洛陽煙絲庫的系統設計與應用

煙絲庫智能倉儲系統是煙草智能物流配送系統的重要組成部分，在煙草制絲車間和卷包車間之間起著承上啟下的作用，負責制絲車間成品煙絲存儲，同時滿足卷包車間煙絲原料的供給。

河南中煙洛陽卷煙廠煙絲庫物流系統的設計范圍從成品煙絲異地送絲來料卸車開始，至風力喂絲機結束，實現功能包括成品煙絲入庫、抽檢、暫存、出庫、輸送至喂絲機，空箱入庫存儲，煙絲箱清掃，殘煙絲摻配等。洛陽卷煙廠煙絲庫遵循高效性、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，完成了煙絲庫智能倉儲系統建設。

一、煙絲庫系統的規劃設計

1.煙絲庫布局

洛陽卷煙廠煙絲庫倉儲系統由貨架系統、子母車系統、穿梭車系統、輸送系統及翻箱系統等組成，區域劃分為來料卸貨區、入庫區、密集庫區和出庫區，煙絲庫系統布局如圖1。

圖1 煙絲庫系統布局

圖2 流量流向示意圖

洛陽卷煙廠煙絲庫貨物單元采用箱式儲絲，按照上下兩箱疊放、密集庫方式存儲。該種煙絲存儲的設計方法極大地提高了煙絲庫空間利用率，在近1300m2、貨架可利用凈空高6.1m的廠房范圍內，設計了828個貨位，實現超過240噸成品煙絲的存儲。同時，儲絲箱以130～250 千克/箱為單位，小單位方式存儲，方便實現煙絲庫批次管理，單箱煙絲均加蓋密封，避免了不同煙絲之間串味，增加煙絲有效存儲時間。另外，煙絲箱的存取輸送摒棄傳統AGV或人工叉車的輸送形式，采用目前比較先進的子母車系統完成煙絲箱存取。該設計避免AGV線路規劃占用大量廠房空間，使得整個煙絲庫設計非常緊湊，提高了煙絲庫系統的輸送效率，極大地增加了煙絲庫的空間有效利用率。

2.應急預案

煙絲庫倉儲系統是整個卷煙生產線的重要組成部分，煙絲庫系統故障將導致整個卷煙生產車間停線。因此，洛陽卷煙廠煙絲庫倉儲系統在規劃之初就設計了相應的應急方案：

（1）出庫系統應急方案。將倉庫系統設計為相互獨立的兩層，其中任意一層出現故障，另一層可以繼續完成出庫作業，若極端情況下出庫2臺母車均出現故障，可采用入庫母車搭配子車將煙絲送至緊急出料口啟動緊急補料流程，依然可以保證系統的連續生產。

（2）翻箱系統故障應急方案。翻箱系統配備兩套滑軌多關節機械手，其中任意一套滑軌機械手故障，另一套可以繼續完成一對多的實箱出庫、空箱入庫的任務，保證系統連續翻箱不斷料。

（3）穿梭車故障應急方案。煙絲庫穿梭車系統采用一備一用設計，兩臺穿梭車設計采用完全相同的硬件及網絡配置，其中任意一套穿梭車故障，只需將故障車送至檢修位斷電，啟用另一臺穿梭車電源即可瞬間完成工作切換，繼續完成實箱出庫、空箱入庫的任務。

3.系統流量設計

洛陽卷煙廠卷煙生產能力為30萬箱/年，入庫8小時/天，出庫21小時/天，單箱成品煙絲消耗量為35kg，卷接包車間配置8臺能力為8000支/分的硬包機組，設計時考慮1.2的綜合不均衡系數，能力計算如下：

（1）出入庫作業同時進行

系統流量=實煙絲箱入庫流量+實煙絲箱出庫流量+空煙絲箱出庫流量

即：系統流量=21垛/h+8.96垛/h+15.04垛/h=45垛/h；

（2）僅出庫作業

系統流量=實煙絲箱出庫流量+空煙絲箱回庫流量

即：8.96垛/h+8.96垛/h=17.96垛/h；

流量流向示意圖見圖2。

二、核心關鍵設備的設計

1.子母車密集型存儲系統設計

洛陽煙絲庫采用的是子母車密集型存儲方式，且子母車調度方式采用的是行業內領先的一對二調度系統，這套系統給貨物存儲裝運的操作和空間存儲注入了一種全新概念。這種全新的調度系統，以更強大的操作能力和處理速度比傳統的存儲方式更能充分和彈性地利用空間。穿梭母車與穿梭子車的配置為一對二，實現貨物的出入庫和搬運。與通常的叉車作業庫相比，可提高空間利用率40%～50%,總空間利用率達80%以上。該系統自動化程度高（自動出入庫、自動抽檢），并且結合物聯網技術的運用及高度信息集成，極大地促進了智能立庫的建設。

這套一對二倉庫的解決方案由密集型貨架、軌道、穿梭子車、穿梭母車、提升機以及輸送系統組成。其中穿梭母車由車體、操作面板、運行指示燈、鏈條式輸送機、子車位置傳感器、行走輪等組成。該套系統具有以下特點：

圖3 翻箱倒料系統

圖4 物流系統煙絲出庫翻箱流程

（1）安全性高。母車采用兩對導向輪確保母車運行期間不會脫軌;母車兩側各安裝一對橡膠撞塊來吸收母車和機械擋板之間的撞擊能量;急停按鈕，緊急情況下能讓系統安全停車;一層和二層之間有維護安全網，防止箱蓋高空掉落傷人。

（2）子車供電采用充放比極高的超級電容供電方式，充滿電只需要7S，在保證滿足子母車正常工作的同時又極大地延長了供電設備的使用壽命。

（3）子車定位采用先進的雙編碼器加傳感器運算技術。在確保定位精度的同時又能保證安裝維護的簡便。

2.翻箱倒料系統設計

翻箱倒料系統的功能是將煙絲箱中的煙絲平穩地導入喂絲機中，最大限度減少煙絲造碎率、降低揚塵及保持煙絲完整配方。翻箱倒料系統一般大致分為五種翻箱倒料模式，即工業機器人翻箱倒料模式、龍門式翻箱倒料模式、追蹤式翻箱倒料模式、AGV式翻箱倒料模式及堆垛機式翻箱倒料模式。洛陽卷煙廠采用了ABB多關節柔性機器人配合專用煙絲箱夾具方案，不僅實現了高效柔性翻箱，同時還完美嵌入了視覺識別系統、加去蓋系統、輸送線系統，真正實現了一機多用，使整個外觀上看起來簡潔高效又科技感十足。

翻箱倒料系統主要包括滑軌機器人系統、加去蓋系統、蓋保護系統、清潔系統、視覺系統，見圖3。滑軌機器人系統由ABB IRB7600-500工業機器人、滑軌系統、機器人夾具、機器人底座等組成，負責將煙絲箱送達指定位置，同時實現煙絲箱翻箱功能；開蓋系統通過真空吸附實現開蓋功能，用于翻箱動作前取出箱蓋，另外保證翻箱動作完成后將箱蓋放回容器上；蓋保護系統是通過機械自鎖結構，確保箱蓋不會因氣動故障而脫落；清潔系統的清潔裝置框架頂部和兩側均裝有平刷。清潔時，煙箱被移動到清潔裝置框架上并橫向穿過框架，同時框架在振動電機驅動下振動，使得箱壁底部和兩側殘煙絲掉落到喂絲機上，從而實現煙絲箱的清潔功能；視覺系統由照相機及照明系統組成，用于探測及識別清理后的煙絲箱。保障清掃后煙絲箱內煙絲清掃干凈，每箱殘余煙絲量不超過0.01kg。

三、物流信息系統開發設計

洛陽煙絲庫物流系統基于智能化的設計思想和功能規范化標準，實現系統信息管理、智能調度、在線監控、系統集成、統一配送、資源共享等功能。通過計算機技術的應用能實現物流指令快速、準確地執行及物流信息的收集、處理、傳送和存儲，通過對所獲取的各種信息的智能分析和仿真運行，能有效地找出物流運作的合理路徑，從而實現物料高效有序的流動和科學管理以滿足工廠作業計劃的需要；同時，還通過對物資消耗、庫存分析，及時、準確地了解某一段時間內的生產情況，為企業信息決策支持系統提供基礎數據，為上級信息管理系統提供生產物流信息。結合煙廠的戰略發展目標，信息系統要具備一定的開放性和可擴展性。

1.WMS倉庫管理系統應用

洛陽卷煙廠煙絲庫項目對WMS倉庫管理系統進行了優化升級，實現了更加全面的管理功能。使得WMS倉庫管理系統具備如下特點：

（1）WMS倉庫管理系統運行穩定、高效、安全。系統采用了任務驅動的運行方式對倉庫進行管理，從任務的產生到任務結束整個生命周期，系統可以監控所有任務類型及任務狀態，保證系統正常作業；系統開發了人性化的任務管理功能，操作人員能夠暫停、回收、強制執行任務。同時，操作人員能夠實時查詢系統運行狀態。

（2）系統采用處理內核的方式，連接池管理為WMS獨有的內核計算模塊，該模式的特點在于最大限度地提高系統運行效率，及明確各個模塊的職責范圍。

（3）系統具有自動備份的功能，從而為系統災后快速恢復提供先決條件。本系統提供了自動備份系統數據庫日志功能，所有數據處理的動作都將通過日志恢復到某個時間點，系統同時對關鍵數據提供本地存儲。

2.WCS倉庫控制系統應用

WCS倉庫控制系統處在設備執行層和信息管理層的中間層，其軟件功能既實現設備層集成，又是實現信息管理的基礎。WCS是設備執行層的中央控制軟件，通過TCP/IP通訊方式與設備系統連接，進行信息交互，實現倉庫系統執行層控制接口的集成；基本功能包括煙絲庫的調度執行和煙絲在庫管理功能：具體包括出入庫調度及執行、在庫管理、貨位管理、主要設備監控、托盤管理、日常報表統計等，并能通過數據交換接口設計同MES、ERP、物流管控平臺、設備管理系統等實現數據實時共享。通過對庫存周轉周期和出入庫效率進行分析，提供可選擇的優化后的原料出入庫策略和智能化防差錯、糾錯功能。

洛陽卷煙廠煙絲庫物流系統基于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，其中主要物流流程包括煙絲入庫、煙絲出庫、煙絲盤點及抽檢、煙絲箱質檢等。以物流系統煙絲出庫翻箱流程（見圖4）為例：

從物流作業流程可以看出，物流系統通過對WMS倉庫管理系統及WCS倉庫控制系統的有效運用，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及準確性。煙絲庫物流系統的應用，使物流管理質量及效率得以有效提升，為整個生產流程提供有力保障。

四、結論

洛陽煙絲庫自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；移動式工業機器人柔性翻箱倒料模式的應用，大大提高煙絲庫物流系統的效率；WMS倉庫管理系統及WCS倉庫控制系統的開發運用，實現了煙絲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智能化得到了大大的提升。