基于紙滑托盤的卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)改造

郭天文，林郁，曹琦

龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建省龍巖市新羅區(qū)乘風(fēng)路1299號(hào) 364021

隨著煙草行業(yè)卷煙上水平工作的不斷深入，成品件煙配送的傳統(tǒng)物流運(yùn)作模式已難以適應(yīng)煙草物流發(fā)展的需要[1]，整托盤聯(lián)運(yùn)是近年來煙草物流出現(xiàn)的一種新趨勢(shì)[2-3]。為適應(yīng)新形式下發(fā)展需要，國(guó)家煙草專賣局要求行業(yè)各單位切實(shí)推進(jìn)工商物流一體化進(jìn)程，大力開展工商卷煙托盤聯(lián)運(yùn)工作，打造高水平的行業(yè)供應(yīng)鏈物流[4]。

立體倉庫自動(dòng)化物流系統(tǒng)目前已在煙草行業(yè)得到普遍應(yīng)用[5]，對(duì)于采用自動(dòng)化立體倉庫的工商雙方，是否匹配有完善的整托盤出入庫流程是決定工商聯(lián)運(yùn)能否有效運(yùn)行的重要保障[6]。盛佳綺等[7]采用安裝有RFID[8]芯片的標(biāo)準(zhǔn)塑料或木質(zhì)托盤，通過在托盤出庫裝車環(huán)節(jié)增加一號(hào)工程條碼信息進(jìn)行人工采集以及芯片寫入方式，與全國(guó)多個(gè)地市商業(yè)公司開展整托盤聯(lián)運(yùn)，取得了一定效果。這種運(yùn)作方式雖然可以實(shí)現(xiàn)條碼信息共享，減少件煙在裝卸過程中的損耗，提高商業(yè)入庫效率，但也存在工業(yè)出庫效率低、運(yùn)輸車輛裝載率低、托盤標(biāo)準(zhǔn)難統(tǒng)一、托盤回收成本高等問題，影響工商間托盤聯(lián)運(yùn)的運(yùn)行效果[9]。

紙滑托盤是以薄紙板為基材經(jīng)制板設(shè)備層合而成，在兩條相鄰邊上設(shè)有翼板的平板[10]。紙板在相鄰翼板的交匯處設(shè)有一個(gè)45°的角切口，并在翼板與平板相連方向上壓制劃線以使兩翼板略微上翹，便于帶推拉器叉車夾取。紙滑托盤正反兩面的磨擦系數(shù)不同，其中接觸件煙的正面相對(duì)粗糙防滑，接觸木質(zhì)或塑料托盤的反面則相對(duì)光滑，通過兩者的系數(shù)差實(shí)現(xiàn)托盤化裝卸搬運(yùn)。紙滑托盤為二向進(jìn)叉單面使用，適合箱裝、硬紙盒裝等包裝物品的托盤單元機(jī)械化裝卸、搬運(yùn)和集裝運(yùn)輸?shù)任锪髯鳂I(yè)，具有輕便、耐用、稱重強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)[9]。為在卷煙工商之間快速開展卷煙成品整托盤聯(lián)運(yùn)，利用紙滑托盤質(zhì)量輕、體積小、造價(jià)低、兼容性強(qiáng)、搬運(yùn)效率和車輛裝載率高、回收成本低等優(yōu)勢(shì)，以煙草工業(yè)現(xiàn)有成品高架庫自動(dòng)化物流系統(tǒng)為對(duì)象，新增一號(hào)工程條碼采集、組垛以及條碼數(shù)據(jù)上報(bào)等功能，改造原有的成品自動(dòng)化物流系統(tǒng)的出入庫流程，構(gòu)建了一套新的基于紙滑托盤的卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)，以期提高卷煙整托盤工商聯(lián)運(yùn)效率。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于紙滑托盤卷煙成品高架庫出入庫系統(tǒng)主要是在傳統(tǒng)木質(zhì)或塑料托盤上放置一個(gè)紙滑托盤進(jìn)而形成一個(gè)新的組合托盤（以下簡(jiǎn)稱帶紙托盤），并將帶紙托盤作為成品件煙出入高架庫的容器介質(zhì)。該組合托盤可利用帶推拉器叉車便捷的實(shí)現(xiàn)所有件煙與傳統(tǒng)托盤的一次性分離，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少重復(fù)堆碼和重復(fù)搬運(yùn)等無效勞動(dòng)，提高件煙的裝卸以及搬運(yùn)效率；以紙滑托盤單元為作業(yè)單位，成品卷煙的數(shù)量規(guī)整、清點(diǎn)快速，差錯(cuò)減少，提高工商交接物流的快速性，減少了由于人工搬運(yùn)產(chǎn)生的疲勞或單件掃描操作差錯(cuò)查找而導(dǎo)致的貨物損傷。通過紙滑托盤單元的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，進(jìn)而推動(dòng)運(yùn)輸、搬運(yùn)和倉儲(chǔ)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，能使卷煙物流系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)備規(guī)格協(xié)調(diào)，便于銜接，大大提高全系統(tǒng)的作業(yè)效率。如圖1 所示，紙滑托盤以紗管紙和高密度牛卡紙為基材，使用適合煙草行業(yè)要求的粘合劑粘合、壓制而成,厚度1.2 mm，尺寸為1250 mm×1000 mm，采用單邊翼板,在長(zhǎng)邊上設(shè)有10 mm 的翼邊，RFID 芯片[11]安裝在紙滑托盤的中心位置且與翼邊垂直,用于存儲(chǔ)帶紙托盤上每件煙對(duì)應(yīng)的一號(hào)工程條碼信息。

圖1 帶紙托盤示意圖Fig. 1 Diagram of paper sliding tray

實(shí)際使用時(shí)，紙滑托實(shí)際效果如圖2所示：

圖2 紙滑托實(shí)際效果圖Fig.2 Actual diagram of paper sliding tray

將紙滑托盤放置在木托盤上形成帶紙托盤，實(shí)際效果如圖3 所示：

圖3 實(shí)際帶紙托盤實(shí)際效果圖Fig. 3 Actual diagram of traditional tray with paper sliding tray

本系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)，即原自動(dòng)化物流系統(tǒng)、掃碼組垛子系統(tǒng)以及工業(yè)企業(yè)卷煙銷售出廠掃碼子系統(tǒng)，件煙從車間生產(chǎn)機(jī)器人自動(dòng)碼垛入庫、高架庫倉儲(chǔ)、成品調(diào)撥出庫、工商之間運(yùn)輸整個(gè)過程均采用紙滑托盤存放，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。其中，自動(dòng)化物流系統(tǒng)包括WMS（倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)）和WCS（倉庫控制系統(tǒng)）子系統(tǒng)。WMS 負(fù)責(zé)倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯，例如托盤出入庫以及庫存控制等處理[12]；WCS 負(fù)責(zé)將WMS 產(chǎn)生的出入庫任務(wù)下發(fā)給堆垛機(jī)、穿梭車等設(shè)備執(zhí)行，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并向WMS 反饋任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)[13]。自動(dòng)化物流系統(tǒng)無需針對(duì)紙滑托盤重構(gòu)設(shè)備布局，主要在現(xiàn)有物流軟件業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上對(duì)軟件系統(tǒng)局部性升級(jí)優(yōu)化，改造主要包括實(shí)現(xiàn)帶紙空托盤出庫自動(dòng)供應(yīng)，實(shí)托盤的出庫入庫任務(wù)申請(qǐng)、入庫貨位分配并執(zhí)行，以及與掃碼組垛子系統(tǒng)的采集的一號(hào)工程條碼驗(yàn)證、控制校驗(yàn)異常托盤自動(dòng)剔除等。掃碼組垛子系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)紙滑托盤在件煙碼垛前檢測(cè)RFID 標(biāo)簽的有效性，清除芯片內(nèi)的殘留信息；同時(shí)實(shí)現(xiàn)件煙分揀通道上的每一件煙的一號(hào)工程條碼信息采集，以托盤件煙數(shù)量為依據(jù)將同樣數(shù)量的一號(hào)工程條碼信息一次性寫入到RFID 芯片中。工業(yè)企業(yè)卷煙銷售出廠掃碼系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)紙滑托盤裝車前RFID 芯片信息的一次性讀取、校驗(yàn)及上報(bào)。自動(dòng)化物流系統(tǒng)與掃碼組垛子系統(tǒng)通過OPC 接口方式實(shí)現(xiàn)托盤聯(lián)動(dòng)控制，即帶紙托盤入庫或剔除，同時(shí)通過出廠掃碼系統(tǒng)掃描紙滑托盤中的RFID 標(biāo)簽并獲取一號(hào)工程條碼信息，實(shí)現(xiàn)紙滑托盤在裝車前的芯片信息采集及上報(bào)。

圖4 卷煙進(jìn)出庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Structure diagram of information system of finished cigarette products coming in and out of the elevated warehouse

2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

2.1 紙滑托盤初始化流程

在入庫件煙碼垛前，需要將單個(gè)紙滑托盤放置在傳統(tǒng)空托盤上形成帶紙托盤，處理方式有兩種：①傳統(tǒng)空托盤組補(bǔ)充出庫到拆垛站臺(tái)，被拆分成單個(gè)空托盤進(jìn)入碼垛站臺(tái)前，采用機(jī)械臂或人工方式將單個(gè)紙滑托盤放置在傳統(tǒng)托盤上。②傳統(tǒng)空托盤回收時(shí)，采用機(jī)械臂或人工方式將紙滑托盤與傳統(tǒng)托盤按比例1 : 1 上下疊放，形成帶紙空托盤組入庫到高架庫；帶紙滑托盤的空托盤組出庫到拆垛站臺(tái)時(shí)，利用空托盤組拆垛設(shè)備按一個(gè)傳統(tǒng)托盤附帶一個(gè)紙滑托盤方式自動(dòng)拆分。由于紙滑托盤可重復(fù)使用，為減少RFID 標(biāo)簽故障以及標(biāo)簽信息殘留影響后續(xù)入庫效率，在帶紙托盤到達(dá)機(jī)器人自動(dòng)碼垛站臺(tái)前，需要設(shè)置紙滑托盤初始化檢測(cè)站臺(tái)，以檢測(cè)標(biāo)簽的有效性并對(duì)標(biāo)簽殘留信息進(jìn)行刪除，同時(shí)根據(jù)初始化結(jié)果報(bào)警提醒人工干預(yù)處理，只有初始化成功的帶紙托盤才能輸送到各機(jī)器人碼垛站臺(tái)上。初始化流程見圖5。

2.2 掃碼組垛流程

圖5 紙滑托盤初始化流程圖Fig. 5 Initialization process flow of paper sliding tray

掃碼組垛子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)將從各個(gè)分揀通道上采集的一號(hào)工程條碼信息，以托盤實(shí)際件煙數(shù)量為依據(jù)，將對(duì)應(yīng)的一號(hào)工程條碼信息寫入到帶紙托盤上的RFID 芯片中，功能包括條碼信息自動(dòng)采集、條碼自動(dòng)組垛、垛條碼信息自動(dòng)獲取以及RFID 標(biāo)簽信息自動(dòng)寫入。為確保采集條碼信息的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)在每一個(gè)機(jī)器人碼垛分揀通道上方，分別安裝有一號(hào)工程條碼掃描器和聲光報(bào)警器，用于采集通道件煙條碼信息以及異常報(bào)警。當(dāng)帶紙托盤碼垛結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)從采集的條碼隊(duì)列中連續(xù)取出等于當(dāng)前托盤件煙載量的一號(hào)工程條碼信息，組成一個(gè)數(shù)據(jù)集單元即條碼自動(dòng)組垛，同時(shí)將數(shù)據(jù)集單元存儲(chǔ)在垛數(shù)據(jù)中心以便條碼追溯使用；在機(jī)器人碼垛站臺(tái)與入庫申請(qǐng)站臺(tái)之間設(shè)置RFID 標(biāo)簽讀寫站臺(tái)，當(dāng)帶紙托盤到達(dá)該站臺(tái)時(shí)對(duì)RFID 標(biāo)簽信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)失敗則由物流系統(tǒng)下令剔除，否則將當(dāng)前托盤上的條碼信息寫入RFID 標(biāo)簽中。掃碼組垛流程見圖6。

圖6 掃碼組垛流程圖Fig. 6 Barcode-scanning and stacking process flow chart

RFID 標(biāo)簽信息校驗(yàn)包括：①無效條碼，掃描器誤觸發(fā)、掃到損壞的條碼等；②重復(fù)條碼，條碼粘貼重復(fù)或件煙重復(fù)掃描等；③漏掃，掃描器觸發(fā)失敗或人工加煙時(shí)未使件煙重新過掃描器等；④錯(cuò)誤條碼，通道混牌等。

此外，掃碼組垛子系統(tǒng)還具有以下功能：①通道啟停控制，控制分揀通道選擇傳統(tǒng)托盤或紙滑托盤生產(chǎn)模式。②垛條碼信息調(diào)整，對(duì)寫入失敗或有未識(shí)別條碼等，重新人工掃碼、人工條碼組垛和芯片寫入，調(diào)整方式包括RFID 手持終端采集讀寫、RFID 移動(dòng)小車采集讀寫、直接從垛數(shù)據(jù)中心獲取組垛信息等。③配置管理，對(duì)用戶、掃碼設(shè)備和RFID 標(biāo)簽讀寫器進(jìn)行管理。④統(tǒng)計(jì)查詢，對(duì)各車間、分揀通道的掃碼信息，組垛信息，未識(shí)別條碼數(shù)，芯片寫入失敗信息等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.3 入庫流程

將常規(guī)成品件煙自動(dòng)入庫流程與新增的掃碼組垛流程相互融合后搭建新的入庫模式，實(shí)現(xiàn)條碼信息的采集、存儲(chǔ)、準(zhǔn)確校驗(yàn)以及讀寫控制，入庫流程見圖7。為避免出現(xiàn)芯片校驗(yàn)異常，在設(shè)計(jì)中采用了以下處理方式：

（1）采用兩套數(shù)采設(shè)備同時(shí)對(duì)件煙一號(hào)工程條碼信息進(jìn)行采集，一套是設(shè)置在物流主通道上的條碼掃描器，該設(shè)備既可作為成品件煙分揀的牌號(hào)識(shí)別器，也可記錄一號(hào)工程條碼信息；另一套是設(shè)置在分揀通道上的條碼掃描器，對(duì)進(jìn)入分揀通道的件煙一號(hào)工程條碼信息進(jìn)行采集。

（2）采用多種條碼校驗(yàn)機(jī)制，掃碼組垛子系統(tǒng)內(nèi)部采集的條碼需要驗(yàn)證通過，同時(shí)要求兩套采集器采集的條碼信息必須嚴(yán)格一致，否則禁止入庫。

（3）采用靈活的異常流程處理機(jī)制，當(dāng)條碼信息校驗(yàn)異常或芯片無法正常讀寫時(shí)，系統(tǒng)通過聲光、LED 等方式報(bào)警，同時(shí)將托盤自動(dòng)剔除到異常整理站臺(tái)，通過垛條碼信息調(diào)整功能重新采集并更新芯片信息，或?qū)⒓煼胖迷谖锪髦魍ǖ郎现匦聮叽a分揀入庫。

圖7 卷煙入庫流程圖Fig. 7 Process flow chart of cigarette entering storage

圖8 卷煙出庫流程圖Fig. 8 Process flow chart of cigarette exiting storage

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司一二區(qū)兩個(gè)成品高架庫為例，對(duì)以RFID 信息為載體的紙滑托盤自動(dòng)化出入庫系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。圖9 為二區(qū)成品高架庫布局，該系統(tǒng)從A 處接收來自卷包裝封箱成品件煙，包括2臺(tái)自動(dòng)碼垛機(jī)器人，6 個(gè)碼垛站臺(tái)，6 條分揀通道，1條主通道，1 個(gè)人工入庫站臺(tái)，1 個(gè)空托盤組入庫站臺(tái)，1 個(gè)異常整理站臺(tái)以及1 個(gè)出庫站臺(tái)；現(xiàn)有立庫單個(gè)貨位最多存放24 件，同時(shí)運(yùn)輸車輛采用9.6 m 標(biāo)準(zhǔn)車以及16.5 m 拖頭車，車廂高度2.9 米左右，車廂內(nèi)紙滑托盤采用橫向二層疊高方式堆放，剛好可以上下兩層各疊放24 件煙，剩余10 cm 左右的空間剛好留給叉車作業(yè)使用，所以整托盤最大載量設(shè)為24 件（共3 層，頂層4 件，其他兩層各10 件）。

圖9 高架庫布局圖Fig. 9 Layout of elevated warehouse

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1 可見，與傳統(tǒng)的整托盤聯(lián)運(yùn)方式相比，采用紙滑托盤出入庫系統(tǒng)的裝卸人數(shù)、裝卸時(shí)間分別降低60%和25%，裝載率和單托盤條碼上報(bào)時(shí)間分別提高40%和90%。由于紙滑托盤質(zhì)量輕、體積小、造價(jià)低、兼容性強(qiáng)，存儲(chǔ)空間僅為傳統(tǒng)托盤的1/50，改進(jìn)后托盤回收成本降低77%以上，有效解決了托盤標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、流轉(zhuǎn)管理困難等問題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)后系統(tǒng)出入庫能力達(dá)到120 托盤/h，與傳統(tǒng)托盤出入庫能力125 托盤/h 相比，出入庫效率基本一致，能夠滿足物流企業(yè)正常生產(chǎn)要求。

表1 改進(jìn)前后比較Tab. 1 Comparison before and after improvement

4 結(jié)論

紙滑托盤聯(lián)運(yùn)是優(yōu)化卷煙工商一體化供應(yīng)鏈、提升客戶服務(wù)水平的重要舉措，有效解決了傳統(tǒng)托盤聯(lián)運(yùn)方式效率低、成本高等問題，符合煙草行業(yè)關(guān)于工商物流協(xié)同發(fā)展要求。以龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司兩個(gè)成品高架庫為例進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)整托盤聯(lián)運(yùn)方式相比，基于紙滑托盤出入庫系統(tǒng)的裝卸人數(shù)、裝卸時(shí)間分別降低60%和25%，裝載率和單托盤條碼上報(bào)時(shí)間分別提高40%和90%；存儲(chǔ)空間僅為傳統(tǒng)托盤的1/50，回收成本降低77%以上；件煙損壞率下降96%；單箱運(yùn)輸費(fèi)用下降37%，托盤存儲(chǔ)占用面積下降99%；出入庫能力為120 托盤/h，能夠滿足企業(yè)正常生產(chǎn)和發(fā)貨需求，基本實(shí)現(xiàn)了福建省內(nèi)以及省外部分紙滑托盤工商聯(lián)運(yùn)業(yè)務(wù)，提升了煙草物流配送自動(dòng)化水平，推進(jìn)了工商物流一體化進(jìn)程。

紙滑托整托盤聯(lián)運(yùn)在煙草行業(yè)推廣過程中主要存在兩個(gè)問題，一是紙滑托盤盤高架庫入庫成功率問題，另一個(gè)是紙滑托盤RFID 芯片抗干擾問題。前者可能由于RFID 芯片的安裝位置、方向、RFID 天線安裝位置、紙滑托件煙碼垛前在高架庫內(nèi)運(yùn)輸過程中位置跑偏、脫落，一號(hào)工程條碼采集校驗(yàn)失敗等導(dǎo)致的紙滑托盤入庫失敗，降低高架庫的綜合入庫效率，同時(shí)可能造成庫內(nèi)紙滑托盤庫存數(shù)量不足，影響紙滑托盤調(diào)撥。后者由于紙滑托盤從工業(yè)高架庫出庫，運(yùn)輸?shù)缴虡I(yè)公司這一過程中，紙滑托盤上的件煙可能發(fā)生位移，導(dǎo)致件煙壓到RFID 芯片，而件煙上的鋁箔紙將會(huì)嚴(yán)重降低RFID 芯片的讀寫成功率，影響商業(yè)出入庫效率。針對(duì)以上兩個(gè)問題的研究，尋找恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，將是紙滑托整托盤聯(lián)運(yùn)在行業(yè)推廣過程中重要的努力方向。