異形卷煙分揀新模式的探索研究

文/孫冠慧 鄢烈虎

一、引言

目前煙草行業(yè)異形卷煙分揀工作一般通過(guò)電子標(biāo)簽線、半自動(dòng)分揀線來(lái)完成分揀工作。近年來(lái)，細(xì)支煙和異型煙銷量增長(zhǎng)迅速，給此類分揀線帶來(lái)較大壓力。以某大型煙草物流中心為例，每日異形卷煙品規(guī)多、訂單小(平均單個(gè)客戶只有7條)、客戶多（平均每天4000個(gè)客戶），現(xiàn)有的分揀線不能適應(yīng)新訂單的變化，效率低下，往往要兩個(gè)班次才能完成分揀，與自動(dòng)分揀線的進(jìn)度嚴(yán)重不匹配，造成整個(gè)物流中心運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用高、不能按時(shí)配送到各零售客戶、客戶滿意度低等各類問(wèn)題。

本文以某煙草物流中心異形煙分揀線為背景，通過(guò)分析零售戶卷煙訂單結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)異形卷煙存在品規(guī)多、訂量少、客戶多的特點(diǎn)，基于此探索研究一種新的異形卷煙分揀模式：側(cè)推+機(jī)械手疊垛的并行工作模式，來(lái)實(shí)現(xiàn)異形卷煙快速、高效、準(zhǔn)確分揀包裝，解決異形煙分揀線疊垛包裝的效率瓶頸，從而解決與全自動(dòng)細(xì)標(biāo)一體分揀線分揀時(shí)長(zhǎng)匹配問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)提高物流中心整體運(yùn)行效率的目標(biāo)。

二、設(shè)計(jì)思路

該煙草物流中心原來(lái)的異形煙分揀線采用的是兩層子線分揀+一臺(tái)機(jī)械手疊垛包裝的模式，基本能滿足兩班制的生產(chǎn)要求。但該模式容易受訂單結(jié)構(gòu)限制，如訂單變小、機(jī)械手碼垛一次抓雙的機(jī)率會(huì)大大降低，分揀和包裝的效率都很低等，平常也就2500條/小時(shí)的效率，嚴(yán)重影響了物流中心的業(yè)務(wù)運(yùn)行。

為解決效率低下的問(wèn)題，物流中心與設(shè)備供應(yīng)商一起分析當(dāng)前訂單變化的情況：目前每天的原始平均訂單為6～9條，拆分后的平均訂單為4～6條，2條以下的訂單占40%，單層的訂單占30%，6～10條的訂單占17%，11～20條的訂單占12%，20條以上的訂單占6%。從數(shù)據(jù)分析來(lái)看，平均訂單小，而且包煙為雙層以下的訂單占比達(dá)到一半左右。由于都是類標(biāo)煙和異形煙，機(jī)械手一次抓兩條煙的機(jī)率只有20%左右，目前機(jī)械手抓一次的循環(huán)時(shí)間為1秒，鏈板移動(dòng)一格的時(shí)間為1.7秒，按平均訂單5條，雙抓率為20%來(lái)計(jì)算，一臺(tái)機(jī)械手滿工作包裝的效率也只有3600/（（5-5＊0.2）＊1+1.7）＊5=3158條/小時(shí)，如果按有效作業(yè)率80%來(lái)計(jì)算，實(shí)際效率也就2526條/小時(shí)，也就是當(dāng)前的分揀效率，與實(shí)際需要的3500條/小時(shí)剛性需求相差1000條。

表1：疊垛方式對(duì)比表

圖1：各類疊垛方式適應(yīng)的卷煙分類

目前行業(yè)內(nèi)在用的自動(dòng)包裝形式主要是機(jī)械手方式、機(jī)械手+細(xì)支煙的機(jī)械式疊煙方式。從以上分析來(lái)看單機(jī)械手方式肯定是滿足不了要求，機(jī)械手+細(xì)支煙的機(jī)械式疊煙方式只適應(yīng)細(xì)支煙比例較高（60%以上），目前細(xì)支煙都放到了全自動(dòng)線上分揀，這種模式也不適用。由于該物流中心是就地技改，沒(méi)有更大的空間來(lái)安裝兩臺(tái)機(jī)械手包裝機(jī)，只能采用一臺(tái)包裝機(jī)的方式，因此根據(jù)訂單煙包兩層以下占50%的訂單特點(diǎn)，提出采用“機(jī)械手+側(cè)推”的分揀包裝方式。

三、疊垛策略的研究

（1）目標(biāo)分析

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碼垛的目標(biāo)，借鑒各類全、半自動(dòng)分揀線的成功案例，有兩種方式可以選擇：一是采用機(jī)械手碼垛，二是采用疊煙機(jī)碼垛。兩種方式各有優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)比情況，如表1。

總結(jié)分析結(jié)果為：機(jī)械手碼垛靈活，可適用于所有情況的條煙碼放，但故障率高，工作效率低。疊煙機(jī)穩(wěn)定，工作效率高，但適應(yīng)性無(wú)法達(dá)到要求。為充分利用兩者優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)不足，提出兩者并用的方案。對(duì)于尺寸相對(duì)規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)煙和細(xì)支煙，盡量使用疊煙機(jī)碼垛，提高效率。對(duì)于尺寸不規(guī)則的異型煙，采用機(jī)械手碼垛，適應(yīng)所有品規(guī)。各類疊垛方式適應(yīng)的卷煙分類，如圖1。

（2）并行疊垛

“側(cè)推+機(jī)械手疊垛”的包裝方式難點(diǎn)在于異形卷煙長(zhǎng)短寬窄都不統(tǒng)一，技術(shù)高，實(shí)施難度大。物流中心與設(shè)備供應(yīng)廠家一起討論如何讓分揀適應(yīng)側(cè)推煙包裝，大家提出分揀線多子式分類分揀的模式，即適合側(cè)推包裝的煙走一層子線分揀、其它類標(biāo)煙走一層子線分揀、純異型煙單獨(dú)走一層子線，最后合單打碼后分到包裝機(jī)；包裝機(jī)采用“側(cè)推疊煙+機(jī)械手疊煙”的方式，適合側(cè)推包裝的煙走包裝機(jī)的側(cè)推疊煙口，其余的走機(jī)械手。這樣側(cè)推疊煙的優(yōu)點(diǎn)就得到了發(fā)揮，一次就可推疊一層煙（1～5條煙），用時(shí)只要1.5秒，如果把機(jī)械手和側(cè)推疊煙有機(jī)接合，合理分配訂單，機(jī)械手負(fù)責(zé)30～40%的疊煙工作，其余的由側(cè)推來(lái)疊煙，側(cè)效率將會(huì)大幅提升。仍按平均訂單5條，機(jī)械手抓率為40%，側(cè)推疊煙為60%來(lái)計(jì)算，兩者同時(shí)工作，疊煙的時(shí)間僅為機(jī)械手抓5＊0.4=2次的時(shí)間（2秒），合包時(shí)間與推煙套膜時(shí)間重合（2秒)，不計(jì)入包裝時(shí)間，滿工作包裝的效率為3600/（2+1.7）＊5=4865條/小時(shí)，如果按有效作業(yè)率75%來(lái)計(jì)算，實(shí)際效率也可達(dá)到3649條/小時(shí)，完全可以滿足3500條/小時(shí)鋼性需求。

（3）碼放規(guī)則

為了形成更好的垛型，我們制定了以下卷煙碼放的規(guī)則：

①根據(jù)作業(yè)流程，碼垛后還需對(duì)煙包進(jìn)行平移和裹膜。因此，在選擇碼放位置時(shí)，條煙先放兩側(cè)，后放中間，以避免因慣性造成的散垛。

②為保證頂面不平整度要求最大突出高度為最小。故在選擇碼放位置時(shí)，條煙必須放置在同一個(gè)高度最低的面上。

③根據(jù)異形卷煙的特點(diǎn)，卷煙的碼放順序?yàn)椋合却a放異形卷煙中的細(xì)支煙和標(biāo)準(zhǔn)煙，然后通過(guò)機(jī)械手碼放異型煙。

（4）算法原則

①依照條煙尺寸，推研機(jī)構(gòu)一層最多四條，最高碼5層。

②機(jī)械手碼煙依照條煙尺寸，先碼放兩邊，再碼放中間。

③推研機(jī)構(gòu)和機(jī)械手工作時(shí)先行判斷每層條煙的平面高度是否在±2mm范圍內(nèi)，如不在則判斷為不平整，不再繼續(xù)碼放或推煙。

四、結(jié)論

該設(shè)計(jì)方案經(jīng)論證，于2018年9月開(kāi)始實(shí)施，10月開(kāi)始安裝，10月底完成調(diào)試，11月初就達(dá)到了3500條/小時(shí)以上的效率，高峰時(shí)段達(dá)到了4200條/小時(shí)的效率，完全達(dá)到了改造的預(yù)期目標(biāo)。隨著細(xì)標(biāo)一體分揀逐漸在全行業(yè)的推廣，異形卷煙中的細(xì)支煙比例會(huì)很低，該物流中心的這種模式未來(lái)有很大推廣價(jià)值。