洛阳卷烟厂成品库的柔性密集存储方案设计

文｜河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂 李国栋

在烟草自动化物流仓储系统中，成品库发挥着在卷烟生产结束后对成品件烟进行存储周转的作用，可将各规格的成品卷烟和空托盘组均匀分布在各巷道内，按“先进先出”、“入库优先”等原则进行调度，实现出入库作业，并可按要求将指定货位（或指定巷道、指定区域）出库。对长期库存成品烟具有自动报警功能。因此，成品库仓储系统是烟草自动化物流系统的重要组成部分。

本文主要对河南中烟洛阳卷烟厂成品库物流系统的规划、核心关键设备和软件系统的设计等进行了详细介绍。洛阳卷烟厂成品库物流系统的设计范围，从成品件烟由卷接包车间装封箱机组后的烟箱提升机开始，经输送设备送至码垛机器人的对应工位，码垛成为成品实托盘，然后通过入库输送系统进入成品密集仓库。

在成品出库环节，由堆垛机将实托盘通过出库输送系统送至成品出库口，再由输送设备送至拆垛机器人对应工位，拆成件烟经环形件烟输送线，送至发货站台前的货车完成出库。同时，该系统也考虑到了整托盘发货通道，以及人工拆垛工位。

一、成品库系统的规划设计

河南中烟洛阳卷烟厂成品库遵循高效性、先进性、兼容性、安全性、可靠性及可扩展性等设计原则。通过对系统设计方案多次进行可行性分析、技术路线认证、有效性分析及风险分析，最终完成了成品库的智能仓储系统建设。

1.成品库布局

洛阳卷烟厂成品库仓储系统总体布局如图1，由货架系统、堆垛机系统、拆码垛机器人系统、穿梭车系统、托盘码分机及输送系统等组成。

2.应急预案

成品库仓储系统是整个卷烟存储、配送等物流环节的重要组成部分，成品库系统故障可能导致整个卷烟生产车间停线。因此，洛阳卷烟厂成品库仓储系统在规划之初就设计了相应的应急方案：

（1）入库区应急方案。当负责入库的1#码垛机器人出现故障时，成品件烟经件烟入库分拣系统分配到2#码垛机器人的件烟码垛输送缓存道上，由2#码垛机器人进行件烟的码垛，码垛完成后的实托盘通过输送系统送到巷道堆垛机取货站台，由巷道堆垛机和穿梭板送入计算机库存管理系统指定的货位存放。

两台码垛机器人互备，当其中一台故障时，不影响系统正常入库作业。

（2）出库区应急方案。当负责出库的1#拆垛机器人出现故障时，成品实托盘经输送线送到2#机器人拆垛工位。成品件烟由2#拆垛机器人进行自动拆垛，拆垛后的件烟进入出库分合流系统进行条码扫描，合格的成品件烟经分合流输送系统输送至伸缩链板机，再经一号工程扫码后供人工装车；不合格的成品件烟由分合流输送系统自动剔除到不合格剔除口，由人工进行处理，处理合格后的件烟由人工放置在上烟口上，件烟自动进入分合流系统。

两台拆垛机器人、两台堆垛机互备，当其中一台故障时，不影响系统正常出库作业。

3.系统流量设计

洛阳卷烟厂的卷烟生产能力为30万箱/年，对成品库的物流存储需求如下：

成品实托盘入库流量：件烟入库量为429件/h；成品实托盘入库量为14.3 PL/h；

出库区系统流量：45.87 PL/h。

4.成品库生产流程设计

基于应急预案和系统流量等因素的综合考虑，整个成品库的生产流程设计，如图2。

二、核心关键设备的设计

1.拆码垛机器人系统设计

本项目中成品物流自动化系统中的拆码垛机器人选用瑞士•ABB产品，ABB机器人具有较高的国际知名度，在烟草行业有着广泛应用。

成品入库区配置2套码垛机器人系统（如图3），每套机器人系统同时对应3个托盘工位和3条积放输送通道；成品出库区配置2套拆垛机器人系统，每套机器人系统同时对应2个托盘工位和1条积放输送通道。

机器人系统除能完成正常拆码垛作业外，还具备以下功能：

• 安全防护及连锁功能；

• 系统自诊断功能；

• 速度设定功能；

• 力矩过载报警功能；

• 数据错误报警功能；

• 码垛强制结束（散盘入库）功能。

2.巷道堆垛机+穿梭板

针对洛阳卷烟厂的品规少、单一品规量大、出入库效率要求不高的特点，本项目中成品立库采用高架密集库，核心存取设备采用堆垛机+穿梭板的模式。

这种系统本质上是以堆垛机为主体，将穿梭板取代堆垛机的货叉从而可以无限延展，其优势是存储密度远高于普通的堆垛机仓库，同时柔性也比较大，可以由一台堆垛机结合多台穿梭板来提升作业效率。

巷道式堆垛机主要包括行走单元、提升单元和取放单元三个部分，通过激光测距以及编码器定位，可以到达非常高的定位精度。由于堆垛机运行速度非常快，且货物都是在狭窄的巷道内行走，稍有不慎就会造成货物或者设备撞击损坏，因此堆垛机的安全性检测极其重要，包括装设超限、超重、超速、紧停、断电保护、位置检测等多重保护措施。通过无线传输技术，将数据传递给服务器并与仓库管理系统（WMS）进行数据交互，实现仓储与生产工艺的匹配，同时在服务器中保存生产信息。在本项目中，堆垛机增加了对高架仓库立柱和横梁的学习功能，初始化设定高架仓库中每个货格的位置后，在每次取放货物的过程中，都会对货格相应立柱和横梁的位置进行识别，如果发现偏差较小，可自动更新货格位置，如果偏差较大超出规范，则向服务器发出故障警告。

3.无线射频（RFID）系统设计

无线射频识别（RFID）技术，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，它利用射频信号和空间耦合的传输特性，实现对目标对象的自动识别并获取相关数据，整个识别过程无需人工干预。

作为物流信息载体，RFID技术的使用寿命长，应用范围广，防护等级高，拥有更好的安全性。基于以上优点，洛阳成品库在设计之初就选择了行业内应用范围广，应用技术成熟的深圳远望谷超高频RFID芯片。该项技术的引进和应用，使洛阳成品库能够在出入库时对输送来的托盘烟进行记录和比较，对仓储管理提供数据上的支撑；由于每一托盘均有芯片记录托盘信息，极大提高了盘点和抽检的便利性和准确性；在出库时对芯片信息进行再次读取，从而确认供给的准确性，完全杜绝了生产质量问题；芯片内部信息设计有冗余及芯片可反复擦写，为后续信息的多样化开发提供了接口保障。

三、自动化物流系统的开发设计

根据自动化物流规划系统的功能分析和系统定位，依据洛阳卷烟厂易地技术改造成品库自动分拣系统项目的设计原则，将洛阳卷烟厂物流成品库自动分拣系统的体系结构分为三个层次：信息管理层、调度监控层和设备执行层。

1.信息管理层

关于信息管理层，主要实现与MES/ERP的接口，接收生产任务单，并将任务单发送给调度监控层，采集、跟踪、存储各种物流信息，并实现对信息的分析，包括但不限于以下功能： 

（1）具有从MES/ERP系统接收生产计划和物料清单的功能；

（2）具有手动录入生产计划和物料清单功能；

（3）具有执行作业计划管理、批次管理功能；

（4）具有物料跟踪、管理功能；

（5）具有自动化仓库多种存储拣选管理策略功能（如最短路径、先进先出、库存位置优化、智能分区存放、人工干预等）；

（6）具有托盘、条码或RFID管理等功能；

（7）具有较完整的统计分析功能；

（8）具有定期、循环等盘点功能；

（9）具有操作权限管理功能；

（10）具有系统操作使用帮助功能；

（11）具有完整详细的日志功能；

（12）中文界面显示；

（13）Web发布功能。

2.调度监控层

调度监控层主要是接收物流管理层的指令，实现生产任务分解、物流设备监控，以及流程参数监控，综合功能包括但不限于以下几方面：

（1）接收物流管理层的生产任务指令，分解下达给设备执行层，并接收执行层运行数据；

（2）采用图形、表格等较直观的方式展示系统运行状态；

（3）具有修改流程参数、设备参数的功能；

（4）具有设备及通讯故障自动报警功能；

（5）具有操作权限管理功能；

（6）具有系统操作使用帮助功能；

（7）具有完整详细的日志功能；

（8）中文界面显示。

3.设备执行层

设备执行层主要是接收调度监控层分解指令，控制物流设备的执行；运行数据向上传输给调度监控层；要求具有良好的实时性和高可靠性；集成了各种执行设备的工业控制网或专用控制系统。在自动化物流系统中包括输送控制系统、堆垛机控制系统等，综合功能包括但不限于以下几方面：

（1）将系统设备按照集中管理、分段控制的原则进行功能段划分；

（2）系统设备具有自动和手动控制功能；

（3）具有与调度监控层可靠、稳定的通讯功能，具有各控制段之间的高可靠、高稳定的通讯功能，具有与上下游设备联锁控制功能；

（4）具有自动故障诊断报警功能；

（5）具有安全保护功能。

洛阳卷烟厂成品库物流系统，基于WMS仓库管理系统及WCS仓库控制系统，实现信息管理、调度控制、在线监控、系统集成、设备执行等功能，最终完成系统所需的物流流程.物流系统通过对WMS系统及WCS系统的有效运用，能够对相关作业信息及时进行记录并更新，保证货品信息的实时性、准确性。成品库物流系统的应用，使物流管理质量和效率得以有效提升，为整个卷烟生产流程提供有力保障。

四、结论

洛阳卷烟厂成品库自2019年建成投入生产以来，各项关键性能均能满足设计要求，且具备如下特点：物流系统存储量大，响应效率高；设计仓储系统应急方案，保证物流系统的安全稳定运行；拆码垛机器人的应用，大大提高成品库物流系统的效率，同时又节省大量人力；穿梭板加堆垛机的应用，增加了成品库物流系统高架库的存储容量；WMS系统及WCS系统的开发运用，实现了成品库物流系统的自动化、信息化、柔性化功能，使全厂的信息化数字化和智能化达到业内领先水平。

随着新一轮烟草行业技术系统的革新，成品卷烟智能仓储系统在规划设计、物流设备、控制系统开发及软件系统开发等方面均需要进行优化和升级。在成品卷烟物流领域，洛阳卷烟厂成品库的柔性密集存储方案成为业界典型案例之一，可对烟草或其他行业的成品密集存储提供很好的借鉴和参考价值。