關(guān)于異型卷煙智能分揀的優(yōu)化探索

丁成杰

（天津煙草物流中心， 天津 300409）

0 引言

異型煙， 是指尺寸外型區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)煙的其他種類條煙。條煙長度多由150～350mm 不等，寬度在70～170mm 不等，高度在20～100mm 不等。異型卷煙分揀線既是依托集成單元化的模式， 將條煙依照設(shè)定目標(biāo)路線實現(xiàn)自動傳輸，自行將訂單條煙入倉、出倉、合流、傳輸、包裝、裝箱等具體行為的分揀線。 異型煙分揀線屬于煙草卷煙分揀線中的一種新種類， 根據(jù)它的具體結(jié)構(gòu)和控制方式特別應(yīng)用于煙草商業(yè)分揀線上條煙、件煙的分揀工作。在分揀領(lǐng)域， 煙草物流分揀越來越多地采用異型卷煙或混合型卷煙的分揀方式。總體言之，信息集成度高、運行速度快、性能好、智能化是未來煙草異型條煙分揀的必然趨勢。

1 本課題主要內(nèi)容

本文主要以天津煙草物流中心新建C 類異型煙分揀線為研究對象， 對其進行頂層規(guī)劃設(shè)計并在其工作狀態(tài)下進行條煙分揀效率和分揀系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。 具體所做工作與取得成果如下：

（1） 異型卷煙分揀線單元設(shè)備分揀效率與穩(wěn)定性探索，異型煙分揀線的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，分揀設(shè)備在實際分揀運動中的最佳結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用，依靠理論分析、實際分揀中分揀數(shù)據(jù)定量比對探究合理的條煙訂單結(jié)構(gòu)。

（2）異型卷煙分揀線的單元件信息銜接研究分析，根據(jù)實際分揀數(shù)據(jù)設(shè)計本課題所需要的訂單結(jié)構(gòu)， 在實際分揀活動探得到與之對應(yīng)的各單元合適信息定量， 以此實現(xiàn)對機械、控制等的規(guī)劃調(diào)控。

2 總體設(shè)計要求

本文研究的異型煙分揀線主要應(yīng)用于分揀車間產(chǎn)品的分揀工作。 主要從影響效率的幾個工作流程：臥式機與立式機出煙、訂單合流、包裝等部分入手，保證條煙分揀正確率、效率與穩(wěn)定性：

塔機出煙：立式機依程序出煙到上下層皮帶上，臥式機出煙到中層皮帶上，到達二層下一層處實現(xiàn)訂單合流。

訂單合流：臥式機采用內(nèi)外雙出模式出煙，分為3、4子線， 對應(yīng)內(nèi)外線中層。 立式機分為1、2 對應(yīng)內(nèi)外線下層，5、6 子線對應(yīng)內(nèi)外線上層，從而在三擺臂處實現(xiàn)合流。

條煙包裝：疊煙機翻版負責(zé)包裝標(biāo)準(zhǔn)與類標(biāo)煙、短支煙、細支煙，機器人負責(zé)包裝5、6 子線打出的長異型、類標(biāo)等卷煙以及電子貨格所出的長異型和超異型卷煙。 條煙暫存至撥桿工位，隨后由推料機構(gòu)推入周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。

3 主線總體設(shè)計

在設(shè)備調(diào)試前期實際運行中， 立式機出煙后合單時間長， 原因在于1、2 子線和5、6 子線出煙后到達三擺臂合流處時間長，存在不同類型條煙在合單前等待的問題，故在設(shè)計上選擇調(diào)整煙倉，將全部標(biāo)準(zhǔn)煙、部分短支煙調(diào)整到1、2 子線， 減小1、2、3、4 子線條煙在皮帶上匯合的時間， 同時為避免電子貨格手工放煙耗費訂單時間問題選擇將訂單數(shù)量較少的長異型、 類標(biāo)等卷煙調(diào)整到5、6子線并且盡量控制5、6 子線的條煙所占比例。

在保證分揀狀況和分揀軟硬件系統(tǒng)設(shè)置一致前提下進行為期三月（5-7 月）的定量分析：調(diào)整臥式機3、4 子線條煙量占比由平均55%到65%再到75%， 分揀平均效率提升了30%左右。

4 合單設(shè)計

考慮到小訂單占用分揀皮帶， 增加超額分揀時間問題，在二樓下一樓三擺臂處，選擇將訂單進行合單，大大減少了多余的等待時間。

合單模式設(shè)計：針對含有細支煙、標(biāo)準(zhǔn)煙與類標(biāo)煙、異型煙（其中異型煙因考慮立式機5、6 子線占比因素而選擇放置一部分于電子貨格）且數(shù)量小于20 條的訂單進行合并。

C 類異型煙分揀線合單調(diào)試前尚未進行子線訂單占比調(diào)整， 在為期半月的定量分析中通過合單使其平均效率提升了15%左右。

5 訂單結(jié)構(gòu)優(yōu)化探索過程

分揀線理論效率設(shè)計研究： 訂單內(nèi)條煙出倉間隔與訂單間間距為定量， 在此基礎(chǔ)上其單小時分揀效率等于單時虛擬托盤總數(shù)（主線皮帶機速度/托盤長度）×單托盤條煙數(shù)×托盤利用率[1]。 立式機1、2、5、6 子線和電子貨格為單邊出煙且需求量低于雙邊出煙的臥式機3、4 子線，現(xiàn)對臥式機主線進行效率計算。

單時虛擬托盤總數(shù)：S=3600×V/L=3600×0.95×0.36=9500 托盤/時

單時訂單數(shù)：M=臥式機皮帶速度×3600/單訂單所占托盤長度=0.95×3600/[0.36（N+6）]

當(dāng)N=1，Mmax=1357；當(dāng)N=40，Mmin=207。

托盤利用率：Q=訂單所占托盤數(shù)/相鄰訂單托盤數(shù)間隔=N/（N+6）

Q=（單時虛擬托盤總數(shù)-6×M）/單時虛擬托盤總數(shù)。即Qmax=0.870，Qmin=0.143

即求得： 臥式機兩側(cè)出煙效率P=S×Q×2。 Pmax=16976，Pmin=1359。

其中：V—臥式機皮帶速度，為0.95m/s；L—虛擬托盤長度， 為0.36m；N—該訂單實際條煙數(shù)量， 范圍為1-40條 （由實際分揀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定， 受本地卷煙品規(guī)銷量影響）。 Q—托盤利用率。 訂單間隔為6 個虛擬托盤，其中含2 個修正托盤位置。

可得出，在當(dāng)前值下，托盤利用率為0.632 時，可滿足生產(chǎn)效率單時120000 條目標(biāo)。

在該利用率下，需保證N＝10.3，即滿足11 條。

立式機1、2、5、6 子線為單側(cè)出煙， 各參數(shù)均與臥式機3、4 子線相同， 在實際分揀中必須令立式機5、6 子線占比較少，而物流中心該子線實際訂單通常在10%以下，為的是在三擺臂合流處該子線條煙并不會造成臥式機3、4 子線和立式機1、2 子線訂單的被動等待。 因此影響出煙效果的因素則為立式機1、2 子線和臥式機3、4 子線比例。 臥式機占比越高，平均訂單條數(shù)為最大值20 時，分揀能力越好。

分析： 天津煙草物流中心該線實際訂單條數(shù)大多穩(wěn)定在15～19 條。 立式機1、2 子線占比大多穩(wěn)定在20%-30%。 則在立式機占比為30%時，需保證訂單條數(shù)為14.7；最優(yōu)訂單條數(shù)時，可以接受的占比極限為42%。

以12 月14 日分揀為例，總量為70007 條，最大訂單數(shù)為6259，立式機1、2 子線占比為22.3%。 保證效率達標(biāo)的訂單條數(shù)應(yīng)為13.26，大于現(xiàn)有的訂單條數(shù)11.19。 當(dāng)天無故障分揀效率為1.03 萬，基本等于理論效率1.04 萬。

以分揀量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的11 月25 日分揀為例，總量為97824 條，最大訂單數(shù)為6164，立式機1、2 子線占比為28.3%。 保證效率達標(biāo)的訂單條數(shù)應(yīng)為14.36，小于現(xiàn)有的訂單條數(shù)15.8。當(dāng)天無故障分揀效率為1.31 萬，基本等于理論效率1.32 萬。

因此對于已經(jīng)設(shè)計完成的受訂單結(jié)構(gòu)影響的分揀線需要根據(jù)訂單主動調(diào)整立式機卷煙品規(guī)數(shù)量。

分揀線頂層規(guī)劃中易造成的設(shè)計研究誤區(qū)： 訂單條數(shù)在虛擬托盤位范圍內(nèi)應(yīng)越大越好。但在實際工作中，各個地區(qū)銷售卷煙品規(guī)數(shù)量均不相同， 因此訂單結(jié)構(gòu)也不相同， 在虛擬托盤位可容納范圍內(nèi)應(yīng)選擇略大于穩(wěn)定范圍內(nèi)最大的訂單結(jié)構(gòu)條數(shù) （虛擬托盤位范圍為1-40，根據(jù)訂單結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)確定的單節(jié)皮帶可容納訂單條數(shù)為20 條，并非是20～40 之間，從而匹配上主線皮帶長度，但平均訂單條數(shù)可大于20 條） 也可選擇提高皮帶速度，降低虛擬托盤位（范圍根據(jù)卷煙尺寸而定），調(diào)整相鄰訂單間虛擬托盤位長度。

6 訂單切戶間隔設(shè)計調(diào)整

在條煙完成打碼后的一段時間里， 即一號工程切戶延距時間，訂單切戶指令不會發(fā)出，此時倘若存在下一戶訂單到達精準(zhǔn)識別系統(tǒng)條煙識別處，就會激發(fā)系統(tǒng)報警，相反，該時間段越長，系統(tǒng)等待時間就越長。 因此必須調(diào)整切戶間距， 一號工程上戶訂單打碼完成與接受到下戶訂單切戶信號的兩單間距離達到6 個托盤位， 約為2.2米， 比較影響效率， 后期在精準(zhǔn)識別處將該距離調(diào)整到1.5m，使每單節(jié)約時間0.7s 等待時間。那么在設(shè)計中應(yīng)清楚在疊煙機前的主線末端， 訂單切戶時間和間距可小于固定托盤位的訂單間距。

7 電子標(biāo)簽應(yīng)用規(guī)劃

電子貨格卷煙類型不局限于類標(biāo)煙、長異型煙，而是充分融合超異型類卷煙，譬如煙魁1949 中支、蘇煙鉑晶，其置放于三擺臂合單后， 對于訂單中含有貨格貨位卷煙的訂單進行最后合并。電子貨格的卷煙位于訂單末尾，考慮到立式機5、6 子線占比原因，電子貨格作用如下：①減小立式機子線占比； ②容納無法通過特定尺寸和結(jié)構(gòu)的煙倉打出的特異型卷煙。

比例對效率的影響： 電子貨格合單時擺臂起落和人工續(xù)煙都會占用時間， 因此除了必須放置于此的特異型卷煙， 其他品規(guī)卷煙應(yīng)按整體實際情況合理布置于電子貨格。一般比例控制在10%以下。在立式機1、2 子線比例穩(wěn)定時，最好將長異型、類標(biāo)煙合理放置于立式機5、6 子線和電子貨格，且盡量增大5、6 子線比例，將電子貨格比例壓縮至最低，只保留超異型煙即可。

8 疊煙機設(shè)計優(yōu)化

疊煙機是融合機器人和翻版于一身的一種條煙包裝機，其中主要結(jié)構(gòu)為A、B 疊跺和側(cè)推桿的機器人負責(zé)依數(shù)據(jù)信息將5、6 子線和電子貨格的條煙推入疊跺， 在伺服輔助下將條煙推入撥桿工位， 而可容納六層條煙的翻版負責(zé)包裝1、2、3、4 子線的條煙并推入撥桿工位完成與機器人部分推入條煙的匯合，從而實現(xiàn)訂單包裝。

分揀能力限制性：在分揀各子線實現(xiàn)設(shè)計功能后，效率在三擺臂合流處達到最優(yōu)，基本接近于理論效率。由于疊煙機翻板接收量和包裝速度均遠大于機械手部分，倘若此部分能滿足疊煙機翻板最大1.8 萬的包裝能力同時限制機械手部分的卷煙量 （通過調(diào)整部分煙的包裝路徑控制機械手接受量在15%以內(nèi)，略超時影響相對較小）即可保證翻板快速包裝而不受機械手包裝的影響， 保證翻板在包裝完多條條煙之前實現(xiàn)機械手的條煙到位到疊跺上等待。 削弱機械手條煙包裝阻力。

短支煙在現(xiàn)實分揀調(diào)試中所遇問題： 短支煙走機器人包裝路徑占用較長等待時間 （天津煙草訂單結(jié)構(gòu)中短支煙數(shù)量少且訂單數(shù)量多），因此短支煙訂單量小更加劇了時間浪費。因此需改變短支煙所處子線，將短支煙煙道更換到1、2 子線和3、4 子線。

9 結(jié)論

本章主要介紹了天津異型煙分揀線系統(tǒng)、 工作模式的總體規(guī)劃設(shè)計和達到合格效率的實踐調(diào)試工作。

（1）系統(tǒng)地介紹了異型煙分揀線的機械系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，對分揀整體及其具體運行模型做了深刻探索，并通過總結(jié)工作過程將作為全國首批全品規(guī)異型煙分揀線-天津煙草新建C 類分揀線設(shè)計調(diào)試經(jīng)驗進行分享， 給予同行業(yè)以后新建異型煙分揀線詳細的設(shè)計和調(diào)試經(jīng)驗。

（2）通過對異型煙分揀線進行訂單結(jié)構(gòu)分析、機械結(jié)構(gòu)布局等參數(shù)規(guī)劃，明確了訂單結(jié)構(gòu)對整體規(guī)劃的影響，得到了合適的效率提升方式。