烟草企业自动化物流系统的解决方案

经过20多年的改革开放和经济的持续快速发展，我国目前已初步具备了发展自动化物流管理和技术的经济环境及市场条件。烟草行业大部分重点骨干企业从“九五”规划开始就将自动化物流系统列人技术改造议程，以改变物流和管理自动化方面的落后状态，物流自动化是现代企业完成集成自动化的最重要的基础。
1、 国内烟草企业的特点与现状
国内烟草企业大都建于20世纪80年代末之前，是以生产自动化为主进行规划设计的，没有为物流自动化的实施留出良好的外部条件，因而后续的技术改造（即物流自动化）的条件较差，厂房、库房、电源、地基、人流、车流等环境影响已较难实现最优化（即最合理的物流工艺流程、最少的投资、最佳的系统）的自动化物流系统。这种企业建立自动化物流系统，势必会出现一些不合理的地方，如人机界面过多、人工干预多、投资多、物流工艺流程不太合理等。
20世纪90年代后，一些烟草企业相继进行易地搬迁或扩建改造，设计单位遵循用户的要求，将生产自动化和物流自动化一起进行规划设计，这就为物流自动化的实施提供了良好的环境。
自动化物流系统是一种集光、机、电、计算机为一体的专业性既广又强的特殊的现代化系统工程。它主要包括：自动化仓储系统、自动输送系统、自动分拣系统、自动导引车系统、逻辑控制系统、计算机及相应的集成管理系统。涉及到的领域有：人工智能、图像识别、计算机仿真、无线电通讯、红外通讯、激光定位技术、网络技术、电磁导引、惯性导航技术等。因此烟草企业、建筑设计单位、生产工艺流程设计单位只有和具有烟草行业物流系统规划设计能力及系统集成能力的厂商结合起来，才能完成高质量的自动化物流系统的规划设计和工程实施。
2 、烟草企业自动化物流系统的组成与内容
2.1 烟草企业物料种类
烟草企业与生产直接有关的物料主要有4种，即配方原料（叶片、烟梗、薄片、膨胀烟丝）、卷烟辅料、成品和备品备件，此外还有废弃物、废品等。
2.2 烟草企业自动化物流系统范围
烟草企业完成生产过程自动化后，如何将配方原姓、辅料及备件备品的自动仓储、供应与自动生产线连接起来；如何将自动生产线的供料、产出的成品与仓储发货、销售、配送连接起来；如何向企业的资源计划管理系统（erp）、管理信息系统（mis）、计算机集成制造系统（cims）、供应链管理（scm）、客户关系管理（crm）、电子商务（ec）提供物流数据与信息接口；如何提供一个完整的自动化物流系统的解决方案，使自动化物流系统成为烟草企业集成自动化的主要系统之

一，是烟草企业自动化物流系统的组成内涵与目标。
完整的烟草企业自动化物流系统应包括“配方原料周转”、“辅料周转”、“成品周转”、“备件周转”4个部分，必要时还可包括“成品配送”以及相应的控制和信息管理系统。
3 、烟草企业自动化物流系统设计中若干问题的解决方案

3.1 总体工艺流程方案设计基本原则
在进行总体工艺流程方案设计之前首先要进行需求分析：
（1）用户需求。即系统构成，功能与能力要求，物流接口，物料品种、规格、峰值及时序等。
（2）环境要素。即人流、车流，相关物流，位置，能源供应，回路容量，地基，路况，地形地貌，空间通道，净空高度，水、气、汽、线位置，原有载体形式，作业形式，照明，消防，动体位置，静体位置，检修点，电气元器件选用习惯，数据库，网络，计算机类型，企业管理系统类型和系统接口。
（3）用户远景规划。即用户的远景目标、发展方向、投资力度、关键点等。
（4）原有管理模式和企业整体形态。即产品结构、数量，生产模式，人员素质和基本构成，原有管理模式，信息与商流，销售渠道，主管部门，当地政府职能机构、法则、法规等。
在了解上述各种情况后就可以进行初步规划方案设计，其应遵循以下原则：①物流流程合理优化及简洁原则；②应用最先进技术原则；③设备配置与功能设置最科学、最经济和性价比最高原则；④利于系统扩展原则； ⑤高可靠性与高维修性、高安全性原则。
3.2 自动化物流系统设计中若干问题的解决方案
根据多年来为烟草企业所做的自动化物流系统的实践经验，对烟草企业自动化物流系统中的特殊性和共性问题提出以下解决方案。
3.2.1 二楼建库
由于楼面振动、变形等影响，二楼建库的难度较大，规划设计中应设法避免。但部分烟草企业，由于受地形和面积限制，必须在二楼建库，如青岛卷烟厂。设计时，我们会同用户和有关院校、设计院，对设备的动力特性、固有频率、承载力进行了核算，提出了科学合理的楼面承载能力要求和不均匀沉降要求，设计院根据这些要求，对地基进行特殊处理，增设立柱和剪力墙，效果很好。
3.2.2 烟叶小配方
大部分烟草企业仍维持着多品种、小批量的生产模式，一种品牌的配方品种多、数量少，单品种质量不是标准烟包的整数倍，尾数甚至出现只有30kg的量，这对烟叶配方自动化物流系统的规划设计增加了难度。经过反复探讨，推出了带余料小库的烟叶配方自动化物流系统。其工艺流程为：根据作业计划，预先（或在换料空档时间）将需切块品种的标准烟包调出，经开包去

皮去钢带后送入小切片线，切片机按设定要求切块，切后的烟片切块装箱入库，配方信息自动录入，整个过程自动进行。制丝生产线正式启动后，余料小库内的烟箱（内装配方切块）按批次要求、品种要求和时间要求自动调出，翻箱倒人生产线中，空箱返回入小库，以备下次装箱用，未用完的配方切块烟箱，若在设定时间内不能用完，即调出加盖后仍入库。
3.2.3 对烟叶原料包装的适应性
近几年来，随着打叶复烤工艺的推行，烟叶原料包装规范化取得了较大进展，一般采用200kg纸箱包装，但仍有一些烟草企业的原料是由本企业的打叶复烤部门提供的，为降低成本、便于贮存，往往采用200kg或150kg木夹板包装。对于大部分需外购原料的烟草企业将有2种来料模式，所以烟叶配方自动化物流系统在规划设计时应适应原料的不同包装模式。对此，采用了新的多功能设备（如两用开包机、翻包机）和特殊的工艺方法，对不标准的包装采用人工开包，而符合尺寸规范的包装进入开包机开包，纸箱和木夹板入库用
不同设备负责处理。
3.2.4 成品发货效率
随着经济的发展，生产自动化程度及生产率的提高，越来越多的烟草企业在规划成品自动化物流系统时提出了要实现成品全自动发货的要求，有的要求1个班（8h）发货量达4000大箱，由于受品种排序发货、运货车辆换车交接、载货托盘交接、工人装车和到位准备、计算机与发货拆码机器人及分拣机通讯等因素的影响，要实现成品全自动发货的高效率是一个难题。通过调整各个工序之间的配合，提高了成品发货效率，解决了这一问题。
3.2.5 辅料搭配与随机供应
辅料预搭配对辅料的优化供应是十分重要的。辅料搭配配盘方式与生产的管理模式、卷接包设备（包括滤棒成形设备和装封箱设备）的工艺和性能要求有关，根据不同机型的卷接包等设备的工艺和性能要求，合理搭配各种辅料能减少立体仓库的货位数量，同时也能减少在自动化物流系统运输过程中的输送量，从而减少运输车辆。
在卷烟生产过程中，由于存在着多种不同机型的设备以及不同的生产牌号与数量、不同的操作人员等工作状况，从而造成了卷烟生产辅料供应的随机性。对此，我们在机组旁设立了现场管理计算机终端，供操作人员随机呼叫辅料并采用agv自动运输车进行物料运送，根据车间工作地与需求的不同，设计了特殊的agv自动运输车，它可以在只有2m空隙的机组群中走过，不仅达到了真正意义上的送货上门，而且使车辆的行走路径优化。为了保证agv自动运输车辅料及时供应的随机性，在agv自动运输车路径布置中在一些位置安排了站

点（home point），以加快agv自动运输车报务的及时性。
3.2.6 备件自动化物流系统模式
备件自动化物流系统既要考虑到生产过程的需要，又要考虑到存储资金占用，因此该系统应与全厂的管理系统连接，适时地根据生产计划、调度计划、设备运行故障监控及设备部门反馈信息、设备维修计划、资金管理计划、发生频度、订货周期等进行统筹管理，并对所管理的备品备件库存高位、低位报警，具有预警预报功能。考虑到备件既有小件，又有大件，既有发生频度较高的维修件，又有定期更换件，因此备件自动化物流系统模式宜采用高架立体库、自动货柜、平立库相结合的密集存贮系统，运用它们的各自不同特点组合，用最少的投入，实现最多的备件品种存储和备件调用的快速响应以及备件存储资金的合理优化占用。
3.2.7 信息控制与采集
在自动化物流系统运行过程中，不仅仅是物料的流动。更重要的是信息的流动，信息流动的好坏及快慢，决定着物料流动的快慢，影响着整个物流运动。在整个过程中信息的控制与采集是关键，没有信息也就没有自动化物流系统。
在方案设计中，采取的总体设计思路为“集中管理、分散控制、综合与分片监控相结合”。底层设备控制系统可向上位管理调度系统发送现场生产、工艺数据和物流信息。接受计划调度信息、配方数据；可向下发布生产计划和物流调度信息，采集生产现场的各种数据。控制系统采用集中／分散型工业总线控制方式，将传感、plc、网络、无线通讯、条码、电子标签、工业机器人等诸多迅速发展的技术结合在一起，用方便灵活的硬件和软件模块组合设计，以适应各个系统中不同特点的工艺控制要求和管理要求，使之既满足工艺要求的精确控制，又满足管理现代化。
将烟草企业中的烟叶配方库、成品库和辅料库等作为几个独立的控制子系统，各子系统设有自己的过程控制主站，将分布在现场的智能设备与各种分布式i／o从站通过现场总线进行连接，并实现数字信息交换（如数据采集、参数设定等）及过程控制；同时配以相应的通讯模块，将几个独立的子系统通过工业以太网与上位管理、调度、监控系统连接起来。几个子系统可以分别独立完成几个库的生产设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制。通过现场操作员终端可以实现单机／自动切换操作，并具有每台设备进行状态显示功能。通过上位监控系统可以监控整个自动化物流系统所有设备的运行状况、货物的所在位置及数据等。
信息采集有多种方式，其中主要为2大类：手动采集与自动采集。在自动化物流系统中一般为自动采

集方式，以减少人工参与而造成的数据采集错误和人员的工作强度，然而，自动采集方式要增加设备投资，所以要根据用户要求与实际应用来选择。通过实践，得出以下几点经验。
（1）物料在来料入库时，由于其外形、重量、包装等与理论值有差别，同时一些来料要求进行抽检验货，因此入库的信息采集方式可在入库工作区段设置手动采集，也可以设置手动采集与自动采集综合应用方式；
（2）在物料出库时，专有出库路线上设置自动信息采集，以保证出库的准确无误；
（3）在物料输送运输过程中的一些工艺路线点上设置自动信息采集，用于保证计算机与电控系统工艺控制管理要求；
（4）在物料分拣、分发过程中，工艺路线点上应设置手动或自动信息采集，以保证物料分拣、分发的准确；
（5）信息采集点必须按整个系统要求越少越好，多余的信息采集点会影响系统的正常运行，同时，一般来说每增加一个信息采集点就增加一个信息的读出与读不出、读对与读错的机率，而对于读不出或读错的物料则必须设置工艺处理线。
3.2.8 消防
高架库是自动化物流系统的主要组成部分，立体仓库的消防是个较难解决的问题，至今世界上仍无直接适用的标准和规范。为实现物流自动化和物料的密集存贮，高架库区必须是开放式的，每个货位或多个货位之间不允许封闭隔离，而立体库区为无人操作的自动化仓库，正常状态时，库区内禁止人员进出。高架库的这些特点，决定了立体仓库消防设施的特殊性和复杂性。根据我国和国际上现有的有关消防规范以及对国外有关立体仓库的实地考察，结合烟草企业物料特点，我们推出了一种技术先进、自动化程度高、工作可靠、安全适用、经济合理的消防系统，这种消防系统现已在数家烟草企业中实施。
新设计推出的消防系统由火灾自动探测报警系统和预作用式火灾自动喷水灭火系统组成。以上2个系统由控制部分有机地结合在一起，形成网络智能型火灾探测消防系统。它能对库房内的环境状态进行连续监视，当某区域的某部位发生火灾或存在火灾隐患时，布置于此部位上的感烟和感温探测器分别将烟雾和温度状态的变化适时转变成电信号，而后通过控制主机进行数据处理、鉴别、比较，确认后立即发送报警信号。预作用式火灾自动喷水灭火系统在警戒工作状态时，其消防管网中充有一定压力的压缩空气或氮气，以确保消防管网始终处于无水状态，保证消防管网不会由于长期注水而锈蚀，同时可以检测消防管网是否有泄漏点。当火灾自动探测报警系统中的感烟和感温探测器都报警时（即发生火灾时）

，自动报警系统启动预作用装置，使预作用阀之后的消防管网排气注水，自动喷水灭火系统进入灭火工作状态。为了减少误动作和处理意外损坏（非火灾产生的器件损坏、失压等），该系统还设置了人工干预接口界面。综上所述，此消防系统不会因喷水管网出现跑、冒、滴、漏而影响库区的湿度及温度，也不会因发生火灾时管网内无水而造成灾害，可确保库内存放物品的质量，是一种较适用烟草企业自动化物流系统的消防系统。