柔性化生產趨勢下卷煙輔料智能配盤研究

（貴州中煙工業有限責任公司貴陽卷煙廠，貴州 貴陽 550000）

1 引言

近年來，隨著煙草行業生產經營內外部環境變化，卷煙市場總量趨于穩定，消費者需求更加個性化、多樣化、訂制化。各卷煙工業企業順應這種需求，卷煙研發、生產、銷售等開始朝多頻次、小批量、柔性化轉變。這對于工業企業物流工作提出了比較大的挑戰，特別是在原輔料供應物流環節，由于基礎相對薄弱，主要還是以人工作業為主，適應這種趨勢存在較大的難度。同時，隨著中國制造2025計劃的整體推進，國內人工智能快速發展，AGV機器人等自動化、智能化技術開始在各個領域普遍應用，產品價格已經達到了替換人工的邊緣地帶，各地政府紛紛出臺“機器換人”產業政策。物流領域是“機器換人”產業政策的重點受益領域之一，京東、四達一通、日日順等快遞或物流企業，普遍開始自動化、智能化技術的規模化應用，但這些企業并不是簡單地應用自動化設備，而是普遍引入基于自動化技術的“貨到人”智能揀選模式，取得了非常好的效果。輔料供應物流與電商、快遞物流在多品種、小批量、多頻次特點上有很多相似之處，基本這些相似點，貴陽卷煙廠探索將“貨到人”智能揀選模式引入到輔料配盤環節，系統研究工業企業輔料“貨到人”智能配盤模式構建以及管理體系的配套，以期適應柔性化生產需求和越來越大的人力成本壓力。

2 卷煙輔料配盤現狀

卷煙輔料是生產卷煙產品中不可缺少的重要組成部分，在新產品開發、產品調整、減害降焦等多項工作中起著重要的作用，并且直接影響卷煙產品的質量和生產成本。卷煙輔料物流作業主要分為配盤和配送，輔料配盤主要采用人工作業，按照卷煙生產工藝和高架庫存儲要求，將不同品種的輔料組垛到同一個托盤上，碼放形式、品種和數量按照卷煙配盤標準要求進行配盤，是卷煙輔料物流中的核心環節。輔料配送主要是按配盤標準配好盤之后，將配好的輔料托盤搬運到生產平衡庫暫存，再根據生產計劃將卷接包機臺所需輔料托盤送至生產現場。

目前，大部分工業企業普遍采用庫前配盤、高架庫暫存、AGV運送到機臺的輔料物流模式，這種模式后端高架庫暫存和AGV運送到機臺環節相對較為成熟。前端庫前配盤和運送到高架庫環節，主體采用人工和機械混合作業模式，在卷煙生產多頻次、小批量、柔性化趨勢下，逐步顯現一些問題：

（1）作業效率和精準度不能滿足需求。原來大品牌輔料普遍采用規模化、固定化的供給方式，每班按品牌及配盤標準進行輔料配盤，輔料品類、作業路徑基本固定，作業效率和精準度都有所保障。卷煙個性化、多樣化趨勢下，卷煙品規不斷增多，每班單品牌配盤批量較小，批次增加，配盤品規和配盤路徑不斷切換，對作業效率和作業精準度影響較大。

（2）作業場地和安全存在隱患。為避免交叉作業，原有輔料配盤不同品規采用物理分離的策略，采用不同場地作業，但隨著卷煙品規不斷增多，這種物理分離策略基本失效，沒辦法再大量增加作業場地，只能在原有場地上進行交叉作業。此時人、叉車、液壓叉車，在同一個工作場景進行操作，人與機械混合作業，容易出現碰撞，造成人員傷害；作業需要人員之間相互協同、配合，容易出現摩擦和口角；由于機械的操作空間，擠占人員操作空間。總之，存在較大的安全隱患。

（3）人員管理較為復雜。輔料配盤主要依托人工作業，需要大量人員，以貴陽卷煙廠為例，年產量100萬箱，生產品牌多達30種，其卷煙輔料配盤需要25名員工。在卷煙個性化、多樣化趨勢下以及人工成本不斷上漲壓力下，輔料配盤人工成本壓力越來越凸顯。同時，輔料配盤人員結構分為卷煙廠自有人員和勞務外包人員，人員結構上的差異也加大了管理難度。

3 輔料“貨到人”智能配盤模式

“貨到人”揀選系統，就是在物流中心的揀選作業流程中，由自動化物流系統將貨物搬運至固定站點以供揀選，即，貨動，人不動。目前，“貨到人”揀選系統已在快遞分揀領域成熟應用，我們將這套體系引入到輔料配盤領域創新應用。

根據卷煙輔料配盤的特點及“貨到人”揀選系統要求，我們將輔料配盤平面布局規劃出輔料入庫區、配盤暫存區、配盤作業區、立庫入庫區四大區域，設計出存儲、揀選、輸送三大功能，具體如圖1所示：

圖1 “貨到人”智能配盤整體布局圖

3.1 輔料存儲功能

主要依托AGV搬運機器人，將所有輔料品種在配盤區域建立一個自動化暫存區，不同品種輔料設置機器自動識別儲位；根據配盤所需輔料，機器人代替人工進行長距離找貨過程，并自動搬運到配盤工作臺，完成配盤自動補貨作業；通過WMS維持暫存區的輔料庫存平衡，庫存不足時自動從大庫存要料，并通過AGV搬運機器人完成自動入庫作業，具體流程如圖2所示。

圖2 暫存區作業流程圖

3.2 輔料配盤功能

設立配盤工作臺，AGV機器人將輔料搬運至此區域；作業人員在電子看板支撐下，借助RF、稱重、掃描等一系列技術，完成輔料揀選、電子確認等簡單作業過程。配盤工作臺一般設計在暫存區邊緣位置，并做好與高架庫的銜接，根據輔料配盤效率要求，確定配盤工作臺數量，具體流程如圖3所示。

圖3 配盤區作業流程圖

3.3 輔料輸送功能

利用AGV搬運機器人建立三大自動輸送系統，一是暫存區補貨自動入庫系統，暫存區補貨作業只需要叉車將大庫輔料搬運至暫存區入庫位，AGV機器人自動完成后續入庫作業，避免叉車與AGV混合作業。二是配盤區自動補貨體系，根據配盤工作臺的物料需求，由AGV機器人在暫存區完成初次找貨過程，并自動搬運到配盤工作臺；補貨過程中，機器人RCS系統會對所有輔料貨架進行定位并確定相應配盤工作臺，同時結合機器人及存儲貨架的空閑及遠近情況，調度合適的機器人去輔料貨架。三是立庫自動搬運區，配好盤的輔料放置在配盤區固定貨架上，通過掃描托盤碼產生入高架庫任務，機器人RCS系統收到倉儲管理系統的指令，前往貨架位置，將托盤舉起并送至入高架庫提升機，提升機將托盤提升到輸送滾筒線，托盤入高架庫存儲，具體流程如圖4所示。

圖4 配盤區與高架庫銜接作業流程圖

4 效益分析

輔料“貨到人”智能配盤模式契合了工業企業卷煙個性化、多樣化趨勢，滿足了卷煙柔性化生產需求，實現了輔料配盤領域的技術性革命，作業效率、作業精準度、運行成本、作業人員數量等都出現了倍數級的改善，徹底改變了原有輔料配盤作業勞動強度大、作業現場亂、安全隱患存的現狀，取得了較好的效果。

4.1 主要經濟指標分析

傳統的輔料配盤是采用“人找貨”方式，主要依托人工憑經驗進行配盤，大量時間浪費在找貨和搬運過程，作業效率有限，同時人工作業難免出現差錯。而輔料“貨到人”智能配盤模式解決了以上問題，具有以下優勢：

（1）配盤效率大幅提升。與傳統人工作業模式相比，輔料“貨到人”智能配盤模式優化了配盤訂單，利用AGV自動化機器人實現了輔料配盤的初期找貨過程，簡化了輸送系統和人工配盤作業，并實現與原有高架庫系統的無縫對接，可將最高配盤效率提升4-6倍，見表1。

表1 配盤效率對比表

（2）作業精準度進一步提高。傳統人工配盤模式主要依托工作人員的熟練程度、工作經驗、工作責任心等，在配盤過程中隨意性大，作業精準度存在一定風險。智能配盤模式引入信息系統對配盤前的輔料進行管理，系統在接到配盤訂單后會準確地將配盤任務下發給機器人調度系統，由機器人將需要配盤的原輔料托盤送到揀選工作臺，工作人員根據系統提示的電子看板進行揀選、掃碼，確定數量及種類。揀選正確，系統才會下發指令讓機器人將配好的托盤送至高架庫；揀選錯誤，系統會報警直至揀選正確，可以保證接近100%的揀選正確率。系統可以記錄每一個輔料的運行軌跡，從而具有對輔料的質量追溯功能。

（3）后期運行成本大幅降低。原有輔料配盤運行成本主要是作業人員工資，其它設施設備較少。與傳統人工配盤相比，智能配盤模式可以實現配盤工序間的并行作業，減少等待、尋找、搬運的時間，根據測算可以減少一半左右的工作人員，人工成本降低一半，設備運行成本和電費消耗總體上增加不多。經過整體測算，預計運行成本降低約54%。

（4）運行安全性大幅提升。智能配盤模式將作業區域嚴格分為輔料入庫區、配盤暫存區、配盤作業區、立庫入庫區四大區域，配盤暫存區、立庫入庫區兩個區域是AGV機器人的運行區域；輔料入庫區是叉車與AGV機器人的銜接區域，通過入庫暫存位銜接，避免了交叉運行；配盤作業區是人工主體作業區域，AGV機器人進行補貨和立庫入庫銜接，設置了專門的暫存位銜接，同時AGV機器人具有防碰撞功能，消除了作業人員安全隱患。總之，四大區域的設置及不同類型設備、人員的相對獨立運行，有效避免了傳統作業中人、叉車混合作業所帶來的安全隱患，大大提升了作業安全性。

4.2 其它優勢分析

（1）滿足柔性化生產趨勢。輔料“貨到人”智能配盤模式在卷煙品規批量小、配盤切換頻繁時，更能發揮它的優勢。暫存區可以存儲所有品牌所需輔料品類，由AGV機器人根據品牌及盤型進行輔料的初次找貨、搬運，送到作業人員面前，作業人員效率完全不受品規數量眾多、配盤品規頻繁切換影響，能夠很好地滿足柔性化生產需求。

（2）便于構建完整的輔料配盤現場管理體系。輔料“貨到人”智能配盤模式將作業現場劃分為四大區域，AGV機器人、叉車、作業人員在不同區域主體作業，各區域通過暫存位有效銜接等做法，恰恰符合了人、機、料、法、環等現場管理生產要素要求，能夠較為容易地構建完整的輔料配盤現場管理體系，進一步提升輔料配盤的效率和質量。

（3）建立完整的質量追溯體系。輔料“貨到人”智能配盤模式中，AGV機器人要詳細記錄所有輔料暫存位置和運行軌跡，RF設備要對揀選輔料進行電子確認，這都要基于完整的輔料條碼體系，利用這套條碼追溯體系，進一步延伸，可實現輔料全過程的質量追溯。

5 應用啟示

隨著消費者個性化、多樣化、訂制化需求趨勢向卷煙消費領域蔓延，工業企業物流也開始呈現出多品種、小批量、多頻次的特征，與社會物流特別是快遞物流的特征趨于一致。這種趨勢對于工業物流原有固定化、規模化作業體系提出了較大的挑戰，卷煙銷售物流開始向小批量、多頻次、碎片化訂單發展，原輔料供應物流朝彈性化、柔性化、高頻次發展，原來主要依托人工、機械化作業的傳統工業物流體系已不能滿足這種要求，需要借助智能化、信息化手段對工業物流體系進行升級，這種升級不能是簡單的自動化設備應用，需要對整個工業物流體系發展的方向和智能化路徑進行重新定位和系統思考。

（1）工業物流的發展方向需要重新審視。原來工業物流體系主要以生產為核心進行建設，更加關注與生產的銜接環節，普遍通過建設高架庫，建立生產與物流的中轉銜接和高緩存平臺，解決上游原輔料物流環節、下游卷煙物流流轉能力不足問題。這種體系在原來計劃性較強、生產固化的模式下能夠起到較強的支撐作用，但在彈性化、柔性化生產趨勢下，體系不靈活性、高運維成本、瓶頸環節明顯等問題逐步顯現。

未來工業物流體系需要更加整體、靈活，供應物流不能僅僅依托高架庫實現與生產銜接的高緩存，要提升整個體系的流通能力和柔性能力，利用最新的智能化技術提升原輔料倉庫、配盤等各個環節的流通能力，盡力消除體系中的瓶頸環節，提升整體流通能力和作業質量，有效支撐柔性化生產。卷煙物流上，改變主要面向生產的模式，更加關注流通，提高卷煙出庫能力和流通能力，建設流通能力更高的自動化樓庫，逐步替代出庫能力和流通能力有限的高架庫。

（2）工業物流智能化的路徑需要更加清晰。工業物流智能化不是簡單地應用自動化設備，要更加強調智能化模式、體系的整體應用。工業物流智能化是一個系統工程，不能以整體或個別環節的自動化為目標，要根據工業物流最新發展趨勢和特點，探索出合適的智能化作業體系，實現對傳統作業模式的徹底革新，在效率、成本、質量、安全上實現大幅度提升。要更加強調與原有設施設備的協同銜接，有效利用原有設施設備，輔料“貨到人”智能配盤模式就充分利用了原有配盤場地，充分利用原有叉車，引入AGV自動化機器人，對各設備及人員主體作業區域進行了劃分，并做好了與輔料高架庫的高效銜接。更加強調管理體系的輔助完善，智能化體系應用后，加快管理體系建設，特別是現場管理體系和質量管理體系建設，實現作業質量、環境和管理的系統化提升。

（3）工業物流智能化建設要面向卷煙供應鏈物流。要充分考慮與下游商業企業的一體化銜接，依托托盤聯運、紙滑托盤聯運與商業無縫銜接，減少件煙重復裝卸搬運，實現卷煙供應鏈托盤單元化和一貫化作業。這需要工業物流體系支撐更加靈活的托盤碼垛方式，適應不同商業碼垛對接需求和車輛聯運需求。要提升整個體系的流通能力，特別是節日時點的柔性出庫能力，充分利用現有的卷煙平庫和樓庫，進行自動化改造，將樓庫一層改造成卷煙收發貨中轉平臺，實現卷煙快速收發貨；要利用AGV機器人等智能化技術提升自動化樓庫體系的出貨能力，高峰節點要能夠直接調用其它環節AGV機器人瞬間提升整體出入庫能力。