單元物料訂單自動化分揀線的能力探討

云南財經大學物流學院/冉文學　劉玉杰　陳凡武煙信息技術有限公司/劉軍

單元物料訂單自動化分揀線的能力探討

云南財經大學物流學院/冉文學劉玉杰陳凡
武煙信息技術有限公司/劉軍

如何提高分揀效率，是一個直接關系到卷煙物流配送中心的生產效率的關鍵問題。本文研究了條煙分揀過程的串聯和并聯合單問題，其計算與控制方法對選配卷煙自動化分揀系統設備具有指導意義。

卷煙配送、訂單自動分揀、串聯生產物流系統、并聯生產物流系統、自動化合單

隨著國家煙草專賣局“深化改革、推動重組、走向聯合、共同發展”戰略的推進，工商分設、工業重組效果顯著，卷煙生產企業的集中度要求卷煙分銷體系也要成規模和集中化。卷煙配送改變了傳統的批發、零售體系，建立了以現代物流配送為核心的現代流通體系。這個轉變要求建設高效的物流配送體系，應用先進的物流裝備及先進的信息管理技術，有利于降低企業成本、縮短流通時間、達到資源利用高效化。

經過十多年的開發、研究和實踐，我國卷煙生產單元物料（條煙）自動化分揀設備從無到有，從手工到半自動到全自動，從單一設備走向系統成套設施，逐步走向成熟。就單機水平而言，其質量、可靠性、穩定性都有大幅提升，已經形成了臥式、立式等不同的產品類型。但是，單元物料自動化分揀設備的單機效率不等于整個分揀系統的效率，特別是應用不同形式的分揀設備組成自動化生產線，就造成了在分揀過程中客觀存在的分單、合單問題。其中合單是分揀線生產效率的技術關鍵。

本文針對單元物料自動化分揀設備的訂單合單問題，從串型和并型兩種生產線的形式去分析研究，另外再考慮訂單單元物料的輸送系統的速度匹配問題，任何一條分揀線都可以從這幾個方面去研究。因此，本文所論述的理論方法具有實際應用價值。

一、串型單元物料自動化分揀線

“串型單元物料自動化分揀線”就是將若干種分揀機，沿單條訂單條煙輸送帶，如N+1的五條、二條、單條分揀機串型組成的分揀機組，構成自動分揀線，也可以是多種臥式分揀機串型組成的分揀線，如圖1所示。

圖1　串型單元物料分揀線的組合模型

圖2為典型的N+1串型單元物料自動分揀的構成圖，其中包括五條、二條、單條等多種分揀機。五條分揀機可實現0.3秒撥出5條煙，即五條單機的速度達59400 條/小時；二條分揀機可實現0.3秒撥出2條煙，即二條單機的速度達23760條/小時；而單條分揀機0.3秒撥出1條煙，即單條單機的速度達11880條/小時。這種分揀線的分揀能力究竟是多少？多家設備生產商都標稱其生產能力指標為15000條/小時，或者超過20000 條/小時等，但我們認為這種生產能力指標的標識并不準確。

圖2　典型的串型單元物料自動化分揀線

如圖2所示，典型的串型單元物料自動化分揀線中，除了分揀機，還有訂單輸送帶、各種輸送機、在線打碼設備、裝箱及包裝機等，這些設備的生產能力指標，都直接影響分揀線的效率。假設這些設備的能力都足夠大，條煙在各種輸送機上的輸送姿態都很理想，每個訂單都按順序要用所有的分揀設備分揀一遍，即分揀線上不能出現多個訂單同時分揀的情況，而且分揀線由單一類型的分揀機構成，設分揀線的分揀能力指標為I，各分揀機的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標為：

（1）如果分揀線由多種分揀機構成，如五條、二條、單條分揀機組成分揀線，分揀線的能力應該為多少？理論研究與實際研究表明，式（1）都不能描述分揀線的能力指標。經過深入思考，分揀線的能力指標不僅與分揀線的構成有關，而且與訂單的結構有關。訂單的結構決定了在訂單i的分揀作業中，使用了五條、二條、單條分揀機的概率分別為p5i，p2i，p1i，顯然可有：

（2）設五條、二條、單條分揀機的分揀能力為λ5，λ2，λ1，分揀線的能力應該為；

（3）上述串型分揀線能力的計算公式，在嚴格的控制條件下可以這樣得出。在實際生產過程中，由于訂單條煙輸送帶長，相鄰兩個或者多個訂單量少，可能存在多個訂單同時分揀的情況。本文將這種兩個或者多個訂單同時作業的情況，歸于并聯型單元物料自動化分揀作業方式。

二、并型單元物料自動化分揀線

并型單元物料自動化分揀線，就是將若干種分揀機并聯組合成分揀線，如圖3所示。這些分揀機類型可以有多種，如N+1的五條、二條、單條分揀機等，可以是多種臥式分揀機并型組成的分揀線，也可以是立式分揀機、臥式分揀機混合組成并聯分揀線。

假設并型單元物料自動化分揀線上除分揀機外，其它設施的能力都足夠大，條煙在各種輸送機上的輸送姿態都很理想。設分揀線的分揀能力指標為I，各分揀機的分揀能力為Ii，理論上，分揀線能力指標為：

圖3　并型單元物料分揀線的組合模型

式（4）描述的意義是，并型單元物料自動化分揀線的能力確實是各種分揀機能力的總和。

三、復合單元物料自動化分揀線

復合單元物料自動化分揀線，就是將若干種分揀機串聯和并聯共同組合成的分揀線。圖4給出了一種實用的復合單元物料自動化分揀線，其組成包括用N+1自動分揀機構成兩組自動分揀線，這兩組分揀線各自獨立并行工作，分揀后進行并行一級合單；另外一條分揀線用一組N+1自動分揀機和多組通道式自動分揀機串聯組成，分揀后與并行一級合單的訂單單元物料進行并行二級合單，合單后再輸送到包裝設備進行訂單包裝。

圖4　實用的復合單元物料自動化分揀線

根據前述研究成果，圖4所示的自動分揀線中，串型組合部分都可以用式（3）進行能力估算，而并行組合部分用式（4）進行能力估算。假定訂單的輸送速度以及其它環境變量都匹配，那么一級合單后，其能力估算為：

而由N+1自動分揀機和多組通道式自動分揀機串聯組成的分揀線的能力估算為：

這條復合分揀線在進行二級并行合單后，其分揀能力為：

如前所述，除了分揀機，影響分揀線能力指標的還有訂單輸送帶、各種輸送機、在線打碼設備、裝箱及包裝機等，這些設備的生產能力指標都直接影響分揀線的效率。所以，設備生產廠商自己標稱的分揀線能力，并沒有科學依據。任何一個卷煙物流配送中心，其生產工藝不同，分揀線的組成設備、組成形式不同，其分揀能力也不同，而單臺分揀機的額定分揀能力只是分揀線能力計算的基礎，并非分揀線的能力。

四、影響單元物料訂單輸送系統能力的其他因素

單元物料訂單輸送系統的速度，也是影響分揀線能力的主要因素之一。目前，國內分揀線的單元物料訂單輸送系統一般定義為48～60m/min（即0.8～1m/s）。設單元物料（條煙）的寬度為100mm（即0.1m），以0.8～1m/s的速度能夠輸送單元物料的最大量為8～10單元。也就是說，每小時單元物料的輸送量為28800～36000單元/小時。如果訂單的平均量為50單元/單，為576～720單/小時，這僅是個理想值，因為訂單與訂單之間還有間距，通常定義訂單與訂單之間的間距為300mm，每小時的分揀過程中將有172800～216000mm的空運轉距離，合計可輸送條煙1728～2160單元，這時的單元物料的輸送量就將下降到27072～33840單元/小時。

需要注意的是，上述能力單元物料與單元物料之間的距離為0，單元物流的輸送姿態非常理想。如果每兩個單元物料之間增加50mm的間距，單元物料訂單輸送系統的輸送量就將下降到13536.5～16920單元/小時。當然，目前國內分揀線的每兩個單元物料之間的間距沒有50mm，估計平均在30mm左右，因此多數單元物料訂單輸送系統的有效能力都僅在16000～20000單元/小時之間。

另外，如果單元物料的輸送姿態不好，輸送能力將受到更大影響。這個因素因為隨機性很強，這里無法論述，但可以定性說明，只要輸送姿態不好，將大幅度降低單元物料訂單輸送系統的有效能力。

單元物料訂單輸送系統速度的提高，不一定能提高分揀線的能力，因為輸送速度越高，單元物料的輸送姿態就越差，反過來分揀能力還有可能不如低速的單元物料訂單輸送系統的能力。就實際應用而言，單元物料訂單輸送系統的最高速度可以達到90m/min。

在線打碼設備、裝箱及包裝機等的能力，也是影響單元物料自動化分揀線能力的因素。就在線打碼設備而言，由于打碼信息需要長途在線通信，還有信息傳輸的滯后性，目前在線打碼能力最大也就標稱15000單元/小時。分揀能力大，輸送能力大，而打碼能力不足，同樣影響速度。解決問題的有效辦法就是分流打碼，使用多臺在線打碼設備，但打碼成本會成倍上升。

目前，國內卷煙配送中心使用的裝箱及包裝機都是熱縮膜包裝設備，即使不計人工成本，其單個包件的成本多數已經高于1.2元，而其效率并不高，單臺熱縮膜包裝設備穩定運行的最高效率僅為15000單元/小時左右。據考察統計，國內快遞行業的紙箱成本也就每個0.8元左右，因此建議卷煙配送中心廢除熱縮膜包裝設備，以降低包件成本，提高包裝效率。

五、結束語

總的看來，單元物料自動化分揀線是一個系統工程，單機設備只是構成自動分揀線的因素之一。因此在規劃設計配送中心單元物料自動化分揀線時，一定要統籌考慮各種因素，不能迷信個別設備廠商不切實際的能力宣傳。本文給出的種種計算方法，都是作者多年實踐總結，相信能為卷煙配送中心的建設起到參考作用。