超高速全品规条烟分拣系统在石家庄烟草的应用

摘要：近年来，卷烟市场“异”军突起，不同品规、包装各异、订单离散的异型烟分拣成为摆在烟草商业企业面前的共性难题。本文通过实际案例分析，介绍了“异”军突起后全品规自动拆垛技术、全品规备货技术、全品规分拣技术、全品规包装技术，具有较强的行业推广意义。

关键词：人异型烟、全品规自动拆垛、自动备货、自动分拣、自动包装

近年来，以细支卷烟为代表的异型烟不断发展，销售量逐年递增，成为卷烟行业深入推进供给侧结构性改革过程中的新机遇，也使烟草商业企业的异型烟分拣工作直面新挑战。随着异型烟分拣量增大，不同品规、包装各异、订单离散的异型烟如何实现自动分拣，成为摆在烟草商业企业面前的共性难题。为此，各地纷纷进行有益探索，对传统分拣线进行技术改造，并取得显著效果。

一、项目背景

在烟草行业，卷烟配送中心已建成的自动化物流系统，大部分采用标准烟与异型烟（含细支烟）分开分拣的作业方式。标准烟的分拣，基本已采用全自动分拣线或半自动分拣线。而异型烟由于以前销量不大、尺寸不规则，实现自动化分拣的难度大，其分拣基本采用人工分拣作业或自动化程度较低的半自动分拣线。标准烟与异型烟分开分拣作业，所带来的问题逐渐显现：

1.在卷烟销售市场变化的情况下，分拣线无法很好地适应未来品牌变化的需要。

2.标准烟与异型烟分开分拣，导致分拣作业流程增加；分拣订单拆成标准烟、异型烟两部分；客户完整订单需要进行再合单处理；因订单拆分造成包裹数量增多，使包装环节成本上升。

3.标准烟与异型烟分开分拣，由于订单波动较大，很难保证标准烟与异型烟的分拣作业同步完成，造成两者分拣相互等待，设备利用率不均衡。

4.标准烟与异型烟分开分拣，无论销量大小，烟草公司都需配置至少1条标准烟分拣线和1条异型烟分拣线，使设备投资增加。

在河北省烟草公司石家庄市公司（简称“石家庄烟草”）看来，目前，通过分拣线局部设备更新、流程优化和技术升级，很难突破制约异型烟分拣的关键瓶颈，必须瞄准最新技术，对分拣线进行整体性技术改造。因此，按照河北省烟草专卖局（公司）“着力提升物流现代化水平，高质高效全面实施物流技改”要求，石家庄烟草专卖局（公司）明确了“高度自动化、高度信息化、高度智能化” 的技改原则，着力推进物流分拣配送转型升级；作为行业“全品规一包烟”自动化物流技改项目的首批实施单位。石家庄烟草通过“走出去”实地调研，“请进来”科学研讨，最终确定了“拆除现有分拣线，同时新建两条三标合一全品规高速分拣线，单条分拣线效率32000条/小时以上”的技改目标，开启了河北省烟草商业系统分拣技术革新的破冰之旅。也是行业内较高的超高速全品规分拣线。

二、改造方案

通过卷烟分拣全工艺流程分析，昆船智能技术股份有限公司（以下简称“昆船智能”）2022年9月中标并设计实施了石家庄烟草全品规智慧卷烟分拣系统项目。

该项目的系统组成主要包括：全规格件烟拆码垛机器人、AGV自动托盘搬运系统，全规格件烟存储的多穿系统、标细件烟存储的倍速链缓存系统、标细中短自动划开箱、标细中短卧式分拣主机、标细异立式分拣主机、条烟缓存模块、全规格卷烟包装设备，以及电控系统、信息系统。

1.全规格拆码垛机器人

全规格拆码垛机器人实现功能：全品规即拆又码功能、机器人空托盘供给功能、机器人与潜伏式AGV自动对接功能、全品规输送设备、图像识别件烟码。如图1所示。

图1 全规格关节机器人组合拆码垛系统

2.潜伏式AGV

潜伏式AGV系统（如图2所示）完成整托盘搬运入库、空托盘组搬运供给机器人码垛、拆垛后空托盘回收等功能。

图2 潜伏式AGV系统

3.穿梭车系统

传统的多穿小车因货叉不可伸缩夹抱，无法满足大范围变化尺寸的物料。本项目中的全品规多穿缓存系统（如图3所示）采用的多穿小车通过伸缩夹抱货叉可适应不同规格尺寸的件烟存取作业，实现全品规存储。同时，利用多穿货位离散存储、货位周转率高的特性，实现特异型件烟、标准烟、细支烟、中支烟、短支烟的全规格备货暂存。

图3 多层穿梭车系统

4.可存储标细件烟的倍速链缓存系统

石家庄烟草倍速链系统采用利旧改造模式，改造其中部分通道使其满足细支烟存储需求。利用倍速链的单通道、单品规存储的批存储属性，实现大品规标准烟、细支烟的存储。倍速链缓存系统，如图4所示。

图4 倍速链缓存系统

5.标、细、中、短一体自动划开箱

传统划开箱机只能处理标准烟，或只能处理细支烟，不能混合处理多种规格的件烟。石家庄烟草自动划开箱机（如图5所示）采用多工位并行作业模式，卷烟自动对中，划刀自动对中，可以适应不同规格卷烟的划开箱作业，品牌适应度高，可满足未来品牌变化需求，自动处理点胶，实现了全品规（标、细、中、短）件烟共线自动划开箱作业，提高了物流自动化作业水平。

图5 标、细、中、短全品规件烟自动划开箱机

6. 双边分拣烟仓可调立式机

传统立式分拣采用单边分拣，本项目中的立式机（如图6所示）采用双边分拣模式。通过双边分拣可实现同时两个订单一起分拣，与单边一个订单分拣完再分拣下一个订单相比，其效率大幅提升。双边分拣立式机适应标准烟、异型烟（含细支烟）分拣，烟仓灵活可调，双边拨打，后续输送设备布置简单。

图6 双边分拣立式机

7. 双边分拣可调卧式机

目前的卧式机大多无法适应全部细支烟及中支烟分拣，本项目中采用的卧式机（如图7所示）则可满足标、细、中条烟的分拣，满足绝大部分品规的自动补货、自动分拣；实现动态调仓，进行单元之间的分拣均衡。

图7 双边分拣卧式机

8.缓存

根据未来分拣的特点，为自动分拣更多品规，针对标准烟和细支烟采用无间隙密集存储的计数分发机进行合流，针对中支烟等进行挡板合流，通过专业设备相结合的形式，满足不同卷烟缓存要求。未来分拣作业可以采用不同的缓存模式，来实现不同规格条烟的分拣。S弯缓存设备，如图8所示。

图8 S弯缓存设备

9. 全品规包装机系统

现有包装机为多入口且相互不均衡，影响堆叠效率，出包效率不能充分发挥。本项目中，包装机系统（如图9所示）采用宽堆叠机构，一次堆叠1个完整的订单，标准烟、异型烟（含细支烟）之间无订单间隔，提高分拣效率；堆叠后二级缓存，提高合流效率；伺服电机控制，减少用气，提高系统稳定可靠性。

图9 包装机系统

10.AGV笼车搬运系统

传统模式下，人工码垛后的笼车采用人工搬运至发货暂存区。本项目采用AGV系统自动搬运，不仅降低了劳动强度，同时提高了作业效率。如图10所示。

图10 AGV笼车搬运系统

11.托盘、件烟和条烟分拣的3D数字孪生系统

3D数字孪生系统对任务进行实时跟踪，通过移动终端进行人机交互，人工查找差错较简单，盘点、核对快速作业，维护、保养直观高效；支持按照1:1比例对企业地形、地貌、建筑、分拣线结构、设施设备进行精确建模。该系统有多种视角（自由视角、俯视视角、鸟瞰视角），管理员可以根据需要保存视角便于切换。系统能够对各类机械设备在采集信息后模拟其标准动作的动画。

3D数字孪生系统能够对分拣通道内条烟品牌、数量的实时状态直观显示；可实时同步显示分拣任务执行信息；同步显示条烟所处位置；方便操作人员进行任务进度查询，条烟核查。

系统可进行可视化故障定位，对各类报警进行分类管理；实时显示设备状态信息；自动推出报警提示及定位到三维场景相应的设备上；结合设备管理系统可以显示零部件历史故障信息及维修记录。如图11所示。

图11 数字孪生技术系统

三、技术亮点

1.工艺创新：实现全品规自动拆码垛工艺、潜伏式AGV托盘搬运系统、全品规多穿备货工艺、可调烟仓的条烟分拣工艺、无间隙密集存储+挡板缓存的组合合流工艺、新型双堆叠包装工艺。

2.设备创新：在工艺创新的基础上，实施应用了全品规拆码垛机器人、图像识别系统、标细中短自动划开箱机、标细中短双边分拣可调烟仓卧式分拣机、标异双边分拣可调烟仓立式机、全品规包装机、AGV笼车搬运系统等诸多新型设备。

3.控制创新：具有模块化特性、外观简洁、施工维护方便的电控硬件架构设计；实现双边并行分拣控制技术。

4.信息系统：采用3D可视化调度监控系统，实现配送中心条烟、件烟、托盘的实时跟踪与核查。业务功能覆盖商业到货、仓储、备货、补货、分拣等全业务流程。系统兼容新型分拣设备，实现全品规分拣、补货需求；实现了烟草商业行业内全部三大类物料——托盘、件烟、条烟的作业工艺及设备的全面数字孪生技术。

四、实施效果

石家庄烟草通过上述改造内容，同时针对配送中心进行收货分区策略、入库策略、补货策略、排程策略等策略的设计实现，可支持通过策略的灵活配置来适应不同行业的配送中心业务，实现业务组件和流程可装配化。

通过技术改造，为石家庄烟草带来巨大价值：以前每次装货，送货车前都要摆多个笼车，分别装标准烟、细支烟、特异型烟，作业人员需要拿着送货小票，从几个笼车里逐个查找；来到客户店里，还要再与客户一一核对多个烟包。现在，无论装车还是与客户核对，都只有一包烟，更加省时省力。自2022年12月该系统在石家庄烟草落地以来，两条“全品规一包”分拣线的分拣效率持续稳步提升，最高平均效率达38268条/小时（如图12所示），是技改前分拣效率的2.4倍，分拣时间减少4小时，分拣操作人员由75人优化到35人；送货响应时间由原来的45小时缩减到24小时内，产生较大的经济效益和社会效益。石家庄烟草技改项目，只是推动卷烟物流高质量发展的一个新起点。通过本项目实施后编制物流中心全流程、全要素、全环节的标准化管理体系文件，将逐步建立和完善实用资产的配置标准、使用标准、处置标准、制度标准、流程标准、评价标准、形象标准等制度体系，能为烟草行业其它技改项目提供更多借鉴及经验。