基于数字驱动的卷烟辅料物流系统自动化应用.pdf

124AUTHORITATIVE FORM权威基于数字驱动的卷烟辅料物流系统自动化应用摘要：为提高卷烟生产等轻工领域的辅料物流系统自动化应用水平。在卷烟辅料物流系统自动化维度的功能需求基础上，采用数字技术进行物流系统中“物”的数字表示、“流”的数字建模，分别进行辅料输送、托盘回收、辅料入库、空盘组出入库等功能的数字驱动自动化设计。结合滕州卷烟厂物流信息化建设项目后的应用效果：随机抽取某天24小时系统可自动执行293条搬运任务。数据驱动技术能够可靠保障卷烟生产辅料物流领域的自动化运行和快速维修，同时为其他生产物流领域的自动化设计、运行和快速维修提供参考。关键词：卷烟物流、数学建模、数据驱动、自动化应用文/李坤一、引言随着信息化在各行业广泛的应用，卷烟物流等轻工生产企业正在进行信息化和自动化的深度融合。1-4两化融合的思路为：将行业业务进行信息（数字）化描述，转化成自动化能够识别的数字语言，在数字满足内部逻辑时，触发自动生产。分别通过自动化的功能需求、行业的数学建模、自动化功能的模型驱动和自动化的应用效果等几个方面，将数字驱动技术成功引入卷烟物流等轻工生产领域。二、卷烟辅料物流系统自动化维度的功能需求卷烟辅料物流自动化系统能够根据生产实际需求，实现卷烟辅料自动输送、机台辅料托盘自动回收、辅料自动入库、空盘组自动出入库等功能。5-81.卷烟辅料自动输送根据卷烟生产辅料需求情况，将整托盘辅料（或配盘辅料）通过物流设备从货架自动输送到卷包机台辅料定点放置区。2.机台辅料托盘自动回收卷包机生产过程，机台辅料定点放置区剩余空托盘通过物流设备，自动输送到码盘机。3.辅料自动入库某类型的卷烟辅料（包含卷烟纸、接装纸、小盒、条盒、内衬纸、大透明纸、小透明纸、封签、拉线、胶等）依据生产计划和库存信息，实现单一辅料整托盘或不同辅料配盘自动精准入库。4.空盘组自动出入库码盘结束后形成规定空托盘数量的托盘组，自动输送到立库货架上。在辅料配盘前将货架上的空盘组自动输送到分盘机上，根据生产需要将立库货架中的空托盘组抽取出来。三、卷烟辅料物流系统数学建模卷烟辅料物流系统运行过程中，前台业务用便于用户识别的描述语言展现，但物流系统后台逻辑将描述语言转变成数字，最终在数字驱动下自动化运行。物流系统自动化运行维度的数字架构模型（为了方便理解用十进制数建模，自动化运行过程中转化为二进制数）主要包括：物流中“物”的数字转化、物流中“流”的过程数学建模。1.物流中“物”的数字转化为方便实现自动化运行维度的使用，根据不同属性，分别进行物流中“物”数字转化。1252023/物流技术与应用（1）运输“物”的相关属性在数学模型中用集合 X 表示卷烟产品数字编号X1；卷烟辅料类型的数字编号X2；某类型卷烟辅料配盘数量的数字编号X3（如图1所示：高速接嘴胶改进型配盘为64盘）；卷烟辅料配盘托盘身份识别数字编号X4（与贴在托盘的条形码一致）；托盘类型数字编号X5（空托盘数字编号10，空托盘组数字编号20，辅料实托盘数字编号30）；空托盘数量编码X6。（2）运输“位置”的相关属性在数学模型中用集合 Y 表示机台辅料定点放置区位置数字编号Y1（如图1所示：1#公共站台位置编码为5001）；每个物流设备位置编号Y2（如图2所示）；物流立库货位位置数字编号Y3（含行号、列号、层号）。（3）设备“状态”的相关属性在数学模型中用集合 Z 表示网络通信状态数字编号Z1（通信正常为数字编码1，通信中断为数字编码0）；机台辅料定点放置区状态数字编号Z2（如图1所示：空闲状态数字编号0，载货状态数字编号1，移出分配状态数字编号2，移入分配状态数字编号3）；设备允许状态数字编码Z4（允许yes状态数字编码1，不允许no状态数字编码0）；每个物流设备传感器触发数字编号Z5（触发为数字编码1，未触发数字编码0）；货位态数字编号Z6（货位空闲数字编号0，货位载货数字编号1，货位移出分配状态数字编号2，货位移入分配状态数字编号3）。2.物流中“流”的过程数学建模（1）定义域集合 V物流中“流”的形成需要“物”满足特定条件（模型中为集合V）才能够实现的。在数学模型中（如图3所示）：当集合V是集合X、集合Y、集合Z的交集时，能够产生“流”的“搬运任务编号”。（2）值域集合 W辅料流转过程形成“搬运任务编号”，在数学模型中用集合W表示，任务执行过程中封装的相关属性包括：卷烟辅料配盘托盘身份识别数字编号X4，托盘类型数字编号X5，输送源地址（Y1或Y3）和目标地址（Y3或Y1)，输送过程地址Y2。（3）方法集合 F包含任务号生成方法集合f1（由定义域V到值域W生成的方法集），任务执行的方法集合f2（值域W执行过程方法集）。图1 机台辅料定点放置区位置与状态数字表示图2 物流设备位置和编号图3“流”定义域模型图126AUTHORITATIVE FORM权威四、数字驱动自动化设计根据卷烟辅料物流系统自动化维度的功能需求将“流”的集合W细分为：W1卷烟辅料自动输送任务编号，W2机台辅料托盘自动回收任务编号，W3辅料自动入库任务编号，W4空盘组自动出入库任务编号。1.数字驱动的辅料输送自动化设计辅料自动输送过程中（如图4所示），任务生成方法集f1描述为：操作人员在Y1中提出要料申请，同时满足五个条件：即Z1=1、正确配置X1、正确配置X2、Z2=0、物料立库中X31。可以产生W1。辅料自动输送过程中，任务生成方法集f2描述为：首先Z4=1，同时路径Y2设备中依次被触发Z5=1，将放置在Y3的辅料通过Y2（堆垛机、输送机、穿梭车、输送机、AGV小车），输送至Y1。2.数字驱动的辅料托盘回收自动化设计辅料托盘自动回收输送过程中（如图5所示），任务生成方法集f1描述为：操作人员在Y1提出空盘回收申请，同时满足四个条件：Z=1、正确配置X1、正确配置X2、Z2=1。可以产生W2。辅料托盘自动回收输送过程中，任务生成方法集f2描述为：在Z4=1条件下，将放置在Y1的辅料托盘，依次通过触发Y2（AGV小车、输送机）中的Z5=1完成自动输送，到达码盘机。3.数字驱动的辅料入库自动化设计辅料托盘自动入库输送过程中（如图6所示），任务生成方法集f1描述为：在Y2自动申请入库，同时满足四个条件：Z=1、正确配置X2、Z5=1、Z6=0。可以产生即W3。辅料托盘自动入库输送过程中，任务生成方法集f2描述为：在Z4=1条件下，将放置在Y2为输送机的辅料托盘，通过Y2（输送机、穿梭车、输送机、堆垛机）中依次触发Z5=1，自动输送到货架。4.数字驱动的空盘组出入库自动设计（1）空盘组自动入库空托盘组自动入库输送过程中，任务生成方法集f1描述为：码盘机Y2同时满足三个条件：Z=1、空托盘数量为8、Z6=0。可以产生空盘组自动入库W4。空托盘组自动入库输送过程中，任务生成方法集f2描述为：在Z4=1条件下，将放置在Y2为码分机的空托盘组，通过Y2（输送机、穿梭车、输送机、堆垛机）中依次触发Z5=1，自动输送到货架。（2）空盘组自动出库空托盘组自动出库输送过程中，图4 数字驱动的辅料自动输送流程图图5 数字驱动的辅料托盘自动回收送流程图1272023/物流技术与应用图6 辅料托盘自动入库输送流程图任务生成方法集f1描述为：分盘机Y2同时满足三个条件：Z=1、空托盘数量为0、货架空托盘组X30。可以产生空盘组自动出库W4。空托盘组自动出库输送过程中，任务生成方法集f2描述为：在Z4=1条件下，将放置在货架Y3的空托盘组通过Y2（堆垛机、输送机、穿梭车、输送机），输送至分盘机。（3）空盘组抽检出库空托盘组抽检出库，任务生成方法集f1描述为：抽检站台输送机Y2同时满足三个条件：Z=1、抽检站台Z5=0、立库货架空托盘组X30。可以产生空托盘组自动抽检出库W4。空托盘组抽检出库输送过程中，任务生成方法集f2描述为：在Z4=1条件下，将放置在物流立库货架（即Y3）的空托盘组通过Y2（堆垛机、输送机、穿梭车），输送至抽检站台。五、数字驱动技术在卷烟辅料物流系统的应用结合滕州卷烟厂物流信息化建设项目，将数据驱动自动化设计应用到卷烟辅料物流系统，实现自动化运行和快速维修。1.数字驱动技术在自动化运行的应用通过滕州卷烟厂物流自动化应用，物流自动化系统可靠实现托盘辅料自动出入库，托盘自动出入库等功能（如图2所示）。9（1）卷烟辅料自动输送应用当机台辅料定点放置区满足数字驱动辅料自动输送触发条件，生成搬运任务。任务执行过程为：堆垛机（编号301或302）将辅料托盘放置在输送机（编号101或107）上，最终运输到输送机（编号204或202）上，通过AGV小车运输到机台，任务执行结束。（2）机台辅料托盘自动回收应用当机台辅料定点放置区满足数字驱动的辅料托盘自动回收触发条件，生成搬运任务。任务执行过程为：AGV小车将辅料托盘运送至输送机（编号211），经输送至码盘机（编号207），任务执行结束。（3）整托盘辅料自动入库输送应用人工将入库辅料放置在输送机（编号为128）上，自动输送至输送机（编号为123），当输送机（编号为123）满足数字驱动的辅料入库触发条件，生成入库任务，同时在输送机（编号为123）将托盘条码和任务号绑定。任务执行过程为：输送机（编号为123）将辅料托盘输送至输送机（编号为103或110），由堆垛机（编号301或302）输送至货架，任务执行结束。（4）配盘辅料自动入库输送应用分盘机（编号141）将空托盘组分成单托盘，输送到输送机（编号145或149或153或157或161），经人工配盘完成后，输送至输送机（编号143或147或151或155或159），当输送机（编号143或147或151或155或159）满足数字驱动的辅料入库触发条件，生成入库任务，同时在输送机（编号143或147或151或155或159）将托盘条码和任务号绑定。任务执行过程为：输送机（编号143或147或151或155或159）将辅料托盘输送至输送机（编号为103或110），由堆垛机（编号301或302）输送至货架。（5）空盘组自动入库当码盘机（编号为207）满足数字驱动的空盘组入库自动输送触发条件，生成搬运任务。任务执行过程为：码盘机（编号为207）将辅料托盘输送至输送机（编号为103或110），由堆垛机（编号301或302）输送至货架，任务执行结束。128AUTHORITATIVE FORM权威（6）空盘组自动出库当分盘机（编号141）满足数字驱动的空盘组出库自动输送触发条件，生成搬运任务。任务执行过程为：堆垛机（编号301或302）将辅料托盘放置在输送机（编号101或107）上，最终运输到分盘机（编号141），任务执行结束。（7）应用效果在辅料物流系统中，查看某天24小时的任务执行情况（如图7所示），系统可完成自动化输送任务293条，其中功能需求中提到的卷烟辅料自动输送（搬运类型为：机组呼叫）、机台辅料托盘自动回收（搬运类型为：空托盘返库）、辅料自动入库、空盘组出入库（搬运类型为：空托盘组自动入库）等均能有效实现。2.数字驱动技术在自动化系统维修的应用物流系统自动化运行时，能够为生产带来便利；当系统出现故障，无法在系统中快速找出故障原因是制约物流系统运行的瓶颈，严重时会影响整个生产过程。根据数字驱动自动化模型中，任务号生成方法集合f1和任务执行的方法集合f2，能够快速分析出故障原因，保障系统迅速恢复自动运行。（1）任务号无法生成的故障排除在数字驱动自动化设计中（如图4图6所示，分别描述卷烟辅料自动输送，机台辅料托盘自动回收，辅料自动入库，空盘组自动出入库等过程的数字驱动条件。当任务号生成方法集合f1无法生成时，分别检查和配置物流系统中相应“物”的数字条件，使其快速生成物流系统中相应“流”的任务号。（2）任务无法自动执行的故障排除在数字驱动自动化设计中（如图4图6所示），描述了任务自动执行的共性条件：设备为允许状态，设备传感器为依次触发状态。当任务执行的方法集合f2无法自动运行时，通过物流系统各设备间网络、控制模式、设备机电部件等进行排查和维修，使其快速实现物流系统中相应“流”任务的自动执行。（作者单位为山东中烟工业有限公司滕州卷烟厂）参考文献:1郝跃,陈凯华,康瑾.数字技术赋能国家治理现代化建设J.中国科学院院刊,2022,37(12):1675-1685.2徐浩然,徐科军,刘文.科氏质量流量计中全数字驱动技术J.计量学报,2020,41(11):1370-1379.3张巍,田霏,郭墨.数字驱动下优质高效智能新型纳税服务体系的构建J.税务研究,2022(09):79-83.4季渊,张凯文,陈文.数字驱动型OLED的动态假轮廓量化及改善策略J.光子学报,2021,50(09):215-222.5段青娜,李洪春,张长征.卷烟辅料智能化配盘系统的规划与设计J.烟草科技,2018,51(08):100-104+108.6陈雷,刘捷.柔性化生产趋势下卷烟辅料智能配盘研究J.物流技术,2018,37(10):105-109.7姜华.卷烟辅料库自动导引车(AGV)系统改进J.物流技术,2017,36(09):150-153.8王毓敏,郭妙贞.单件批次管理在卷烟辅料配送过程中的应用J.制造业自动化,2013,35(23):120-124.9方鑫,卢文彪,赵忠清.叶片式雪茄烟自动入盒生产线的设计J.包装与食品机械,2022(06):95-99.六、结论根据辅料物流系统自动化维度的功能需求，采用数字技术进行物流系统中“物”的数字表示、“流”的数字建模，将“物流”相关术语转化成自动化能够识别的数字语言。通过辅料自动输送，机台辅料托盘自动回收，辅料自动入库，空盘组自动出入库等业务的自动化设计，描述“流”自动化运行逻辑。通过自动化运行和维修维度的应用分析，将数据驱动技术成功应用到卷烟辅料物流自动化领域，同时数据驱动技术为其他生产物流领域的自动化建设和应用提供参考。图7 辅料物流系统任务执行图