原料自動化立體倉庫按序均衡投料系統設計

郭天文 黃許立

摘 要：為解決傳統卷煙工業企業片煙無法嚴格按序投料問題，通過對煙草行業原料高架庫自動化物流系統投料流程改造，構建一套基于配方指定順序的制絲投料系統，為行業有類似改造需求提供了可借鑒的有效經驗。結果表明，本系統能滿足工藝投料順序控制要求，又能實現生產線之間均衡出庫，是一種良好的制絲投料質量控制物流解決方案。

關鍵詞：物流；投料；按序

一、引言

立體倉庫自動化物流系統在煙草行業中已經得到普遍應用[1]，在傳統的煙草工業物流中，制絲生產的投料流程是，自動化物流系統根據制絲集控系統發起的生產線投料指令，向上位系統如生產調度系統獲取投料單信息，物流倉儲管理系統根據投料單明細信息產生出庫任務明細， 物流倉儲控制系統將出庫信息下達給底層控制系統，先由堆垛機將原料托盤從貨架上出庫，再由穿梭車、輥道/鏈式輸送機等設備將原料從高架庫出庫到指定的生產線。

為確保成絲質量，減少同個原料配方實際片煙投料順序與配方指定順序不一致對成品卷煙品質的影響，越來越多的卷煙生產企業要求制絲投料時，原料必須按照配方指定的順序出庫到制絲生產線，但傳統的出庫方法卻無法保證順序的準確性以及投料的及時性，原因包括：

（1）原料在從起點到終點的輸送過程中存在多條路徑，各個路徑的通行效率差異導致了對托盤到達終點時機不能有效的控制。

（2）缺少對堆垛機執行任務的優先級的有效控制。同一個投料單內，堆垛機執行任務的優先級與配方指定的出庫順序不一致，同一個堆垛機很可能將后出庫原料優先出庫。

（3）堆垛機執行出庫任務將托盤放置在堆垛機放貨站臺后，往往是將托盤直接向生產線輸送，沒有考慮多個托盤同時輸送時的先后順序。而且由于多臺堆垛機之間容易形成優先級沖突，難免造成不同優先級的任務相互等待執行但又無法得到執行的情況，影響生產。

（4）堆垛機出庫放貨站臺到制絲開包機站臺之間還有一定的距離，必需規劃好合理的輸送路徑以及嚴格控制任務執行順序，否則也很可能造成堆垛機后執行任務的原料優先輸送到制絲生產線上。

二、系統設計

本系統通過對自動化立體倉庫制絲投料出庫流程重新設計，采用先進的任務調度方法，確保制絲車間投料時，堆垛機均衡執行任務，同時又保證每一條生產線從高架庫自動輸送的原料都與配方指定的出庫順序一致，減少同種原料配方投料順序不一致對成品卷煙品質的不良影響。

1、業務設備流程設計

如上圖1所示，原料立體高架庫中的每一臺堆垛機設置唯一的堆垛機放貨站臺，在堆垛機放貨站臺到公共輸送線之間，設置一個唯一的等待排序站臺，當托盤出庫到該站臺時先中斷前行，等待排序放行。

在公共輸送線與各投料生產線的分叉點設置唯一的排序控制站臺，所有的出庫托盤都經過該站臺，同時確保該站臺到每一條投料線終端都只有唯一的一條路徑，確保托盤在從排序控制站臺輸送到投料線終端時順序不會被打亂。

2、業務軟件流程

2.1 堆垛機任務優先級控制流程

原料配方在制定時，指定每一件原料的出庫順序優先級，自動化物流系統在生成任務時，每一條任務初始化優先級與配方指定的出庫順序優先級一一對應，同時如果檢測到車間已有生產線在投料，則新增的投料任務需與正在投料中的所有未完成任務的優先級重新計算，使得每一投料訂單在各巷道內的任務優先級均衡分布，堆垛機按照這個調整后的優先級執行任務時，取貨順序依然保證與配方指定順序一致，同時也可避免堆垛機一直執行某一生產線的出庫任務，導致其他生產線長時間等待現象。

首先是初始化物料和任務信息 ，獲得各生產線物流已產生出庫任務但還未執行的數量K和任務優先級信息Tp[b]，同時獲得當前預投料的物料信息S[j]和計算需要從高架庫出庫的任務數量N。

如果N<=K，即新增需要從高架庫出庫的任務數小于各生產線已產生任務但還未執行的任務數K，則當前投料單的產生的所有任務優先級與其它線物流已產生出庫任務但還未執行的優先級最高的前K條任務優先級保持一一對應。

如果N>K，新增需要從高架庫出庫優先級最高的前K條任務，與已產生任務但還未執行的任務的優先級一一對應，對于剩下的N減K條任務，以Tp[K]值加1為標準，作為物流系統所產生剩下任務的出庫優先級，每產生一條出庫任務，對應的Tp[K]加1。

2.2 排序控制流程

制絲投料生產時，當排序控制站臺無托盤時（即空閑狀態）且公共輸送線也未被出庫托盤占用，系統按投料線交替輪詢檢測各堆垛機等待排序站臺是否有待出庫的托盤，如果有，則選擇優先級最高的托盤，系統在該投料單所有未經過排序控制站臺的任務中再次校驗優先級如果最高（因放貨站臺的托盤對堆垛機而言優先級最高，但對整個投料單而言不一定最高，所以必須再次校驗），則使其經過排序控制站臺直接往投料線輸送，否則該投料單繼續等待，系統處理下一個投料單。在堆垛機放貨站臺托盤往排隊控制站臺輸送過程中，即使等待排隊站臺有滿足出庫條件的托盤也不允許出庫，即保證等待排序站臺與排序控制站臺之間每次最多有且僅有一個托盤在輸送。

三 應用效果

某卷煙工業企業基于本文所述方法設計了片煙自動化立體高架庫自動化物流系統，該系統共包括3臺堆垛機，每一臺堆垛機唯一對應一個放貨站臺1027、1037、1046，唯一對應一個排序等待站臺1028、1038、1047，1049是排序控制站臺，共有制絲三條生產線A、B、C線，分別對應1119、1115和1111三個投料口，且從1049開始到每一條生產線終端，路徑唯一。

制絲投料生產時，3臺堆垛機按照任務優先級將托盤出庫到各自對應排隊等待站臺，當1030、1032、1040、1041、1045、1049等公共站臺沒有出庫托盤時，物流系統通過對排隊站臺托盤的檢測、校驗，先將當前投料單優先級最高的托盤輸送出庫，當托盤經過1049站臺時，尋找下一個投料單可出庫的托盤，同時將該托盤經過1077站臺提升機輸送到相應的制絲生產線。

四、結論

本系統在煙草自動化立體倉庫中的應用，為解決傳統煙草工業原料出庫順序無法與配方指定的出庫順序嚴格一致的問題提供了可借鑒的有效經驗，同時在滿足工藝要求的基礎上又能生產線之間均衡出庫，有效避免各生產線之間長時間等料、斷料等現象，實現了出庫效率與工藝質量的有效協同，滿足企業對卷煙質量的精細化生產要求，是一項有良好發展前景的制絲投料質量控制物流解決方案。

參考文獻：

[1]周海濱，成偉，王玉，等. 自動化物流系統任務驅動系統的設計[J].物流技術與應用， 2015，181（8）： 135-136.

[2]李志.《自動化立體倉庫存取作業調度兩階段優化研究》[D].重慶工商大學，2015.

[9]王強，徐俊剛，王宏安，等. 一種新的基于優先級表的實時調度算法[J].電子學報， 2004（2）：310.

作者簡介：

郭天文（1978-），男，本科，工程師，現就職龍巖煙草工業有限責任公司，主要從事物流自動化軟件工程工作，

*通訊作者：黃許立