摘要：本文针对烟草商业公司卷烟配送中心的件箱处理，提出了一种“直通为主环线为辅的柔性互联的模式”。该模式通过动态感知在途件箱数量，实时调整分流策略，实现多入口对应多码垛工位的柔性互通且能力均衡的件箱处理模式；多品规件箱自动调整处理，以适应多品规环线输送及自动码垛；同

摘要：本文针对烟草商业公司卷烟配送中心的件箱处理，提出了一种“直通为主环线为辅的柔性互联的模式”。该模式通过动态感知在途件箱数量，实时调整分流策略，实现多入口对应多码垛工位的柔性互通且能力均衡的件箱处理模式；多品规件箱自动调整处理，以适应多品规环线输送及自动码垛；同时通过集成式布局方式，结合物料的ABC特性对不同类型件箱分类处理，实现高速输入、密集仓储及高速输出，以优化卷烟配送中心的工艺流程、减少物流环节、缩短物流动线，并节省大量的占地面积、设备投资，降低设备能耗和后期的维护成本。

关键词：直通为主环线为辅的柔性互联模式；动态调整分流策略；多品规件箱自动调整处理系统；集成式布局

作者：刘海萍

昆船智能技术股份有限公司

一

前言

我国烟草行业在行政体制上划分为工业公司和商业公司，工业公司为卷烟生产企业，商业公司为卷烟销售企业。通常在烟草商业公司的卷烟销售量中，随着市场对个性化产品需求的提升，传统的标准卷烟模式已经难以满足市场需求，细支烟、中支烟、短支烟和特异型烟的需求日益增长，因此烟草商业公司需要处理的卷烟品规日益增多，尺寸也大不相同，物料尺寸范围波动较大（长×宽×高：270～590mm×430～560mm×230～450mm）。

目前，全国很多烟草商业公司都已经构建了自动化程度较高的各类仓库。在卷烟入库环节，都采用一个伸缩皮带/链板对应一个机器人（或人工码垛），部分物销量大的一、二类烟草公司，卷烟输送采用环线的方式，实现入库设备和机器人的柔性对接。对于异型卷烟，需要剔除后，采用人工码垛的方式；出库拆垛也是机器人拆标准件箱，异型烟采用人工拆垛的方式。进入备货系统时，通常将异型烟直接整托盘取出，送到分拣口的补货端。以上的配置模式存在诸多弊端：件箱出入库处理系统占地面积过大，物流环节多、出入库效率低、物流动线复杂、人员配置多、设备投入大。特别是入库环节，采用直通模式会由于柔性不足导致入库能力无法有效发挥。而采用环线模式虽然柔性有余，但环节众多，所有的件箱都需要通过环线进行处理，常因调度问题或下游设备的故障，导致件箱在环线上无效空转或长时间滞留。一旦其中的环线部分发生故障，更会造成整个系统停滞。

针对烟草商业卷烟配送中心的上述特点，本项目研发设计了“大流量多品规件箱柔性处理系统”。该系统旨在实现大流量情况下对件箱的高效柔性处理及存储，有效解决现有技术的不足。同时，该系统具备良好的可扩展性，可应用于所有需要柔性处理大流量件箱的行业，为行业物流的发展提供有效的解决方案和思路。

二条

系统组成

大流量多品规件箱柔性处理系统由件箱合分流系统、机器人自动码垛/拆垛系统、倍速链及细标一体多层穿梭车存储系统等组成系统构成如图1所示。该系统集成了分拣码垛、托盘拆垛、件箱备货等关键环节，通过调度控制系统与电控系统进行集成管控，形成一套完整的件箱柔性处理及存储系统，从而实现对多品规大流量件箱的全流程柔性高效处理。

图1 大流量多品规件箱柔性处理系统构成示意图

1. 件箱合分流系统

件箱合分流系统的构成如图2所示。件箱合分流系统由直通输送线、件箱斜角合流输送线及滑靴分拣机共同组成。该系统上联伸缩链板/皮带机，实现件箱的卸货输送，下联码垛机器人或人工码垛站台，实现件箱机器人或人工码垛。

图2 件箱合分流系统的构成示意图

该系统中有多个件箱卸货入库口，每个入库口通过一条直通输送线对应相应的码垛机器人。当送货车辆到达后，根据同时入库作业车辆的数量，在满足直通输送线口下游机器人的有效码垛能力后，将多余的件箱通过斜角合流输送机送至滑靴分拣上，控制系统根据计算机调度系统下达的指令进行有效分流至其他空余的机器人进行码垛作业，充分发货单入库口的卸货能力。

系统中的斜角合流系统构成如图3所示。系统在斜角合流前设置件箱缓存位，当主输送线有空位时，斜角合流输送线将件箱合流至主输送线。

图3 斜角合流系统构成示意图

件箱在主输送线上输送，送至滑靴分拣系统。滑靴分拣系统构成如图4所示，经条码识别后，在滑靴分拣的分流口下线至指定的机器人或人工码垛口进行码垛。件箱合分流系统采用直通和环线的输送模式，同一时刻可实现多个品规的在线码垛和人工码垛；入库能力≥5000件/h。

图4 滑靴分拣系统构成示意图

2. 机器人自动码垛/拆垛系统

多品规件箱处理系统中的机器人码垛和拆垛系统采用关节机器人，并配套烟草行业专业的夹具，实现多品规件箱（主要为细支烟、类标烟、标准烟）的自动码垛和拆垛工作。机器人码垛系统构成如图5中所示。每个码垛机器人设置双工位实托盘码垛，设置一个件箱直通输送站台和一个从滑靴分拣机分流下线的输送站台，可实现直通和环线件箱来料的自动码垛。系统还设计有人工码垛口，灵活实现特异型件箱和特殊情况的在线码垛，避免送货车辆的多次停靠，同时可兼顾机器人故障应急处理，提升入库效率。

图5 机器人码垛系统构成示意图

机器人拆垛系统构成如图6中所示。每个拆垛机器人设置双工位实托盘拆垛，设置一个件箱拆垛站台，可实现多品规（主要为细支烟、类标烟、标准烟）件箱的自动拆垛。同时设计人工拆垛口，灵活实现特异型件箱和特殊情况的在线拆垛，同时可兼顾机器人故障应急处理，提升出库效率。

图6 机器人拆垛系统构成示意图

3.倍速链及细标一体多层穿梭车存储系统

机器人拆垛后的件箱送至倍速链及细标一体多层穿梭车存储系统暂存。倍速链及细标一体多层穿梭车存储系统构成如图7所示。根据卷烟配送中心的数据分析，系统采用ABC分类处理的模式：倍速链存储A类大品规卷烟、多层穿梭车存储BC类品规卷烟（含细支烟、中支烟等），这种分类策略能够充分发挥设备效率，有效规避订单及品牌波动带来的影响。同时，多层穿梭车采用四巷道互为备份，提升系统效率和可靠性。

图7 倍速链及细标一体多层穿梭车存储系统构成示意图

4. 电控系统

电控系统主要完成整个物流系统中输送设备的控制任务。电控系统向上连接物流上位计算机系统，接收物料的输送指令；向下连接输送设备实现底层输送设备的驱动、物料的检测与识别，完成物料输送的过程控制及信息的传递。横向完成其他单机系统的控制集成。此外还提供内容丰富、形象直观的人机界面、安全保护措施和多种操作模式，辅助工作人员进行设备操作和维护。

系统采用集中管理、分散控制的模式，将传感器、PLC、实时监控调度计算机、网络等诸多技术结合在一起，采用方便灵活的模块化、参数化方法进行设计，既满足总体工艺要求的精确控制又满足管理现代化要求。

系统控制网络采用PROFINET架构。主控制器选用西门子公司最新一代的SIMATIC S7-1500控制器，其通过多方面的革新，以其最高的性价比，在提升客户生产效率，提高客户关键竞争力方面树立了新的标杆，并以其卓越的产品设计理念为实现工厂的可持续性发展提供强有力的保障。

5. 调度控制系统

调度控制系统向上连接物流管理层、向下连接作业执行层（即设备执行层）。调度控制系统分为入库、仓储、出库、补货、分拣五个模块，各功能边界清晰，系统可整合运行也可独立运行。系统可动态感知在途件箱数量，实时调整分流策略。系统根据机器人/人工的闲置情况以及环线上的在途情况，实时调整分流策略，采用直通（一卸货口对一机器人）或环线一对多（一卸货口对应其它闲置机器人）的柔性调度分流策略，均衡每个码垛口的物流量，发挥设备的最大效率，有效提高了出入库及出库补货系统的能力。

系统提供三维调度监控界面、任务监控功能，形象展示设备的运行状况、设备状态、故障信息和物流单位位置等实时物流状态。所提供的物流设备在三维方式下，能提供信息量更丰富的全景监控场景，支持旋转，缩放，漫游，定位；通过3D监控界面，用户还可以实时查看当前已有任务的任务详细信息和执行情况，并且可以对任务进行执行优先级设置和任务状态维护。

三

系统难点及解决方案

烟草商业卷烟配送中心卷烟品规多、件箱外形尺寸多，尤其是对于年销量大于等于20万大箱的一类卷烟配送中心，其件箱的处理量大。针对卷烟配送中心的上述特点，柔性处理系统的设计难点在于大流量多品规件箱的输送、码垛/拆垛、存储工艺方面，本文对此提出了解决方案。

1. 多品规件箱在线自动调整处理方案

卸货车辆从不同的省输送过来，车中有标准烟、细支烟、中支烟、短支烟、特异型烟，经过伸缩链板机/带式输送机输送扫码后，系统针对标准烟、细支烟、中支烟、短支烟、特异型烟的物料情况，自动调整上环线、下环线进入机器人码垛的输送方向，并在输送过程中不断调整烟姿，便于条码扫描和分流的稳定性。

图8 单通道调整处理系统局部示意图（需转向的件箱）

在直通和进入环线的分流口处设计转向装置，对于需要转向输送的细支烟、中支烟、短支烟（如图8），转向装置转向后变为长度方向输送，长度方向输送的件箱在输送线上更为稳定，经过斜角合流装置送入环线，在环线上经过烟姿调整后（如图9），进入滑靴分拣机，输送到系统分配的机器人处进行分流、转向，变为机器人可码垛的方向，完成机器人码垛。对于不需要转向的标准烟和类标烟（如图10），则直接输送或环线输送到各机器人进行码垛。对于机器人无法码垛的特异型烟，不需转向，直接经过环线输送到人工码垛口，完成码垛。

图9 斜角合流后烟姿调整局部示意图

图10 单通道调整处理系统局部示意图（不需要转向的件箱）

2. 多品规自动码垛拆垛方案

多品规件箱柔性处理系统充分利用关节机器人的特点（双工位码垛拆垛、采用特殊设计夹具处理大部分品规的件箱），与环形穿梭车、直行穿梭车相结合，实现多品规（主要为细支烟、类标烟、标准烟）件箱的自动码垛和拆垛。同时设计人工码垛和拆垛口，灵活实现特异型件箱和特殊情况的在线拆码垛，避免送货车辆的多次停靠，同时可兼顾机器人故障应急处理，提升入库出库效率。

3. 高速、占地小的多品规件箱存储方案

根据客户的数据分析，采用ABC分类处理的模式，多层穿梭车和倍速链输送机结合，充分发挥设备效率，有效规避订单及品牌波动；结合A类卷烟的分拣总量和订单特性，设置足够的件箱缓存，有效规避订单及品牌波动；BC类卷烟（含细支烟、中支烟等）采用多层穿梭车货架存储模式，提升存量，四巷道互为备份，提升系统效率和可靠性。

四

业务流程

多品规大流量件箱柔性处理系统实现件箱从收货、存储到备货的全过程，业务流程包含件箱入库、件箱出库、件箱备货。

1. 件箱入库流程

图11 件箱入库物流动线

件箱入库的物流动线如图11所示，包含了件箱输送（直通+环线输送）、机器人码垛、环形穿梭车输送入库等流程。

件箱输送。工人进入车厢内将件箱放置在伸缩链板机上，进行卸车作业。件箱在输送过程中，经自动扫码，扫码合格的件箱通过直通（或环形输送线）送到指定机器人码垛工位或人工码垛工位。

机器人码垛流程。每个机器人设置两个码垛工位，系统根据上位系统的任务对同一品规的件箱进行码垛成整托盘。不适应机器人码垛的件箱，分流输送至人工码垛工位，根据码垛原则进行码垛。件箱堆码所需要的空托盘以空托盘组的形式出库后，通过托盘码分机自动将空托盘组拆成单一托盘后输送至码垛工位供码垛使用。

环形穿梭车输送。码好盘后的整托盘经环形穿梭车输送至指定的巷道堆垛机入库站台，由巷道堆垛机将整托盘送到指定的货位。

2. 件箱出库流程

图12 件箱出库物流动线

件箱出库的物流动线如图12所示。适宜拆垛和输送的件箱，由调度控制系统根据件箱存储系统的实际消耗进行计算，通知托盘立库将所需要的实托盘调出。通过直行穿梭车系统和输送机系统将实托盘送至机器人/人工拆垛站台，机器人/人工将件烟拆垛后放在输送线上。经过分合流输送后进入倍速链/多层穿梭车的件箱存储系统中进行存放，供分拣补货使用；散盘返回库中存储。拆垛后产生的空托盘进入空托盘码分机进行堆码，堆码成组后返回立库存储。

3. 件箱备货流程

图13 件箱备货物流动线

件箱备货的物流动线如图13所示。拆垛后的A类大品规，经自动输送进入倍速链进行密集缓存。B类/C类适宜输送的异型烟经入库往复式提升机进入多穿系统进行缓存。

出库作业时，计算机系统根据分拣系统的补货需求，A类烟直接从倍速链系统自动输送至合流输送线，B类/C类适宜输送的异型烟由多层穿梭车搬运至出库站台，经出库提升机送至一/二层，由件烟输送线输送至合流输送线，与A类烟合流后直接输送至相应的分拣线补货口。

五

件箱处理系统的模式对比

纵观国内的烟草商业卷烟配送中心，件箱入库环节常用模式有直通、环线两种：1.入库都采用一个伸缩皮带/链板对应一个机器人（或人工码垛），对于很多异型件箱，需要剔除后，采用人工码垛的方式，具体布局如图14所示，此类模式常用于二、三类卷烟配送中心；2.入库采用多台伸缩皮带/链板机，通过环线的模式（输送模式或滑靴模式）和下游的机器人配套，对于异型件箱，需要剔除后，采用人工码垛的方式，具体布局如图15所示，此类模式常用于一类大型卷烟配送中心。这两种常用入库模式对应的出库拆垛一般都是机器人拆标准件箱，异型件箱采用人工拆垛的方式，进入备货系统时，多半是将异型件箱直接整托盘送出后，放至分拣口的补货端。

图14 直通模式

图15 环线模式

根据上述模式，经过多方面的研究、探讨，本文设计的一种大流量多品规件箱处理系统，配置了件箱合分流系统、机器人码垛/拆垛系统、倍速链及细标一体多层穿梭车件箱存储系统、电控系统、调度控制系统，实现大流量情况下多品规件箱的柔性处理及存储，有效解决现有技术的不足，具体布局如图16所示。

图16 柔性处理模式

在某个一类卷烟配送中心的技改项目中，设计了三种模式的方案，分别从占地面积、物流动线、能耗、系统效率、自动化程度、系统冗余度等方面进行了对比，具体对比情况参见表1。从表1中可以看出，柔性处理模式与环线模式相比，占地面积上差不多，由于有直通送至机器人码垛，能耗低；物流动线短、系统效率高、自动化程度高、系统冗余度高。柔性处理模式与直通模式相比，由于直通模式的码垛机器人与伸缩链板机一一对应，项目中五个件箱入库对应五个码垛机器人，而柔性处理模式可完成五个件箱入库对应七个码垛机器人。因此，柔性处理模式的占地面积较大、能耗较高，同时系统效率高、自动化程度高、系统冗余度高，可实现柔性调度。

表1 三种模式的对比分析

六

结语

大流量多品规件箱柔性处理系统实现了多品规的柔性处理、自动码垛/人工码垛相结合，倍速链及多层穿梭车存储系统的柔性补货，满足了客户的出入库及补货能力需求。系统自动化水平大幅提升，取得了良好的经济效益和社会效益，显著提升了客户服务水平、自动化和信息化水平。该项目受到社会各界广泛关注，已成为中国烟草的示范项目。同时，该系统的模式将在后续的多个卷烟物流配送项目中得到推广运用，为中国物流自动化的信息化的发展起到了推动作用。

———— 物流技术与应用 ————

编辑、排版：王茜

本文内容源自

欢迎文末分享、点赞、在看！转载请联系后台。

广告宣传

来源：明明科技论