卷煙全品規自動分揀解決方案分析

文/陳向輝

國內煙草商業物流配送中心多數為十年前規劃建設，隨著近年來卷煙銷量的不斷增加，同時卷煙銷售品種及異型煙所占比例不斷上升，現有分揀設備無法支撐卷煙全品規投放，無法有效滿足消費者個性化、多樣化的需求。針對以上問題，亟待引入創新技術方案對配送中心進行改造。本文以唐山市公司卷煙物流配送中心技改項目為例，介紹了全品規自動分揀解決方案的實現方法與技術創新點。

一、改造必要性

唐山市公司卷煙物流配送中心于2008年5月施工，2009年11月投入使用。承擔著全市卷煙的倉儲、分揀、配送任務。倉儲區，采用自動化立體高架庫存儲模式，分為3條巷道，9層73列貨架，高21米，縱深87米，有3942個托盤位，最大儲量為11.6萬件。備貨區，占地700平方米，采用吊裝式重力貨架設計，共有44個倉道，其中3個是混合倉道，每個倉道能存儲卷煙35件，件煙庫最大存儲能力為1540件，日均容納常規煙約為80～90種。分揀區，原有3條半自動全品規分揀線，單條分揀線綜合效率12000條/小時左右。

該配送中心改造升級的必要性體現在四個方面：

1.設備老化，故障多發

高架庫運行12年，未進行任何改造升級，堆垛機、穿梭車、輸送機等設備故障頻發，軌道磨損嚴重，停位故障較多，大大降低了設備的運行效率，進而影響出入庫效率。

2.全品規分揀改造不徹底、不全面

3條半自動分揀線雖然實現了全品規分揀包裝，但主要是基于老線改造實現的，存在煙倉配備不夠、分布不合理、適應銷售結構變化能力較差、作業環節復雜、沒有形成統一的系統等問題，導致用人過多，加之主線老化嚴重，補貨小車、煙倉、主線故障頻發，分揀效率不夠穩定，波動較大。隨著卷煙銷量的不斷增加及供給側改革的不斷深入，卷煙銷售品種及異型煙所占比例將進一步增加，現有分揀設備無法支撐卷煙全品規投放，無法有效滿足消費者個性化、多樣化的需求，嚴重制約了卷煙經營的新需求。

3.備貨模式不匹配，無異型煙備貨補貨系統

全品規分揀改造前，備貨環節與分揀模式已不匹配，常規煙備貨設有44個倉道的件煙庫，異型煙備貨仍需集中時間備貨，采用人工操作出庫、人工分揀領用掃碼等作業，存在備貨差錯率高、掃碼不準確等情況。而且由于異型煙占比較高，分揀量較大，分揀區需存放過多的異型煙，現場混亂，易出現分揀差錯。受異型煙分揀待分區場地限制，部分異型煙仍需存放在待分區以外，需在分揀過程中人工往返搬運。因此，異型煙備貨需專門設置6人備貨組進行異型煙備貨作業、2人出庫分揀領用掃碼作業和3人分揀過程中補貨作業，人員需求多，搬運作業量大。

圖1 改造后的配送中心效果圖

圖2 備貨道

圖3 件煙多穿庫

圖4 分揀線布置

4.自動化程度較低

改造前，入庫作業采用的是人工碼垛入庫方式；出庫作業采用的是人工拆盤出庫方式；開箱補貨采用的是人工開箱補貨方式。

二、改造內容

該項目技改方案主要包括以下方面：

1.倉儲區改造

（1）新增自動拆碼盤裝置，更新堆垛機，提升自動化水平；

（2）適當增加備貨道，增加大品規標準煙、細支煙、中支煙、短支煙的備貨量，滿足后續全品規分揀的需求；

（3）建立儲分一體系統的多穿庫，具備小品規卷煙及異型煙的自動備貨功能，實現全品規卷煙的自動備貨。

2.分揀線改造

對原有聯合工房分揀區進行改造，建設2條可適應全品規分揀的高速分揀線，單線實際分揀效率達到25000條/小時。

3.相關輔助配套設備設施建設

為保證升級改造后的分揀設備性能及運行穩定性，對相關的強、弱電線路進行梳理，針對網絡傳輸進行重新規劃；根據新增分揀設備的用氣要求對氣動管路進行改造，保證設備安裝調試期間分揀順利進行；對現有重力式備貨架電控及調度系統進行升級更換，實現系統的統一性。

4.信息系統建設

建立起一套與分揀系統配套的信息化、數字化、集成化、網絡化、可視化、柔性化的信息系統，為實現與全省統一建設的智慧物流平臺對接做好前期準備工作。

本次改造項目從卷煙入庫到發貨各環節都能夠實現全品規卷煙處理，特別是提供了完整的全品規卷煙共線高速自動分揀解決方案，符合中煙發展戰略，具有行業示范推廣意義。

三、實現全品規分揀改造措施及特點

分揀系統是該技改項目的重中之重。本次改造提供了完整的全品規解決方案，從卷煙入庫到發貨各環節都能夠實現全品規卷煙處理。各區域全品規處理改造措施如下：

1.入庫區

采用自動碼盤+人工碼盤相結合的方式，用于標準煙和部分細支煙、中支煙和短支煙碼盤，小品規卷煙及異型煙通過人工碼盤入庫，實現了全品規卷煙自動碼盤入庫。

2.出庫區

采用自動拆盤+人工拆盤相結合的方式，用于標準煙和部分細支煙、中支煙和短支煙拆盤，小品規卷煙及異型煙通過人工拆盤出庫，實現了全品規卷煙自動拆盤出庫。

3.儲分一體區

采用備貨道+多穿庫模式，備貨道負責標準煙、細支煙中銷量較大的品規備貨，多穿庫采用寬度可調多層穿梭車，負責小品規卷煙及異型煙的備貨，實現了全品規卷煙自動備貨。

圖5 條煙臥式分揀機

圖7 條煙皮帶線

4.分揀區

配置了2條全品規分揀線，單線實際分揀能力≥25000條/小時。全品規分揀線包含完整的全品規解決方案，采用自動開箱機系統、條煙補貨小車、條煙臥式分揀機、條煙立式分揀機、全品規自動包裝機，實現標準煙、短支煙、細支煙和中支煙共線開箱、共線補貨、全品規共線分揀、在線自動打碼、自動合單、自動包裝、自動貼標。同時，充分考慮現有分揀場地實際情況，通過搭建平臺的方式，將臥式機置于平臺上方，立式機、包裝機置于平臺下方，提高空間利用率。系統采用多層子線并行分揀的方式，可以按訂單實現多品種、多頻次、小批量的分揀，并實現在線自動合單、自動打碼、自動包裝、自動貼標的功能。

圖8 全品規劃箱機

圖9 細支煙、中支煙開箱機

圖10 全品規卷煙包裝機

5.劃、開箱環節

分揀線配置的自動劃箱機與自動開箱機具備兼容功能，可滿足標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規卷煙的自動開箱需求。其余小品規卷煙及異型煙在鋼平臺下方的立式煙倉分揀，由人工完成開箱補貨作業。

6.包裝環節

每臺包裝機包含2個入口（1個入口采用自動翻板堆疊，1個入口采用推桿自動堆疊），采用了預堆疊合單策略，即一個通道采取翻板疊煙的方式自動堆疊標準煙、細支煙，另一個通道采取推桿自動疊煙的方式自動堆疊中支煙、短支煙和異型煙。臥式機分揀的標準煙和細支煙經打碼后，由鋼平臺上輸送至下層分揀線進入包裝機標翻板疊煙工位；臥式機分揀的中支煙和短支煙經打碼后，由鋼平臺上輸送至下層分揀線側堆疊煙工位。從而實現全品規卷煙共線分揀、獨立堆疊、在線合單包裝的分揀需求，減少設備重復投資，降低項目建設成本。基本實現零售戶所訂卷煙“一包煙”包裝。

本次改造通過應用成熟的條煙分揀技術，建立了一個數字化、集成化、網絡化、可視化、柔性化的智能分揀系統，在保證分揀差錯率、破損率符合行業要求的前提下，整合分揀設備資源，將分揀效率提升到50000條/小時（2條全品規分揀線），提高分揀設備利用率和效率，提升分揀準確性，極大降低工人勞動強度，減少分揀用工數，解決設備老化、設備配置與品規增長不匹配等問題，使作業現場清晰、簡潔、有序、高效。

四、技術創新點

（1）全品規總體方案設計創新

該方案借助大數據分析，研究異型煙與標準煙的特征差異與共性特征，不同卷煙混包的虛擬垛形設計，全品規共線分揀效率影響與補償技術，共線分揀對裝備技術創新的需求等。在大量研究計算及仿真評估驗證的基礎上，確定了最終解決方案。該方案保證了分揀系統、備貨系統和出入庫系統各個環節均能夠實現全品規卷煙共線自動化處理，且保證效率不受影響。

（2）提高備貨能力與兼容設計

采用備貨道+多穿庫的備貨模式，備貨道負責標準煙、細支煙中銷量較大的品規備貨，多穿庫采用寬度可調多層穿梭車，負責小品規卷煙及異型煙的備貨。該模式實現了全品規卷煙的自動備貨功能。補貨時，從備貨系統出口提前分道，為每條分揀線都設置獨立的補貨線，補貨線之間互不牽扯，大大提高了補貨的能力。

（3）全品規智能卷煙補貨小車創新

兼容標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規卷煙補貨小車需要解決不同品規卷煙的感知判斷，根據感知信息自動調整垛煙夾持位置、補煙停車位置及相關機構的自適應動作，還要具備自診斷與異常處理能力。另外，小車采用條碼行走定位，不僅可實現小車與煙倉準確對位，還可實現一線多車，鄰車交叉協同補貨，使補貨一組小車都能發揮到最佳效能。與之前的每個小車對應固定補貨煙倉相比，不僅補貨能力提升幅度很大，還降低了某臺車發生故障時對系統的影響風險。

（4）全品規智能開箱系統創新

分揀線配置的自動劃箱機與自動開箱機具備兼容功能，可根據系統信息自動調整開箱位置及相關機構的自適應動作，滿足標準煙、細支煙、短支煙、中支煙等大品規卷煙的自動開箱需求。

（5）提高自動化程度，減少用工

改造完成后出入庫區、備貨區、分揀區均實現了全品規卷煙的自動處理，自動化程度的提升有效減少了作業人員數量。

（6）系統的人性化設計

分揀系統人員崗位配置合理，人員分工明確。分揀系統設備配置和崗位設置均充分考慮到人機有機結合，既考慮到系統的先進性，又考慮到系統的實用性和經濟性，同時還考慮到人員操作的方便性和難易程度。此外，還考慮到人員的安全防護措施，系統操作和維護的便利性，以及設備運行的安全性。

（7）系統診斷及糾錯技術

本方案通過系統設計及強大的軟件診斷及糾錯技術，能及時復核環節之間交接的準確性，讓局部故障及時發現，快速解決，保障系統效率和準確率。

本次改造通過應用成熟的條煙分揀技術，建立了一個數字化、集成化、網絡化、可視化、柔性化的智能分揀系統，在保證分揀差錯率、破損率符合行業要求的前提下，整合分揀設備資源，將分揀效率提升到50000條/小時。

五、行業借鑒意義

（1）卷煙全品規共線高速自動分揀開創了卷煙物流分揀領域的新模式，符合中煙發展戰略，具有示范推廣意義。

圖11 智能卷煙補貨小車

近年來，中支卷煙品類熱度持續升溫，市場規模快速擴張，產品形態不斷豐富。發展中支卷煙是促進卷煙品牌建設，提高我國卷煙核心競爭力的重要舉措。可以預見未來幾年，中支卷煙升級創新將作為推動中式卷煙發展新的增長點，實現中支卷煙創新升級已經迫在眉睫。

（2）總體解決方案及多項關鍵技術的突破對行業卷煙分揀技術發展奠定了基礎，對支撐卷煙高速發展具有戰略意義。

異型煙條煙因外形多樣，造成與普通標煙分揀機不兼容，煙姿控制難，上打碼方式不適應，全品規卷煙共線自動開箱，保證25000條/小時的分揀效率等一系列技術難題需要突破。為了達到這一目標，首先是做好全品規分揀總體技術方案，從頂層設計上保證方案先進合理高效，優化總體工藝流程方案和系統集成方案，達到事半功倍的效果。通過柔性自動開箱系統、智能條煙兼容補貨小車、全品規智能開箱系統、柔性臥式分揀機、復合包裝機等多項技術攻關和裝備創新升級，實現了全品規卷煙共線開箱、共線補貨、共線分揀、在線打碼、在線自動合單、自動合包、自動貼標的系統功能要求。

（3）節能降耗效果明顯，實現綠色物流理念。

在系統設計上，尋求效率和能耗的最佳平衡。通過對物流動線的優化，使其更順暢簡潔，避免了不必要的等待和無效搬運，提高了件煙備貨效率。

通過輸送線積放段控制設計，不僅解決了件煙緩存和柔性輸送功能，還實現了任意積放段閑時自動休眠節電的效果。驅動機電元件盡可能采用節能型，多方面降低電能消耗。