卷煙自動化分揀系統於2005年3月開始方案設計，2006年5月正式投入生產運行。該系統的研制成功，為煙草公司提高卷煙分揀能力、速度、準確率和時效性，降低物流運營成本，改善工人勞動條件，提高對零售客戶的服務質量，提供了壹個全新有效的自動化技術平臺。該系統在流程性、協調性、技術性等方面表現出來的科學內涵和嚴謹的系統素質，還將有力的帶動和促進煙草公司內部管理水平和人員素質的提高。現將該系統基本情況介紹如下。 北京煙草物流中心建設項目的定位壹是適用；二是先進。系統總體設計既要滿足實際使用需求，又要適應今後業務模式變化和技術發展，同時還要考慮其示範性和展示功能，因此必須把握適用性與先進性的融合和統壹。為了做到這壹點，在設計工作中確定了以下九項原則：
1、實用性：系統設計應首先滿足現行營銷體制下的業務運作需求。
2、經濟性：立足國內技術、國產設備、自行研究解決技術難題。在當前日卷煙銷量不均衡和品種繁多的情況下，科學的確定系統基本設計參數，合理配置系統資源和設備數量。降低建設成本，節省今後系統運行費用。
3、流程合理性：力求分揀工藝流程設計的科學、完整、巧妙、適用，工藝路徑簡潔，物流單程順向流動，避免迂回、逆向物流路徑。
4、適度先進性：要求系統具備高自動化水平，但對次要的、動作復雜、標準化水平較低的、目前暫時無法改變現狀的工藝環節不強求自動化程度。
5、系統柔性：系統要能夠適應不同包裝規格、不同包裝形式的卷煙商品的分揀作業。運行中壹個子系統出問題不能影響其他子系統正常工作；子系統的壹部分出問題不影響其他部分正常工作。
6、可擴展性：系統應具備擴展和調整功能，采用模塊化的結構設計，為將來業務留出擴容接口，方便各個功能模塊的擴充，為整個系統將來隨著業務的發展留下預留空間，避免系統擴充時的重復投資，同時與中心其他系統留有接口。
7、高效原則：研究開發和采用高速、高效分揀技術和設備。
8、可靠性原則：可靠性作為最重要的技術指標之壹。要以各子系統的可靠性、各設備單機的可靠性、保證全系統的可靠性。在設計階段就要引起充分註意。
9、標準化原則：系統全部軟、硬件設計、制造都要求遵循有關國際標準和國標、部標、企標進行，為該系統今後的運營、維修、維護和擴容創造條件。 1、基本工藝參數
分揀品種：210個
分揀額定能力：1100件/小時（含件煙）。
訂單結構：整件分揀/拆零分揀=2/8；運用ABC分類法將拆零部分分為ABC三類：其分揀量比為：A:B:C=7.65:2.2:0.15；其規格比為A:B:C=30:100:80
分揀配送策略：1天電訪、1天分揀、1天配送。訂單貨物送達響應時間60小時。
被分揀商品為非統壹標準包裝。
2、北京煙草物流中心卷煙自動分揀系統工藝流程
針對北京煙草物流中心的土建場地特點和集中分揀到戶的業務作業方式，制定從接收訪銷數據到訂單配送的先進、簡潔、流暢工藝流程。其工藝作業流程圖見下：
3、各環節的工藝功能
（1）數據優化
分揀計算機信息系統自動從WMS下載訪銷數據後，系統自動進行訂單優化、備貨件煙庫優化、補貨優化、分揀優化、裝箱優化、電子標簽優化，優化完成後通過WMS向立庫發出要貨計劃。
（2）備貨件煙庫
備貨件煙庫是立庫和分揀之間的儲水室，它將立庫的盤煙轉化為分揀需要的件煙。備貨件煙庫的主要功能是滿足自動分揀系統的補貨需求，銜接自動分揀系統與倉儲系統，保證貨物的及時獲取和向分揀系統輸送。備貨系統的工藝流程如下：
分揀開始後，當在件煙庫中緩存量低於最小緩存量時，分揀系統根據件煙庫缺貨情況按順序啟動補貨計劃，將補貨指令發送給自動化倉儲系統，根據補貨需求，自動化倉儲系統調出相應托盤到拆盤工位，拆盤後自動輸送到件煙庫入庫口，根據A、B類卷煙分類將件煙入庫緩存。
（3）分揀自動補貨
自動補貨是分揀與件煙庫之間的橋梁，根據分揀系統的分揀計劃和完成情況，自動向分揀機煙倉補貨。根據系統流程，流向自動分揀區的卷煙通過條碼掃描，確定卷煙流向，進入補貨輸送線後分流，進入自動分揀區。卷煙進入自動分揀區補貨線後根據自動分揀線的補貨需求再次分流。從件煙庫補充過來的件煙，信息管理系統通過條碼掃描器讀出該件煙的條碼信息，從而確定該件煙是去向自動分揀區壹(通道分揀處理系統)、自動分揀區二(塔式分揀處理系統)或者自動分揀區三(通道分揀處理系統)，信息管理系統將該件煙的路向信息交給控制系統，由控制系統控制執行機構將該件煙送入對應的補貨輸送線。分揀自動補貨包括通道機自動補貨和塔機自動補貨。
1）II型通道式分揀機補貨
從件煙庫按批次出來的件煙，經過條碼的識別確認後，在開箱工位經過人工開拆件煙兩端後，A類的品牌按批次順序分別輸送到兩臺II型通道式分揀機的預定煙倉口，推煙機構壹次將50條推入煙倉，空箱皮輸送到輸送線的尾端進入空箱回收線。
2）II型塔式分揀機智能小車補貨
從件煙庫按批次出來的件煙，經過條碼的識別確認後，在開箱工位經過人工開拆件箱兩端後，B類的品牌按批次順序分別輸送到兩臺II型塔式分揀機的預定補煙通道口，推煙機構壹次將50條推入補煙通道，補煙通道將50條壹次傳給智能小車，智能小車將煙高速送到煙倉口，由智能小車上的推煙機構自動5次每次10條的推進煙倉，空箱皮輸送到輸送線的尾端進入空箱回收線。下面是分揀機智能補貨小車的工作流程：
當小車PLC得到上位機發送來的補煙信息後，隨即將該信息進行整理並按預定程序通過串口傳送給侍服驅動器，同時也向侍服驅動器發出相關控制信號，小車接收到補貨信息，小車首先以2米/秒的行走速度到達指定的件煙某號儲存倉（定位精度2毫米），然後向件煙儲存倉發出信息，表明小車已作好接煙的準備。件煙儲存倉在得到小車發來的信號後，隨即啟動輸送機構將件煙傳向小車。
接煙機構將已開箱的件煙從儲存倉平穩地接入到小車上，在確認接煙到位後，載煙小車同樣以2米/秒的行走速度到達指定的塔式機的某號倉（定位精度2毫米）。
小車停穩後，件煙步進移動機構和推煙機構進行協調動作並在規定時間內分5次將件煙（50條）推進到該煙倉中。
（4）自動分揀
系統自動對訂單進行分解，通道式分揀機與塔式分揀機協同作業，將相應條煙分揀到各自的傳送帶上，煙條進入裝箱系統的緩存帶上，由裝箱機完成裝箱作業，並將裝箱完成的周轉箱輸送到DPS系統揀選工位，此時系統自動判斷是否需DPS系統參與揀選，如需DPS系統參與揀選，則DPS系統指示燈亮，同時各貨格中的電子標簽顯示揀選數量，人工按指引揀選，完成後確認；如不需DPS系統參與揀選，周轉箱則直接前往分揀出口。將周轉箱裝到托盤上，並備貨到發貨暫存區，分揀完成。
（5）自動裝箱、自動合單
自動裝箱、自動合單負責接收從自動分揀系統（通道分揀機、塔式分揀機）分揀出來的條煙。條煙通過各自的主線皮帶送到本系統的自動裝箱線，由塔式分揀機分出來的條煙從上層進入，由通道機分揀出來的條煙從下層進入，按訂單的先後順序進行自動裝箱。然後判斷該周轉箱箱所對應的訂單是否需要補充C類品牌的煙，如果配送箱需要去C類電子標簽揀選區域補充C類品牌的煙，則系統控制停放器落下且升降機構落下，該配送箱直接進入電子標簽揀選輸送線，完成對C類品牌的煙的補充，並箱過程完成；如果配送箱不需要去C類電子標簽揀選區域補充C類品牌的煙，則周轉箱按信息的指令有序進入緩存線等待與電子標簽合單的周轉箱。 北京煙草物流中心卷煙自動分揀系統設計為四層、九個子系統。四層是：設備執行層、工控層、計算機監控層，計算機管理層。九個子系統包括，訂單優化子系統、自動備貨子系統、自動補貨子系統、自動分揀子系統、自動合單子系統、自動裝箱子系統、自動控制子系統、計算機監控子系統、計算機信息管理子系統。其主要設備功能介紹如下。
1、件煙庫
拆垛後沿輸送線輸送的件煙按件煙條碼的信息能自動到相應的儲存道存儲，能根據條煙分揀的需要，按時、按量、按規格品種品將件煙自動輸送到條煙分揀區。對條碼不能識別的件煙自動剔出並進行人工補碼，然後重新上線。系統設備由堆積式輥柱輸送機、積放式輥柱輸送機、90度彎段輥柱輸送機、升降轉轍機構、停放器、爬坡皮帶機、自滑式流利存儲滑道等設備組成。3層存儲滑道數，每層65道，總計195個道儲存能力。每道儲存28件煙；總計儲存5460件煙處理能力。
2、II型通道分揀機
II型通道分揀機是在通道分揀機的基礎上的改進型，他將通道分離從單純的壹次分離5條改進為可分離1、2、3、4、5條，其目是增大出煙的組合，實現不同訂單對條數的要求，解決對同壹品牌需用不同的設備來處理。50條煙自動補入通道後，先進入儲存段，過儲存段後進入分離段進行前後排的分離，將50條分離成兩段25條方式並進入出煙機構，出煙機構在控制的指令下，步進抽板動作，同時出煙皮帶機轉動，如出1條，步進抽板收縮50毫米，出壹條煙，通理，出多條，步進抽板收縮多步，出多條。根據銷售數據和分揀策略，大品牌A類日均銷售大於100件***30種上II型通道分揀機自動分揀，按每個品牌設置壹個倉，***設置30個倉。兩套自動分揀主線***設置了60個倉位。II型通道分揀機的分揀效率是針對大品牌按條數來計算的，因可分離1、2、3、4、5條，不管定單單品牌卷煙的數量是多少，都能逐條進行分離分揀到單。II型通道分揀機的預存煙倉每倉可存3件，煙倉是以1件為壹次補煙，補煙頻率低，接自動補煙。II型通道分揀機傳輸線線采用同步皮帶輸送機，速度高，訂單虛擬長度大，訂單與訂單的距離可實時分配，處理效率高系統處理能力強，對訂單數的多少和每訂單內量的多少沒有限制。
3、II型塔式分揀機
II型塔式分揀機是在塔式分揀機的基礎上的改進型，他將直立式的煙倉改為側臥式，其目的增大煙倉的容量，減緩補煙的頻率，提高煙倉的利用效率和主線的效率。同時將傳輸線的訂單輸送改為同步跟蹤型，實現訂單時實虛擬分區，使不同的訂單量占用不同長度的虛擬分區，提高了處理效率。
II型塔式分揀機的分揀是將訂單按順序逐單分揀，訂單在傳輸線上按訂單長度占據壹定的虛擬區域。分揀時，條煙從煙倉裏是壹條壹條被釋放出來落在相應的訂單區域裏。其分揀效率由傳輸線的速度、條煙從煙倉裏釋放出來的周期以及訂單出煙優化方式確定。根據銷售數據和分揀策略，B類日均銷售5—100件***95種上II型塔式分揀機自動分揀，按每個品牌設置壹個倉和5個預備倉，***設置100個倉。其中以10個倉為壹個單元，***10個單元。兩套自動分揀主線***設置200個倉位。II型塔式分揀機的預存煙倉每倉可存75條，煙倉是以5條為壹組裝煙，操作時也是每次5條重疊裝放，操作既簡單又方便；因煙倉儲存量大，量大品牌的采用多倉預儲存，預存量更大，上煙操作間隔時間大，補煙頻率低。II型塔式分揀機傳輸線線采用直線式皮帶輸送機，煙倉及條煙分離機構采用單元式排列在主線兩側，收煙裝置采用單元式布置在主線尾端。整個系統布置靈活，適應流程性廣，人機接口方便。
4、智能補貨小車
智能小車能夠根據上位機的指令，在件煙儲存倉和塔式機條煙倉之間快速進行穿梭，並接取件煙將其補到預定的倉位中，該小車具有運行平穩高效低噪，定位精確等特點。智能小車主要用於煙草配送中心自動化處理設備的補煙環節，可將已脫箱且在儲存倉內碼垛整齊的50條香煙連續推進到指定的塔機倉位中，承載的件煙重量為17 kg（1箱），件煙的最大尺寸為360*540*260。
該小車由行走機構、件煙接煙機構、件煙步進移動機構、條煙推進機構（每次推10條）和行走軌道以及電控等幾部分所組成。
5、控制系統
本系統中采用集中管理，分散控制的控制方式，將傳感器、PLC、實時監控調度計算機、網絡、電子揀選等諸多迅速發展的技術結合在壹起，用方便靈活的硬件和軟件模塊進行組合設計，以適應分揀系統特點的工藝控制要求和管理要求，使之成為既滿足工藝要求的精確控制又滿足管理現代化要求的系統。系統的總體目標是：
（1）實現控制系統與信息管理系統的信息交換；
（2）卷煙分揀過程高度自動化；
（3）實現分揀過程與備貨系統高度緊密協調運作；
（4）實現對整個設備運行過程的實時監控；
（5）實現卷煙日處理訂單量≥8000個的分揀控制；
（6）實現按分揀需求自動補貨；
（7）實現當出現非正常停機時，系統保護原有資料；恢復正常時，能接續原狀態繼續運行。
本控制系統具有設備控制的準確性、可靠性、易用性的特點，同時也具有物料和設備的完善信息管理的特點。壹方面，底層設備控制系統可向上位管理監控系統發送現場設備數據、生產數據和物流信息，接受計劃調度信息，另壹方面，上位管理監控系統可向下發布計劃和調度信息，同時采集生產現場的各種數據，進行多種綜合處理。
分揀系統按其功能可劃分為執行層、設備控制層、管理監控層三層，還考慮了與其他信息系統管理層的邏輯關系（如下圖所示）。控制系統屬於整個系統層次體系結構中的壹部分（即PLC控制網）。系統通過對設備電氣元器件的信息采集和自動控制來完成分揀任務。同時通過現場總線網絡，傳遞控制過程的實時信息，通過工業以太網將電控系統與上位管理、調度、監控系統連接起來，壹方面為設備管理層提供現場生產數據和物流信息，另壹方面接受設備管理層向下發布的生產任務和設備調度信息，以完成設備控制層和設備管理層之間的信息的傳遞。 1、實用性強
系統高度與業務處理的統壹，達到系統處理40000條/小時（單線23000條/小時）的效率。並采用用簡潔、經濟、高效、實用的工藝流程設計和設備配置。件煙處理線路和空箱處理線路簡潔流暢。
分揀線試生產作業記錄
日期 最高分揀速度（條/H）準確率（ % ）
系統2號線線 1號北線
2006-5-13 25200 11000 14200 100
2006-5-16 26607 12312 14295 100
2006-5-17 24616 13155 11461 100
2006-5-18 34054 16579 17475 100
2006-5-19 31642 14792 16850 100
2006-5-22 33440 1350 19938 100
2006-5-23 36218 18053 18165 100
2006-5-24 34299 16350 17949 100
2006-5-25 29472 15128 14344 100
2006-5-26 34380 17189 17191 100
2006-5-29 31331 17130 14181 100
2006-5-30 32517 18173 14344 100
2006-5-31 30194 14000 16194 100
2006-6-1 34275 13832 20443 100
2006-6-2 39659 19661 19998 100
2006-6-5 33372 14739 18633 100
統計： 39659 19661 20443 100
2、自動實時補貨
引入了件煙庫在線緩存及實時補貨的應用理念，極大提升了卷煙配送自動化物流的系統化、自動化程度，同時解決了原有件煙庫應用模式中能力、效率低的不足。在補貨過程中，補貨計算機自動測算補貨時間並根據補貨需求產生補貨序列，實時給補貨區下發補貨指令，使整個補貨過程高效而有秩序的進行。
3、引入基於虛擬存儲區的控制技術
采用基於虛擬存儲區的的多單並行配貨控制策略，是專門針對卷煙牌號多，分揀配貨效率要求高的要求而設計和制造的。傳輸線傳輸皮帶以壹定距離分為若幹虛擬存儲區，在控制上每個虛擬存儲區放壹個訂單的卷煙，傳輸皮帶側邊以虛擬存儲區長度為間隔每壹段相應長度有壹個孔，作為大同步信號采集用。每壹個虛擬存儲區被分為等分為10等分，通過十個光電檢測開關實現，每壹個光電檢測開關表示壹個小同步。當前通道將要出煙時，通過控制系統判斷通道對應的虛擬存儲區是否為空，並且判斷當前訂單是否需要該煙倉存儲品牌的香煙；兩個條件均滿足時，出煙機構選定適宜的小同步（保證卷煙準確落入虛擬分區）準備出煙；當對應小同步到達時，出煙機構動作，待卷煙完全脫離煙倉時出煙機構停止動作，準備下壹次出煙。
4、敏捷的智能補貨小車
采用先進的侍服驅動技術，該小車具有運行平穩高效低噪，定位精確等特點。
5、II型通道分揀機分揀的靈活性，不受訂單結構限制
通道分離從單純的壹次分離5條改進為可分離1、2、3、4、5條，其目的是增大出煙的組合，滿足不同訂單對條數的要求。
6、層次分明、分工精細的控制系統
系統控制穩定、可靠、先進；具有完善的手動、自動、在線控制功能、工藝參數設置調節功能和安全保護功能。
7、智能的訂單拆分技術
巧妙的訂單切分，切分訂單的二次合單，保證了分揀訂單的100%準確率。對訂單可以復核校驗，保證訂單的準確性。
本自動分揀系統填補國內分揀系統自動補貨的空白，開發了具有自主知識產權的“虛擬存儲區”控制技術以適應分揀配送系統特點的工藝控制要求和管理要求，使之成為既滿足工藝要求的精確控制又滿足管理現代化要求的系統。采用自動分揀系統，在很大程度上降低人員的勞動強度，節約生產成本，提高工作效率； 對於在煙草行業推廣應用新興的物流技術，降低物流成本、實現配送現代化管理起了推動作用。
參考文獻：
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