物聯網技術在煙草機械設備中的應用研究

王茂方

紅云紅河集團會澤卷煙廠，云南曲靖，654200

0 引言

將物聯網技術應用到煙草機械設備當中，能夠最大限度地發揮出機械設備的能力效用，在減少生產成本的同時，能夠有效提升煙草生產效率。如今新型的煙草機械設備逐漸增設了物聯網功能，這是機械生產設備優化革新的必然趨勢，也是推動煙草機械設備信息化建設的重要手段。因此在以后的發展過程中，應該積極推動物聯網技術在煙草機械設備中的應用，打造一個智能化、信息化的煙草機械生產體系[1]。

1 物聯網技術介紹

1.1 物聯網技術的概念

物聯網是利用多種多樣的傳感設備、定位技術、激光掃描技術、射頻識別技術，對目標物體、生產流程進行實時監控、連接、互動的過程。物聯網技術能夠通過光線、聲音、溫度等多種信息媒體展開互動溝通，實現物與物、人與物之間的有效聯通，實現對物品、流程的智能化、信息化管理。

1.2 物聯網技術的特征

物聯網實現信息傳輸的重點在于網絡層，網絡層是移動通信、萬維網、廣電網的有效融合。截至目前，物聯網技術得到了普及與應用，并逐漸顯現出以下幾個特征。

1.2.1 可跟蹤性

可跟蹤性是指物聯網技術能夠對區域內的目標物體進行精準定位，對目標物體的動向實現精準把握，這一點在卷煙產品物流配送中的表現尤為明顯，如今我國的卷煙產品配送環節已經比較成熟，能夠借助物聯網技術對卷煙產品配送車輛的行駛路線、位置進行精準定位[2]。

1.2.2 可監控性

可監控性是指物聯網技術能夠對卷煙產品的各個生產環節實施監督與控制，從而提高煙草機械設備的信息化水平。例如在煙葉烘烤環節，物聯網技術可以對煙絲烘干程度、烘烤時間、含水量進行精準檢測，并將檢測信息傳輸到控制中心，從而實現對煙草生產加工的智能化控制。

1.2.3 可連接性

物聯網是以互聯網為基礎的新型技術，開放程度非常高，可以與傳統的通信網絡、廣域網絡進行有效連接。與此同時，基于物聯網技術的卷煙生產機械設備擁有多種數據連接端口，能夠有效兼容外部設備，具有強大且良好的拓展性。

2 物聯網技術的結構分析

在卷煙機械設備中的物聯網體系主要包括三個層次，第一層次是感知層，第二層次是網絡層，第三層次是應用層，各個層次的應用價值如下所示。

2.1 感知層

對于卷煙機械設備來說，物聯網的感知層主要由數據采集層、自組織傳感器構成，相當于物聯網系統的眼睛，是實現萬物互聯的基礎內容。在實際應用過程中，感知層會利用二維條碼、傳感器、GPS定位、射頻識別技術等采集各種各樣的數據信息，具體包括溫度、濕度、速度、位置等等。自組織傳感器體系是以數字鏈路在載體的編碼、調制、解調技術，使得采集數據能夠正常傳輸，以組網、局域網為媒介通道，使得各個節點之間的自組織與協調交互。中間件通常包括傳感網絡中間件、嵌入式等，其核心職能是處理設備和數據管理中的問題[3]。

2.2 網絡層

網絡層的主要職能是將采集到的數據信息傳輸到控制中心，并對數據進行核算、分析與處理，相當于物聯網系統的大腦。如今，網絡層已經不再局限于有線數據傳輸，在射頻識別技術、WIFI、局域網技術飛速發展的時代背景下，感知層采集到的數據信息能夠實現無線傳輸，不僅提高了數據傳輸的效率，而且降低了物聯網硬件結構的復雜程度。截至目前，卷煙機械設備中的網絡層已經達到了很高的水平，能夠實現不同結構網絡之間的信息傳輸、控制與交互功能。

2.3 應用層

應用層是物聯網和卷煙機械設備的有機融合，其職能作用是實現物聯網技術的價值應用。例如在煙草烘烤環節中，人們可以借助物聯網技術調控煙絲烘烤的溫度、時間，使得煙絲的干度與濕度符合要求。在卷煙卷接環節，物聯網技術可以精準調控卷煙的傳送速度、切割頻率，還可以對成品卷煙的重量進行精準控制，精準篩選出不合格的成品香煙。

3 物聯網技術在卷煙加工機械中的應用狀況分析

3.1 物聯網在煙草加工中的應用

3.1.1 物聯網在卷煙制絲中的應用

卷煙制絲主要包括煙葉初加工、制作葉絲、制作梗絲、摻配加香等幾個環節。卷煙制絲是煙草加工中的重要環節，也是物聯網技術應用最多的環節，具體內容如下所示：

煙葉初加工又可以細分為煙片備料、切片、松散、篩分等幾個流程。如今我國的煙草生產的機械化程度已經達到了很高的高度，物聯網技術也得到了廣泛的應用。例如在煙葉備料和切片過程中，物聯網技術針對所有批次的煙葉都會打上一個RFID標簽，這些標簽中記載著煙葉的等級、配方等信息，接下來這些信息會集中傳送到數據控制中心，由數據控制中心對這些信息進行快速、準確的分析處理，然后根據預定程序發出相應的加工指令，不同批次的煙葉會進入不同的加工流程。在煙葉松散、篩分過程中，機械設備會再次清除碎片，然后均勻混合各組分煙片并存儲起來，并打上相應的二維碼標簽和RFID標記，為下一階段的煙草加工提供良好的條件[4]。

在煙片切絲之前，需要進行加熱處理，此時基于物聯網技術的卷煙加工設備通常會安裝溫度傳感器、計時器等設備，能夠對溫度、時間進行精準探測，并以此為基礎調整加熱溫度。當溫度較高時，設備會自動調低溫度，當溫度低于程序設定值時，系統會自動升溫加熱，從而將加熱溫度控制在合適的范圍之內，提高煙葉的加工質量。接下來機械設備會根據提前設置的寬度對煙葉進行切絲處理，并對煙葉進行加熱烘干或者加濕處理，將煙葉中的含水量控制在11.5%～14.0%。這個過程都可以利用RFID技術實施監控與處理，大大降低了加工人員的工作負荷。

接下來是制作梗絲和摻配加香，同樣離不開物聯網技術。第一步，去除煙葉中的雜質和灰塵，把符合要求的煙梗進行加濕加溫處理，溫度以及濕度都是通過溫度傳感器、濕度傳感器以及程序軟件控制的，在物聯網技術的支持下，傳感設備能夠檢測出煙梗的溫度、濕度數據，但是這些數據通常都是模擬信號，無法直接控制和利用，計算機、單片機能夠將模擬信號轉化成數字信號，根據既定程序自動調整溫度和濕度。物聯網技術還需要對煙梗的狀態進行檢測分析，表面無灰塵、無水漬、結構松散的煙梗會存儲起來，并打上相應的RFID標簽。煙絲中還需要添加一些香料，其主要作用是抑制煙葉中的刺激性氣味，提高煙葉的香味，還能夠對煙氣燃燒后的酸堿度進行合理調節。

3.1.2 物聯網技術在卷煙機械設備中的應用

煙葉卷制是將煙葉處理成煙絲，制作成過濾嘴香煙或者無過濾嘴香煙的過程，具體分為兩個環節：一個是卷制；另一個是接裝。其中煙支卷制通常涵蓋了煙絲進料、供紙、卷制成型、煙支切割等幾個流程，在此過程中，人們可以利用物聯網技術實現對卷煙卷制的流程和環節實施遠程控制，也就是利用各種傳感器、視頻監控設備將加工情況傳輸到控制中心，實現對卷煙卷制作業的遠程控制。在設備運作正常的情況下，基本上不需要人力參與，當某個傳感器設備、加工環節出現故障時，相關人員可以及時關停生產設備，并做出適當的檢測與維修，這樣一來煙草卷制的效率會大大提升，還可以有效避免人為出錯的問題發生。

卷煙卷接設備的主要職能是利用卷煙機、接裝機，把符合標準的煙絲和輔料制成卷煙，無論是煙絲進料、供紙，還是卷制成型、煙支切割，物聯網技術都發揮著不可忽視的職能作用。在物聯網技術的支持下，還可以實現人們與機械之間的對話，將生產中的煙支數據記錄下來，省去了人工計數的麻煩。此外物聯網技術還可以對每根煙支進行稱重，自動剔除漏氣、空頭、污垢的煙支，實現對煙支卷制加工的智能化識別、產品定位以及自動化監控，借助射頻識別技術、探測感應設備、紅外線感應設備，將整個卷煙制作過程與控制中心連接在一起，實現高效的信息交換、數據流通與監督控制。

3.2 物聯網技術在卷煙產品物流中的應用

在信息技術飛速發展的時代背景下，物聯網技術在卷煙產品配送中的應用頻率越來越高，并發揮出了重要的職能作用，具體內容如下。

3.2.1 物聯網在卷煙產品物流基礎信息中的應用

過去的卷煙產品零售信息涵蓋了商戶姓名、證件號碼、聯系方式等多種信息，這些信息都需要一一登記，但是隨著物聯網技術的引入，GIS矢量化電子地圖卷煙產品零售基礎信息系統應運而生。該數據庫能夠將過去的卷煙產品零售商戶信息與電子地圖相結合，實現商戶信息、地理信息、經濟信息有機融合在一起，使得卷煙產品配送更具有方向性、規劃性。在實際運作過程中，可以將卷煙產品零售商的地理信息、配送路線、配送頻率進行統計整理，并錄入到GIS矢量化電子地圖卷煙零售基礎信息系統當中，根據零售商戶的銷售情況、地理位置科學規劃配送路線，從而推動煙草配送工作的規范化運作[5]。

3.2.2 物聯網技術在煙草運輸中的應用

卷煙產品配送應用頻率最高的是公路運輸，具體包括車輛調度、運輸管理等內容。前者是指參考車輛的裝載率、車輛性能、車輛裝貨點、配送地點、司機情況等信息，對卷煙產品配送車輛進行合理調度。基于物聯網技術的卷煙產品物流配送系統往往會為每個配送車輛安裝一個GPS定位系統，以GIS、電子地圖為監控平臺，對配送車輛實施智能化管控以及全時段跟蹤。記錄每個配送車輛的配送日志，并作為GPS接口服務、配送路線優化的重要依據，達到配送數據查詢、異常狀態報警、煙草配送優化的目的。

物聯網技術是一個萬物互聯的現代化系統，能夠將GIS、GPS、GPRS/CDMA、RFID、傳感器技術等融合在一起，打造一個覆蓋范圍廣、信息化程度高、管理功能強大的物流監管系統，實現對配送車輛的實時監控、車輛調度。例如當某個區域的卷煙經營商發出卷煙配送申請之后，基于物聯網技術的卷煙產品物流配送系統能夠在第一時間規劃出卷煙配送路線、車輛裝載量、配送時間等各項信息，車輛在配送過程中，諸如車輛位置、行駛速度、道路交通狀況等信息都可以實時顯示到物流配送中心，由物流配送指揮中心對配送車輛進行調度，保證產品配送工作的穩定運行。車輛只需要按照規劃好的路線進行配送，就能夠滿足零售商戶的銷售需求，卷煙產品配送的效率大大提升[6]。

4 物聯網技術在卷煙機械設備中的應用趨勢分析

4.1 向著智能化的方向發展

雖然我國當下的卷煙生產設備信息化建設已經達到了很高的水平，但是在信息技術飛速發展的時代背景下，物聯網技術的應用仍然擁有廣闊的發展空間。卷煙的生產環節比較多，需要用到的機械設備多種多樣，其中任何一個機械設備出現問題都會對卷煙產品生產加工產生不可忽視的影響。在以后的發展過程中，卷煙企業可以借助物聯網技術，建立故障檢測點，不斷積累并記錄高風險統計數據，逐漸打造一種計算機網絡集成的人工智能在線檢測技術，針對一些出現頻率高的故障問題盡可能實現自我檢測、自動解決，從而降低機械出現故障問題的概率。另一方面，由于卷煙機械設備的精度比較高，有時候很難確定故障問題，智能故障排除技術還受到一定的制約與限制，因此卷煙企業要加大物聯網技術的研發力度，不斷提升工作人員的物聯網技術應用水平，創新設計出卷煙機械設備故障問題的全新解決方案，引入并應用智能故障監控系統，從而推動卷煙機械設備中物聯網技術的智能化發展[7]。

4.2 向著密集化的方向發展

截至目前，卷煙加工機械設備中物聯網技術的應用范圍還比較有限，物聯網技術的應用密集程度還不夠高。如今我國對物聯網技術的重視力度越來越高，部分領域的物聯網技術應用水平甚至能夠與發達國家相媲美，因此在卷煙生產加工過程中，卷煙企業可以創新設計各種各樣的數據模型，對煙葉收購、煙葉檢測、煙葉烘干、卷煙加工、卷煙包裝、產品配送等各個環節實施精準、高效的監督、管理與控制，提高物聯網技術應用的密集程度，進一步提高煙草生產體系的信息化水平，降低從業人員的工作壓力。例如卷煙企業可以創新設計一個煙株器官形態描述模型庫和參數庫，使得RFID技術能夠更好地識別與編碼；根據卷煙生產實際情況，建立健全信息反饋機制，模擬出煙葉生長與環境變化之間的影響機理；針對不同地區的煙葉生長情況，利用物聯網技術建立一個煙草生長生態環境優化模型，從而實現煙葉生長科學管控的目的[8]。

5 結語

我國的物聯網技術已經相當成熟，并且在卷煙生產加工機械設備中得到了普及與應用，使得卷煙生產加工環節的信息化水平大大提升。卷煙機械設備中的物聯網體系主要分為感知層、網絡層和應用層，能夠對卷煙生產加工環節的各項數據進行采集、傳輸、分析、處理與控制。如今物聯網技術在煙絲制作、卷煙卷制、產品配送信息采集、卷煙產品配送路線優化等環節都發揮出了強大的職能作用，不僅有效減輕了工作人員的壓力，而且提高了卷煙加工制作的質量。在信息技術飛速發展的今天，煙草機械設備中的物聯網應用不會止步不前，而是逐漸向著智能化、密集化的方向發展，從而發揮出更大的職能作用。