洛陽卷煙廠成品庫的柔性密集存儲方案設計

文/李國棟

在煙草自動化物流倉儲系統中，成品庫發揮著在卷煙生產結束后對成品件煙進行存儲周轉的作用，可將各規格的成品卷煙和空托盤組均勻分布在各巷道內，按“先進先出”、“入庫優先”等原則進行調度，實現出入庫作業，并可按要求將指定貨位（或指定巷道、指定區域）出庫。對長期庫存成品煙具有自動報警功能。因此，成品庫倉儲系統是煙草自動化物流系統的重要組成部分。

本文主要對河南中煙洛陽卷煙廠成品庫物流系統的規劃、核心關鍵設備和軟件系統的設計等進行了詳細介紹。洛陽卷煙廠成品庫物流系統的設計范圍，從成品件煙由卷接包車間裝封箱機組后的煙箱提升機開始，經輸送設備送至碼垛機器人的對應工位，碼垛成為成品實托盤，然后通過入庫輸送系統進入成品密集倉庫。

在成品出庫環節，由堆垛機將實托盤通過出庫輸送系統送至成品出庫口，再由輸送設備送至拆垛機器人對應工位，拆成件煙經環形件煙輸送線，送至發貨站臺前的貨車完成出庫。同時，該系統也考慮到了整托盤發貨通道，以及人工拆垛工位。

一、成品庫系統的規劃設計

河南中煙洛陽卷煙廠成品庫遵循高效性、先進性、兼容性、安全性、可靠性及可擴展性等設計原則。通過對系統設計方案多次進行可行性分析、技術路線認證、有效性分析及風險分析，最終完成了成品庫的智能倉儲系統建設。

1.成品庫布局

洛陽卷煙廠成品庫倉儲系統總體布局如圖1，由貨架系統、堆垛機系統、拆碼垛機器人系統、穿梭車系統、托盤碼分機及輸送系統等組成。

圖1 成品庫總體工藝平面布局

2.應急預案

成品庫倉儲系統是整個卷煙存儲、配送等物流環節的重要組成部分，成品庫系統故障可能導致整個卷煙生產車間停線。因此，洛陽卷煙廠成品庫倉儲系統在規劃之初就設計了相應的應急方案：

（1）入庫區應急方案。當負責入庫的1#碼垛機器人出現故障時，成品件煙經件煙入庫分揀系統分配到2#碼垛機器人的件煙碼垛輸送緩存道上，由2#碼垛機器人進行件煙的碼垛，碼垛完成后的實托盤通過輸送系統送到巷道堆垛機取貨站臺，由巷道堆垛機和穿梭板送入計算機庫存管理系統指定的貨位存放。

兩臺碼垛機器人互備，當其中一臺故障時，不影響系統正常入庫作業。

（2）出庫區應急方案。當負責出庫的1#拆垛機器人出現故障時，成品實托盤經輸送線送到2#機器人拆垛工位。成品件煙由2#拆垛機器人進行自動拆垛，拆垛后的件煙進入出庫分合流系統進行條碼掃描，合格的成品件煙經分合流輸送系統輸送至伸縮鏈板機，再經一號工程掃碼后供人工裝車；不合格的成品件煙由分合流輸送系統自動剔除到不合格剔除口，由人工進行處理，處理合格后的件煙由人工放置在上煙口上，件煙自動進入分合流系統。

兩臺拆垛機器人、兩臺堆垛機互備，當其中一臺故障時，不影響系統正常出庫作業。

3.系統流量設計

洛陽卷煙廠的卷煙生產能力為30萬箱/年，對成品庫的物流存儲需求如下：

成品實托盤入庫流量：件煙入庫量為429件/h；成品實托盤入庫量為14.3 PL/h；

出庫區系統流量：45.87 PL/h。

4.成品庫生產流程設計

基于應急預案和系統流量等因素的綜合考慮，整個成品庫的生產流程設計，如圖2。

圖2 成品庫的生產流程圖

二、核心關鍵設備的設計

1.拆碼垛機器人系統設計

本項目中成品物流自動化系統中的拆碼垛機器人選用瑞士?ABB產品，ABB機器人具有較高的國際知名度，在煙草行業有著廣泛應用。

成品入庫區配置2套碼垛機器人系統（如圖3），每套機器人系統同時對應3個托盤工位和3條積放輸送通道；成品出庫區配置2套拆垛機器人系統，每套機器人系統同時對應2個托盤工位和1條積放輸送通道。

圖3 成品入庫區機器人碼垛俯視圖

機器人系統除能完成正常拆碼垛作業外，還具備以下功能：

? 安全防護及連鎖功能；

? 系統自診斷功能；

? 速度設定功能；

? 力矩過載報警功能；

? 數據錯誤報警功能；

? 碼垛強制結束（散盤入庫）功能。

2.巷道堆垛機+穿梭板

針對洛陽卷煙廠的品規少、單一品規量大、出入庫效率要求不高的特點，本項目中成品立庫采用高架密集庫，核心存取設備采用堆垛機+穿梭板的模式。

這種系統本質上是以堆垛機為主體，將穿梭板取代堆垛機的貨叉從而可以無限延展，其優勢是存儲密度遠高于普通的堆垛機倉庫，同時柔性也比較大，可以由一臺堆垛機結合多臺穿梭板來提升作業效率。

巷道式堆垛機主要包括行走單元、提升單元和取放單元三個部分，通過激光測距以及編碼器定位，可以到達非常高的定位精度。由于堆垛機運行速度非常快，且貨物都是在狹窄的巷道內行走，稍有不慎就會造成貨物或者設備撞擊損壞，因此堆垛機的安全性檢測極其重要，包括裝設超限、超重、超速、緊停、斷電保護、位置檢測等多重保護措施。通過無線傳輸技術，將數據傳遞給服務器并與倉庫管理系統（WMS）進行數據交互，實現倉儲與生產工藝的匹配，同時在服務器中保存生產信息。在本項目中，堆垛機增加了對高架倉庫立柱和橫梁的學習功能，初始化設定高架倉庫中每個貨格的位置后，在每次取放貨物的過程中，都會對貨格相應立柱和橫梁的位置進行識別，如果發現偏差較小，可自動更新貨格位置，如果偏差較大超出規范，則向服務器發出故障警告。

3.無線射頻(RFID)系統設計

無線射頻識別（RFID）技術，又稱電子標簽，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，它利用射頻信號和空間耦合的傳輸特性，實現對目標對象的自動識別并獲取相關數據，整個識別過程無需人工干預。

作為物流信息載體，RFID技術的使用壽命長，應用范圍廣，防護等級高，擁有更好的安全性?；谝陨蟽烖c，洛陽成品庫在設計之初就選擇了行業內應用范圍廣，應用技術成熟的深圳遠望谷超高頻RFID芯片。該項技術的引進和應用，使洛陽成品庫能夠在出入庫時對輸送來的托盤煙進行記錄和比較，對倉儲管理提供數據上的支撐；由于每一托盤均有芯片記錄托盤信息，極大提高了盤點和抽檢的便利性和準確性；在出庫時對芯片信息進行再次讀取，從而確認供給的準確性，完全杜絕了生產質量問題；芯片內部信息設計有冗余及芯片可反復擦寫，為后續信息的多樣化開發提供了接口保障。

三、自動化物流系統的開發設計

根據自動化物流規劃系統的功能分析和系統定位，依據洛陽卷煙廠易地技術改造成品庫自動分揀系統項目的設計原則，將洛陽卷煙廠物流成品庫自動分揀系統的體系結構分為三個層次：信息管理層、調度監控層和設備執行層。

1.信息管理層

關于信息管理層，主要實現與MES/ERP的接口，接收生產任務單，并將任務單發送給調度監控層，采集、跟蹤、存儲各種物流信息，并實現對信息的分析，包括但不限于以下功能：

（1）具有從MES/ERP系統接收生產計劃和物料清單的功能；

（2）具有手動錄入生產計劃和物料清單功能；

（3）具有執行作業計劃管理、批次管理功能；

（4）具有物料跟蹤、管理功能；

（5）具有自動化倉庫多種存儲揀選管理策略功能（如最短路徑、先進先出、庫存位置優化、智能分區存放、人工干預等）；

（6）具有托盤、條碼或RFID管理等功能；

（7）具有較完整的統計分析功能；

（8）具有定期、循環等盤點功能；

（9）具有操作權限管理功能；

（10）具有系統操作使用幫助功能；

（11）具有完整詳細的日志功能；

（12）中文界面顯示；

（13）Web發布功能。

2.調度監控層

調度監控層主要是接收物流管理層的指令，實現生產任務分解、物流設備監控，以及流程參數監控，綜合功能包括但不限于以下幾方面：

（1）接收物流管理層的生產任務指令，分解下達給設備執行層，并接收執行層運行數據；

（2）采用圖形、表格等較直觀的方式展示系統運行狀態；

（3）具有修改流程參數、設備參數的功能；

（4）具有設備及通訊故障自動報警功能；

（5）具有操作權限管理功能；

（6）具有系統操作使用幫助功能；（7）具有完整詳細的日志功能；（8）中文界面顯示。

3.設備執行層

設備執行層主要是接收調度監控層分解指令，控制物流設備的執行；運行數據向上傳輸給調度監控層；要求具有良好的實時性和高可靠性；集成了各種執行設備的工業控制網或專用控制系統。在自動化物流系統中包括輸送控制系統、堆垛機控制系統等，綜合功能包括但不限于以下幾方面：

（1）將系統設備按照集中管理、分段控制的原則進行功能段劃分；

（2）系統設備具有自動和手動控制功能；

（3）具有與調度監控層可靠、穩定的通訊功能，具有各控制段之間的高可靠、高穩定的通訊功能，具有與上下游設備聯鎖控制功能；

（4）具有自動故障診斷報警功能；

（5）具有安全保護功能。

洛陽卷煙廠成品庫物流系統，基于WMS倉庫管理系統及WCS倉庫控制系統，實現信息管理、調度控制、在線監控、系統集成、設備執行等功能，最終完成系統所需的物流流程.物流系統通過對WMS系統及WCS系統的有效運用，能夠對相關作業信息及時進行記錄并更新，保證貨品信息的實時性、準確性。成品庫物流系統的應用，使物流管理質量和效率得以有效提升，為整個卷煙生產流程提供有力保障。

四、結論

洛陽卷煙廠成品庫自2019年建成投入生產以來，各項關鍵性能均能滿足設計要求，且具備如下特點：物流系統存儲量大，響應效率高；設計倉儲系統應急方案，保證物流系統的安全穩定運行；拆碼垛機器人的應用，大大提高成品庫物流系統的效率，同時又節省大量人力；穿梭板加堆垛機的應用，增加了成品庫物流系統高架庫的存儲容量；WMS系統及WCS系統的開發運用，實現了成品庫物流系統的自動化、信息化、柔性化功能，使全廠的信息化數字化和智能化達到業內領先水平。

隨著新一輪煙草行業技術系統的革新，成品卷煙智能倉儲系統在規劃設計、物流設備、控制系統開發及軟件系統開發等方面均需要進行優化和升級。在成品卷煙物流領域，洛陽卷煙廠成品庫的柔性密集存儲方案成為業界典型案例之一，可對煙草或其他行業的成品密集存儲提供很好的借鑒和參考價值。