万向轮与卷烟硬纸箱柔性打码的结合与应用

摘要：本文主要探讨了万向轮与卷烟硬纸箱柔性打码的结合及其在烟草行业的应用。通过介绍万向轮、全自动打码设备和柔性打码流程的技术特点，分析了它们在烟草物流和仓储领域的应用优势。此外，详细介绍了一种基于万向轮、全自动打码设备和柔性打码技术的烟草物流系统。该系统在实验和实际

摘要：本文主要探讨了万向轮与卷烟硬纸箱柔性打码的结合及其在烟草行业的应用。通过介绍万向轮、全自动打码设备和柔性打码流程的技术特点，分析了它们在烟草物流和仓储领域的应用优势。此外，详细介绍了一种基于万向轮、全自动打码设备和柔性打码技术的烟草物流系统。该系统在实验和实际应用中的有效性和可靠性得到了验证，条码扫码准确率达到99%，贴码速度达到每件35分钟。

关键词：万向轮应用；柔性打码；烟草物流；自动化

一、引言

武汉卷烟厂承担着湖北中烟约60%的物流任务。受制于打码技术，对于醇化烟出库现阶段以高架库转库，北库区离线打码，人工或敷贴机进行一号工程码补贴为主。一号工程补码后，根据行业管理要求，对醇化烟一号工程码追溯。此过程相对繁琐，并存在以下几个痛点：

1.贴码响应不及时、未根据营销计划拉动。目前一号工程码段是由生产制造中心提前下发，通过离线打码和出库补码的形式完成后才能工业出库。现有形式的卷烟标签打码存在信息滞后、在补码切换流程复杂、更换时间长等问题，插单等特殊情况无法做到快速响应，对于营销的需求响应时效性不强。按照平均发货800km计算，运输时间约600分钟，装卸时间约90分钟。一辆能装350箱烟的普通卡车，若遇到营销插单未提前备码的情况，从离线打码到开始补码约90分钟，占总运输时间的10％。

2.贴标效率低、浪费人力、易造成误操作。在醇化品出库过程中，需安排专门的外协人员进行打码、校验及标签覆盖。出库量大且出库品类多时，严重影响人员调配及浪费人力，且易造成误贴。此贴标方式也同时容易造成一号工程码的丢失。

3.贴标不规范。件烟在高架库出库皮带运动中通过人工贴一号工程码过程中，极容易造成覆盖不完整，贴标歪斜等情况，容易超出工艺规范标准等问题。

4.两码关联失败多发。现有的扫描及软件处理过程中，目前高架库出库人工打码由于人为贴标等原因，造成烟箱姿态的不统一，扫码识别率低，不满足工厂对件烟管理的要求。

上述痛点问题严重影响高架库出库效率及出库质量，给一线操作人员和出库管理带来极大麻烦。如何实现规范、高效补码，提高扫码准确性，消除一号工程码丢失隐患，减少人工劳动量，实现醇化烟出库即打即贴是一个急需研究的问题。为此，本文提出了一种基于万向轮和柔性打码技术的烟草物流系统。该系统通过将万向轮的灵活移动性和柔性打码技术的适应性相结合，实现了卷烟烟箱的快速、准确和高效搬运，同时提高了信息化程度和降低劳动力成本。

二、万向轮与卷烟硬纸箱柔性全自动打贴码技术概述

1.万向轮技术

万向轮分拣机以其出色的灵活性和承载能力，在多变的工作环境中实现高效的货物搬运。操作人员通过电脑程序，能够独立控制六边形模块上的各个万向轮，调整其滚动模式。通过这些模块的不同组合，可以设定多样化的分拣路径，实现货物在传送过程中的自动分拣。对于不同的分拣需求，只需在电脑上简单调整程序，无需改动机械结构，即可适应不同货物尺寸和输送量，通过增减模块来灵活调整。在烟草行业的物流和仓储中，万向轮分拣机显著提升了物料搬运效率，降低了人力成本，并能够适应多样化的生产需求[1]。此外，万向轮分拣机还具备精确定位和避障功能，有效避免了搬运过程中的碰撞和损伤，确保了物料的安全和完整，万向轮分拣机如图1所示。

图1 关键设备万向轮展示图

万向轮分拣机的工作原理基于离心力原理。当原材料进入机器后，通过供料系统被送到转台上[2]。转台带动万向轮一并旋转，由于万向轮的离心力作用，物料获得了足够的离心力，从万向轮上飞出。正是这种离心力，保证了一定大小的物料能够进入料槽，而且顺着料槽向下运动。这个过程类似于水平方向的分离筛，即符合要求的物料进入小孔中，不符合要求的物料则被排除。通过这种方式，机器可以对原材料中的不同颜色、形状、大小的物料进行分拣[3]。

万向轮分拣机是一种高效、高速的分拣设备，主要应用于电商、快递、医药、服装、图书等自动化物流仓库中。它具有以下特点：

·结构简单，运行稳定，能够连续、高效地完成分拣任务。

·可以通过控制系统进行自动化操作，方便进行流程控制和调整。

·采用离心力原理进行分拣，对物料进行快速、准确地分离和分拣。

·可以与其它物流设备配合使用，实现自动化物流运作。

万向轮分拣机适用于各类物流配送中心、电商仓库、快递公司、医药制造企业、服装行业以及图书发行等领域。在这些领域中，需要对各种不同规格、形状和颜色的物品进行快速、准确地进行分拣，以提高物流效率和准确性，降低人工成本。

图2 关键设备自动打码机展示图

2.全自动打贴码设备

为了实现柔性打码并实现在线自动打码的业务需求，本研究使用自动打贴码设备。自动打贴码设备可以打印110×240mm范围内的标签，满足105×75mm贴标巴掌，打印的标签分辨率可达300DP，含标准支架/传感器/随机色带/压缩空气调节器，贴标速度48个/分钟。贴标臂拥有吸贴法、吹贴法、擦贴法或气贴法等多种贴标方法，可用于顶面、侧面和正面贴标，高速正面贴标；拐角式可用于相邻两面贴标。该自动打贴码设备具有高可靠性、高效率和简单易用的特点[4]。打印贴标机综合多种新型技术，将应用体验提升到更高层次，可以提供一系列可以互换的贴标臂、优化的运行和贴标速度[5]。

3.柔性打码技术的特点及应用

柔性打码技术是一种基于图像处理和识别技术的打码方法，具有高分辨率和高灵敏度的特点。它可以自适应地识别和记录物料的身份和位置信息，此外，在卷烟硬纸箱柔性打码过程中，需要注意打码的质量、清晰度和稳定性等方面的问题。为了保证打码质量，需要对柔性打码设备的参数进行调整和优化，如墨量、打印速度、激光功率等。同时，需要注意保持卷纸硬纸箱的稳定性和平整度，以避免打码过程中出现错位、模糊等问题，从而确保物料信息的准确记录和管理。在烟草物流和仓储领域，柔性打码技术的应用可以大大提高物料信息的准确性和可靠性，避免人为错误和管理混乱。同时，它还可以实现物料的追溯和管理，提高烟草行业的质量管理和安全控制能力[6]。

件烟出库根据生产经营决策管理系统的业务管理要求，同时满足件烟打码贴标出库过程中进行品牌自动切换打码的需要，即在醇化烟在出库过程中，根据出库件烟品牌自动切换一号工程码打印，实现一号工程码准确覆盖在制品件烟的件烟质量追溯码

上[7]。一号工程柔性打码贴标流程同卷包车间打码大体流程一致，实现品牌的自动切换，软硬包的自动切换，保障一号工程码段的安全、准确。一号工程柔性打码业务流程如图3所示。

图3 柔性打码自动控制流程图

三、万向轮与卷烟硬纸箱柔性打码的结合方式

1.硬件设备设计

该系统主要由万向轮移动平台、柔性打码器和控制系统组成。万向轮移动平台具有灵活的移动性和高负载能力，可以搭载各种不同的卷烟烟箱进行搬运。柔性打码器能够根据不同的物料形状和大小自适应地打码，确保准确无误地记录物料的身份和位置信息[8]。设备控制设计结构如图4所示。

图4 设备控制设计图

靠边滚轮将烟箱导向至上边，后续通过电动可自动调节护栏，其运动方向安装有压力传感器从下至上运动时推动烟箱至靠边时，压力传感器触发，护栏停止运动，则此时烟箱到达指定位置。

（1）万向轮分拣机：当卷烟硬纸箱经过时，万向轮分拣机将卷烟硬纸箱搬运至轨道一侧，为后面打贴码做准备动作。如图5所示。

图5 万向轮分拣机示意图

图6 自动打码机示意图

（2）当烟箱行径触发贴标光电时，贴标机接收到请求贴标信号，贴标机驱动贴标手动作，完成贴标并反馈贴标完成信号。

（3）自动适应不同烟箱贴标高度：由于烟箱产品有不同尺寸，且最高和最低差距达到61mm，因此采用自适应贴标臂，如图7所示.

图7 自适应贴标臂示意图

图8 读码器示意图

其功能、原理简述如下：这个贴标臂的最下面是贴标巴掌，工作时将标签吸附在巴掌上面，然后电机驱动贴标臂向下运动将标签粘贴在烟箱表面，其最大行程为250mm，在这个行程范围内，巴掌触碰到烟箱表面后，由于受到阻挡，电机电流升高，该信号反馈回主机，电机将反向运转让巴掌返回，亦即在其行程范围内，可以自动适应不同距离的产品。

（4）读码器：贴标前和贴标后，各安装一个读码器和传感器。完成卷烟码段的采集与数据关联。

2.工作流程设计

件烟出库进行即打即贴，也同样进行数据的校验核对，柔性打码过程流程设计：

（1）当烟箱触扫描光电时，扫描设备进行读码，件烟信息将经过软件解析，将对应品牌的一号工程打码信息由柔性打码软件发送打印数据给打印机，打印过来烟箱的一号工程码。

（2）当烟箱行径触发到扫描光电时，打码机打印标签并吸附在贴标板上，此时打印机反馈打印完成信号给打码软件。

（3）后扫描开始工作读取件烟上条码，条码读取成功后上传给打码软件进行数据比对，打印数据与读取数据是否一致，数据核对一致，则此次打印贴标正常，等下一个打印贴标循环。如不一致，则打码软件输出报警灯报警，人为干预。

3.控制系统设计用的分析

控制系统负责协调万向轮移动平台和柔性打码器的工作，实现自动化操作。本次研究中，拟采用超分辨率技术以提高扫码的识别准确率，并与柔性打码系统进行打通，实现一号工程码追溯。同时在研究过程中将兼容过渡时期行业二维码和未来正式二维码信息系统，提高系统可扩展性。该系统的有效性和可靠性在实验和实际应用中得到了验证[9]。

图9 工作流程示意图

该系统能够准确无误地识别和记录物料的身份和位置信息，并且能够在不同的生产环境下适应性地调整参数，实现高效的卷烟烟箱搬运。同时，系统的稳定性和可靠性也得到了充分地验证。在实际应用中，该系统已经成功应用于湖北中烟武汉卷烟厂的物流和仓储领域，取得了良好的应用效果和经济收益。

四、研究验证与分析

1.实验准备

硬件方面，需要准备自动打贴码设备、固扫读码器设备、万向轮分拣机及相关配件与耗材。相关设备能够配置、性能满足本研究的要求。

软件方面，柔性标签打码系统可根据固定读码器采集的卷烟品牌规格自动切换打码计划；软件可接收固定读码器采集的件烟标签信息，完成夹烟标签的数据关联。

2.实验流程

启动打码程序并确认设备通信正常后，进行了打印参数的微调测试。模拟实际生产排程，同时执行多个品牌的打码任务，软件根据扫描数据动态调整计划并控制打印过程。烟盒经过自动分拣系统归边至打码区，打码机精确地完成打印并贴附标签。打码作业完成后，读码器采集标签上的数据以实现产品关联。整个流程循环进行，直至测试结束，具体流程如图10所示。

图10 工作流程示意图

3.实验过程

根据实验流程，现场分别准备了品规一、品规二各100件件烟，通过100件件烟观察记录打码实验过程，如图11所示。实验团队详细记录了每个步骤的关键数据，包括打印速度、设备运行稳定性、数据采集准确性等，为后续的系统改进提供了重要参考。

在本研究的实验阶段，为全面评估自动打码系统的实际应用性能，研究团队在现场精心准备了两种不同品规的烟产品，即品规一和品规二，每种各100件，以模拟实际生产环境中的多样化需求。实验过程中，通过对这200件烟产品进行打码操作，观察并记录了整个打码过程，如图11所示。

图11 现场实验过程

实验团队对关键性能指标进行了严密监控和数据记录，包括打印速度、设备稳定性和数据采集准确性。这一系列监控覆盖了系统启动、参数设置、打码执行及后续的数据采集与性能评估，确保了对系统在各种工作条件下表现的全面掌握，为系统改进提供了数据支持。

4.实验结果分析

在本次测试中，对烟箱标签打印系统的性能进行了综合评估，关键指标包括识别精度、打印效率和条码准确率。以下是测试结果的精炼分析，并与现有技术进行对比。

（1）识别精度：系统的前扫和后扫识别功能均表现稳定，为后续流程打下坚实基础。

（2）打印效率：打印机实现了每分钟35件的连续打印速度，相较于早期每分钟4～6件的设备，效率提升了近6倍。

（3）条码准确率：系统在条码一次准确率测试中达到了99%。

（4）灵活性与稳定性：万向轮归边测试显示，系统能够准确搬运烟箱并精确覆贴标签，确保了生产线的流畅性。固扫设备对不同尺寸烟箱的高识别率和正常响应速度，增强了系统的适应性。

（5）软件控制：打码软件在排产计划自动切换测试中表现良好，未出现异常反馈。

综上所述，本文的烟箱标签打印系统在关键性能指标上均达到或超过了行业标准，特别在打印速度和条码准确率方面，显示出显著的技术优势，这些成果为未来的生产优化和系统升级奠定了坚实的基础。

五、结论与展望

1.研究结论

本文主要探讨了万向轮与卷烟硬纸箱柔性打码的结合及其在烟草行业的应用。通过介绍万向轮和柔性打码技术的特点和分析其在烟草物流和仓储领域的应用优势，并详细介绍了一种基于万向轮和柔性打码技术的烟草物流系统。实验和实际应用结果表明，该系统具有高效性、准确性和可靠性的特点，能够适应各种不同的生产环境和需求，提高了烟草行业的物流和仓储管理水平，降低了成本并提高了效率。因此，基于万向轮和柔性打码技术的烟草物流系统具有广泛的应用前景和市场前景。

2.未来展望

制造业柔性生产与硬件结合的未来发展将更加注重人机协同、智能化、集成化、可重构性和精益制造等方面的提升。这将为制造业带来更高效、更灵活、更具有竞争力的生产模式，以满足不断变化的市场需求。同时，也将为制造业带来新的机遇和挑战，需要行业内的企业和研究人员不断探索和创新。

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