碎片化訂單趨勢下智能化輔料揀選配盤系統的研制

文/崔江波 孟祥婷 朱江

近年來，煙草行業隨著生產經營內外部環境的變化，卷煙市場總量趨于穩定，消費者的需求朝個性化、多樣化、定制化方向發展。通過定制平臺，消費者可以選擇適合自己使用場景的對應香煙并且對外觀進行自主個性化設計。煙草定制化服務的出現說明在面對競爭日益激烈的市場，只有牢牢抓住消費者，知道消費者的實際需要，打造滿足消費者需求的高質量個性化產品才能占有市場。為了適應市場和滿足消費者不斷變化的需求，各卷煙工業企業在卷煙研發、生產、銷售等環節開始朝多頻次、小批量、柔性化轉變。這種碎片化訂單生產模式對于固有的工業企業物流體系提出了巨大的挑戰。不但要求物流服務要更加柔性化，而且物流系統也要敏捷、迅速地響應這種變化。其中，輔料揀選配盤環節是卷煙工業物流中滿足碎片化訂單、實現柔性生產的關鍵核心環節，準確快速的輔料揀選是制約物流柔性化服務、滿足消費者需要的關鍵。而現在輔料揀選配盤環節沒有實現自動化，完全為人工作業模式，由人工進行揀選，叉車進行搬運，常常出現人、叉車交叉作業，作業現場混亂的場面，影響配盤的效率和準確性。所以亟需建立一種智能化的卷選配盤系統，提高輔料配盤的效率及準確性，提高輔料物流整體自動化水平，來滿足消費者個性化碎片訂單需求。

在卷煙工業物流環節中，輔料揀選配盤環節是實現碎片化訂單的關鍵核心環節，準確快速的輔料揀選是滿足消費者碎片化訂單需要的關鍵

一、總體布局設計

本文主要利用多頭桁架機械手實現精準揀選配盤，利用配盤控制系統控制輸送機、頂升移載機、提升機、子母穿梭板等自動化設備完成找貨、送貨和搬運等工作。體系整體架構如圖1所示，主要利用穿梭板式貨架建立一個輔料自動暫存區，用于配盤所需輔料的暫存，暫存區內由提升機、子母穿梭板完成自動出入庫區和自動找貨、搬運作業等；配盤工作區內揀選配盤作業由多頭桁架機械手自動完成；配盤完成后由輸送機自動搬運到高架庫入庫，實現與高架庫的自動化銜接。

將輔料入高架庫前的配盤區域規劃出四大區域，依次是：輔料收貨區、輔料暫存區、機器人自動碼垛區、配盤入高架庫區。如圖1。

圖1：總體布局圖

1.輔料收貨區

從平庫由叉車運來的單品種輔料直接放置在穿梭板式貨架入口處，操作人員錄入輔料信息，并通過手持PDA掃描托架碼，輔料智能配盤管理系統將輔料信息與托盤綁定，隨后系統調度升降機、子母穿梭板將輔料來料運送至穿梭板式貨架中暫存。

2.輔料暫存區

為穿梭板式貨架系統，由子母式穿梭板、提升機及貨架組成。穿梭板式貨架共3層，1 0列，頂層為6進深，其余兩層均為4進深，一共有10×6×1+10×4×2=140個存儲單元，單個存儲單元尺寸為1500mm×1300mm×1700mm。底層用于存放拆開包裝的待碼垛輔料、殘盤及空托盤，每列存一種輔料。中層用于存放包裝紙殼箱及空托盤。頂層用于存放空托盤。在底層與中層需要倒貨時，頂層也用于提供臨時存儲空間。待碼垛的輔料存儲于該貨架中，需要碼垛時，將由該貨架自動出貨。形成的空托盤及殘盤將返回該貨架，等待統一處理；子母式穿梭板用于輸送輔料托盤；提升機用于待碼垛輔料入高層貨架的提升。

3.機器人自動碼垛區

機器人自動碼垛區由穿梭車、輸送機、頂升移載機、拆盤機、多頭桁架機械手組成。設置待揀選位5個，配盤入庫位1個，人工拆包位1個，從穿梭板式貨架系統中調出準備待碼垛的輔料，由輸送機和穿梭車將待碼垛輔料輸送到人工拆包位進行拆包，再運送到各個待揀選工位，由桁架機械手將輔料按配盤方案依次碼垛到輸送線上配盤入庫位的空托盤上，碼完盤的輔料托盤由輸送機送進高架庫儲存。穿梭車和輸送機用于輸送輔料托盤；頂升移載機用于輔料托盤在不同高度的輸送機上切換路徑；拆盤機用于將托盤組拆成單個托盤；多頭桁架機械手用于輔料碼垛。

4.配盤入高架庫區

為已配好盤的輔料進入高架庫的通道，由自動化輸送機組成。

圖2： 流程路線圖

二、功能設計

1.輔料存儲功能

主要是依托穿梭板式貨架系統，在輔料智能配盤管理系統的控制下，不同品種輔料由子母穿梭板自動識別儲位存儲；根據配盤所需輔料，子母穿梭板在貨架中自動查找并搬運到揀選工作臺，完成配盤輔料自動補貨作業；自動維持暫存區的輔料庫存平衡，根據每日配盤計劃向輔料綜合庫要料，并通過提升機、子母穿梭板自動存入貨架中。

2.輔料配盤功能

當輔料智能配盤管理系統下發配盤任務時，多頭桁架機械手根據輔料智能配盤管理系統的任務信息，自動完成輔料揀選，自動將輔料數量、品種、廠家等信息與托盤條碼綁定。

3.輔料輸送功能

一是暫存區自動入庫系統，暫存區入庫作業只需要叉車將大庫輔料搬運至貨架入庫位，輔料智能配盤管理系統下發指令，提升機、子母穿梭板自動完成入庫作業。二是配盤區自動送補貨體系，根據配盤工作臺的物料需求，輔料智能配盤管理系統自動下發送補料指令，由子母穿梭板在貨架中完成自動找貨，并由輸送機自動搬運到揀選工作臺的待揀選位；三是配盤自動入庫區，配好盤的輔料放置在配盤入立庫位上，輔料智能配盤管理系統下發入庫指令，輸送機將已配好的托盤自動送入高架庫中。

三、流程設計

流程路線圖如圖2，主要流程圖如圖3。

圖3：主要流程圖

1.輔料收貨流程

輔料智能配盤管理系統可以根據MES等系統的生產計劃，自動生成配盤訂單，并向輔料大庫要料。人工通過手持PDA掃描托架碼，將輔料信息綁定在托架上，生成入暫存區任務，系統管理貨架貨位及庫存，同時向貨架系統發送入庫任務命令。

2.配盤入高架庫流程

輔料智能配盤管理系統根據配盤訂單，將所需搬運的輔料托盤告訴貨架系統，貨架系統完成輔料托盤的找貨，并將輔料托盤運送到待揀選位。輔料智能配盤管理系統顯示準確的配盤信息，包括計劃數，牌號及配盤標準，機器人根據系統配盤信息進行輔料揀選，當待揀選位出現空托盤，系統自動補貨。揀選完成后，系統自動記錄輔料的品種、數量、廠家等批次信息，并與托盤碼綁定后自動入高架庫。

四、卷煙輔料智能配盤管理系統設計

卷煙輔料智能配盤系統管理層次可分為三層（如圖4）：

第一，《洪范五行傳》以《洪范》“五行”“五事”“皇極”為基本結構，拋棄了戰國以來五行學文獻中常見的“四時—五行”體系，這使其基本脫離了傳統五行學文獻歸本陰陽、依時刑德的思想框架，建立起更具儒學色彩的政治災異論。

圖4：管理系統架構圖

1.信息管理層

信息管理系統作為輔料入高架庫前的揀選配盤環節的調度管理中心和信息存儲處理中心，負責處理本環節運行過程中的綜合信息，是本環節的后臺數據存儲和管理系統，具有對整個系統的數據信息進行管理的功能。同時還要與ERP倉庫管理系統、高架庫信息管理系統緊密集成，是聯系ERP倉庫管理系統和高架庫信息管理系統的紐帶。主要功能有：入暫存區管理、配盤訂單管理、配盤任務管理、配盤庫存管理等。

2.設備調度層

作為控制系統的人機交互接口，實現對輔料智能配盤系統的自動操作、狀態監控、故障診斷定位和報警顯示、記錄等。

3.設備操作層

負責各設備的自動運行，并可實時接收監控級的操作命令，向監控級發出請求，報告設備狀態信號。采用PLC工業控制總線網絡方式連接各遠程I/O站點、人機智能信息屏、條碼掃描設備的智能終端。

五、卷煙輔料智能配盤管理系統的優點

1.配盤作業規范化

整個區域貨物的輸送完全由輸送機來完成，沒有人的參與；配盤輔料存放于貨架之中，規劃整齊；輔料碼垛環節完全由機器人完成，配盤作業規范。改變了原先人、車、物交叉配盤作業模式，消除了配盤區域內因交叉作業造成的等待、停滯、碰撞等混亂局面。

2.減員增效

（1）自動化設備代替原有叉車搬運、人工碼垛、人工收貨、人工確認入庫等環節，大大減少人工成本。

（2）系統統籌規劃調度物料搬運、暫存、配盤、入高架庫等作業，物料能及時到位，提升配盤效率。

3.避免錯配漏配

（1）庫內物料由系統統一管理調度，輸送系統根據系統下發的配盤訂單搬運物料，保證不發生錯搬情況；

4.自動盤庫

（1）配盤過程中，系統及時過賬盤庫，實時更新；

（2）可及時發現輔料在庫量不足，提示采購及時下單，避免庫存不足，影響配盤和生產效率。

5.便于質量追溯

傳統的作業模式只記錄輔料的收貨、配盤、入庫、暫存的數量名稱，配盤全過程的信息或資料是間斷不連貫的，也是不全面的，難于進行質量追溯。輔料從進收貨區到入高架庫前的每個環節，系統中都有對其進行的記錄（包括數量、時間、名稱、處于哪個環節等等），而且信息記錄是連貫的，方便進行輔料質量過程全追溯。

6.安全效益

傳統作業模式有比較大的安全隱患，人、叉車、物在同一個工作場景進行操作，容易出現碰撞，造成人員傷害安全事故。本設計使庫內無人作業，只有機器和機器操作的物品，不會發生安全事故。

六、總結

本文針對煙草行業定制化服務條件下產生的碎片化訂單的發展要求，提出并實現了一種基于機器人碼垛的卷選配盤系統設計方案。本方案將機器人碼垛、輸送機和穿梭車輸送、提升機搬運、貨架系統暫存等自動化和智能化設備應用到入高架庫前的揀選配盤系統中，通過合理設計整體布局與規劃路徑，實現了入高架庫前的揀選配盤系統全自動化，以及與自動化高架庫的無縫銜接的要求，尤其實現了機器人自動碼垛，使人從繁重的碼垛工作中脫離出來。本方案相對于傳統人工輔料揀選配盤系統更加適應碎片化訂單、柔性化生產發展的要求，無論在流通能力、柔性能力和作業質量等方面都得到大幅度提升。