拣和包装效率的影响;马学成等人[9]通过对异型烟分拣包装关键技术进行分析,研制出异型烟自动拆箱机、自动补烟穿梭车、组合式分拣机等设备,解决了异型烟自动化高速分拣包装存在的问题。烟草行业物流部门要解决异型卷烟分拣包装效率提升问题,异型卷烟分拣效率提速势在必行。基于此,本文以山东青岛烟草有限公司为例,对异标共线卷烟一体化柔性高速分拣技术进行研究,设计研发了一套异标共线卷烟一体化柔性高速分拣系统,该系统解决了异型卷烟分拣问题。该研究对我国烟草物流分拣行业的发展具有积极的影响。

1 卷烟分拣工艺

标准条烟尺寸规格为:(270～286)mm×(86～90)mm×(44～49)mm,如果与此有异,则属于异型包装卷烟,简称“异型卷烟”[10]。在卷烟生产过程中,存在不同长度、宽度、厚度、材料、质量等特性的异型卷烟[11]。被人们所熟知的国外雪茄烟就属于异型烟,而中国所生产的异型烟包括中支烟、细支烟、短支烟、爆珠烟及各种雪茄烟。由于异型卷烟分拣效率已无法满足当前的生产及销售需求,严重影响送货作业效率,导致客户满意度下降[12]。

本文以山东青岛烟草有限公司为例,根据烟草行业的需求及物流的发展现状,对异标共线卷烟一体化柔性高速分拣技术进行研究,提出了“异标共线”分拣模式。即成品卷烟运送到物流中心进入立库区,从立库区取烟进行分拣作业。分拣作业一般包含供烟环节、分拣环节和包装环节3部分。供烟环节主要包括烟箱出库扫码、拆箱和补烟3部分;分拣环节主要包括分拣和打码;包装环节主要包括堆垛、包装和贴标[13]。立库区如图1所示,异型卷烟存储区如图2所示。

图1 立库区

图2 异型卷烟存储区

为解决全品规烟分拣存在的问题,山东青岛烟草有限公司成立项目组,对异型烟自动化高速分拣技术进行研究,通过技术调研及探讨分析,解决异型烟分拣存在的问题,实现全品规烟的高效快速分拣。卷烟分拣工艺流程如图3所示。

图3 卷烟分拣工艺流程

2 主要技术

2.1 智能柔性分拣技术

考虑到订单结构、户均条数、分拣效率等问题,构建“三模四类”全品规卷烟柔性分拣模式(“三模”即3个分拣模块,每个分拣模块由立式分发机和输送机组成;“四类”即标准烟、细支烟、中支烟、异型烟4个卷烟类别),组合出18种细化的分拣方案,18种细化分拣方案如表1所示。

表1 18种细化分拣方案

根据自主研发的排程软件,对当日卷烟总订单数、用工数量、作业时间、设备日均有效作业率等因素进行综合数据分析,从而匹配出最优分拣方案,高效提升分拣效率[14],并制定塔式分拣工作标准操作规程(standard operating procedure,SOP),塔式分拣工作SOP如图4所示。进一步规范各业务环节操作规程,改造后,预计分拣效率达到23 000条/h。智能柔性分拣技术,提高了分拣模式的兼容性。

图4 塔式分拣工作SOP

2.2 分类分拣自动化技术

自动分拣采取卧式烟仓与立式烟仓的复合分拣方式。按照分类处理、分段合并和统一合单原则,各批次内订单拆分为卧式分拣机分拣部分和立式分拣机分拣部分,通过立式分拣线与卧式分拣线自动分拣、激光打码、自动包装及自动贴标等,实现了不同包装规格卷烟的自动化分拣[15]。为减少包装等待时间,实现不间断供烟,将分拣模块立式机的布局方式由单层调整为上下两层,每层各设置4组立式分发机,实现同一订单双层同步出烟,较单层出烟效率提升一倍;创新配置卧式烟仓是行业内领先运用高速卧式烟仓分拣细支卷烟,将异型烟分拣效率提升至9 700条/h,突破了细支卷烟分拣效率的瓶颈,实现了全品规分拣自动化。卧式烟仓如图5所示,立式烟仓如图6所示。

图5 卧式烟仓

图6 立式烟仓

2.3 打码系统设计

由于异型烟高度不一致,采用顶部打码需要随时对激光打码头与条烟表面的间距进行调整,效率低、通用性不高,如果遇到较薄的异型烟,侧面打码会造成打码失败。底部打码对异型烟在传输带上的位置有较高的要求,如对较短的异型烟进行底部打码成功率会受限。通过对3种打码方式进行分析,底部打码更加适合异型烟,所有的条烟在进行打码时均处在同一平面,无需调整激光探头的位置,只要保证条烟处在传送带上即可[16]。若在分拣完成后,条烟的某一侧在传输过程中均贴着皮带一侧,那么在最小长度条烟的中心线位置,采用底部打码的方式对条烟进行打码,可保证每条条烟均被准确打码,从而解决打码准确性问题[17]。条烟打码如图7所示,分拣线设备打码系统如图8所示。

图7 条烟打码

图8 分拣线设备打码系统

2.4 条烟自动包装模式

开发了标细异型卷烟高速包装设备,不同品规卷烟的自动包装均采用自动码垛、塑封包装模式,可高效快速实现1～24条卷烟的任意包装,突破了行业内异型烟的包装瓶颈。采用复合式分拣线设计,实现卷烟全流程自动化,运行效率大大提升。研究开发了动态垛型分拣理论,建立条烟体量计算模型,解决了不同规格卷烟包装码垛的历史性难题,实现了高速塑封包装及集约化设备的高度柔性[18]。条烟包装如图9所示,标细异柔性分拣看板如图10所示。

图9 条烟包装

图10 标细异柔性分拣看板

2.5 RFID在卷烟流通中的应用

卷烟信息包含两类,其中一类是固定信息,另一类是可变信息。固定信息通常为烟草制品的基本特征信息;可变信息为交易随具体对象不同而发生变化的信息[19]。利用电子标签无线射频识别技术(radio frequency idenfication,RFID)[20],可以优化烟草流通流程,实现产品信息的可视化,不但可以对成品卷烟进行有效防伪,杜绝假、私、非卷烟流入市场,而且还可以有效控制成品卷烟的质量,强化卷烟市场的控制及管理。烟包电子标签如图11所示,配送电子标签读写系统如图12所示。

图11 烟包电子标签

图12 配送电子标签读写系统

塑封包装好的烟包进入烟包装载区,通过连续升降级机运送到笼车上,最终实现了异标共线卷烟一体化柔性高速分拣。连续升降机如图13所示,笼车装车系统如图14所示。

图13 连续升降机

图14 笼车装车系统

3 结束语

本主要对异标共线卷烟一体化柔性高速分拣系统进行研究。自新异型烟分拣线投入运行以来,目前运行稳定,通过快速换模技术,提高了通道分拣的兼容性,综合考虑订单、品规、包装等因素,动态优化软件策略,实现了所有规格卷烟的共线分拣和包装,其中中支烟自动分拣在行业属于首创;对弹性周转箱进行升级改造,实现了绿色环保和全流程管控,在周转箱上集成NFC、RFID 技术和电子墨水屏等技术,实现了每包卷烟在分拣、包装、装车、送货、交接等环节的全流程管控,该周转箱可循环使用300次,推广应用后每年可减少白色垃圾120 t。同时,制定出一套全品规卷烟柔性高速分拣SOPS,进一步规范各业务环节操作规程。该柔性分拣模式在行业内属于首创,实现设备性能最优化、分拣模式智能化、信息化,促进了卷烟分拣效率的大幅提高,减少人力资源并保证了订单完成准确率,对我国烟草物流分拣行业的发展产生积极的影响,具有广阔的推广应用前景。异标共线高速分拣线提高了设备效能,降低了无效作业。除工人补货和工人收货,其余全部环节均实现自动化,高效快速提高分拣效率,使运行成本进一步减少,工人劳动强度大幅度下降,从而有益构建和谐良好的劳动关系。