卷煙制絲生產(chǎn)的柔性制造初探_先進(jìn)制造技術(shù)_柔性制造_141

1、卷煙制絲生產(chǎn)的柔性制造初探_先進(jìn)制造技術(shù)_柔性制造    隨著國家煙草專賣局組織的“按客戶訂單組織貨源”試點工作的逐步推廣，煙草工業(yè)企業(yè)的制造工藝、生產(chǎn)管理等環(huán)節(jié)日益面臨著市場導(dǎo)向的挑戰(zhàn)?！鞍纯蛻粲唵谓M織貨源”是指煙草工業(yè)企業(yè)按照商業(yè)企業(yè)反映的零售客戶的實際需求來組織生產(chǎn)，實現(xiàn)按需定制，柔性化生產(chǎn)。這就必然要求煙草工業(yè)企業(yè)要努力提高生產(chǎn)組織的快速響應(yīng)能力，即提高生產(chǎn)組織的柔性化生產(chǎn)程度，而其最根本的就是要解決制造工藝的柔性化問題。    1.1 傳統(tǒng)制絲線    傳統(tǒng)制絲生產(chǎn)線一般根據(jù)各個工序段所承擔(dān)的工

2、藝任務(wù)不同，將制絲過程分為幾個工段，這些工段的銜接通過貯柜連接起來，形成制絲生產(chǎn)的有機整體。卷煙廠制絲生產(chǎn)線一般分為煙葉預(yù)處理、白肋煙處理、制葉絲、煙梗預(yù)處理、制梗絲、摻配加香、貯絲、CO2膨脹絲、再造煙葉、糖香料配料等工段。這種生產(chǎn)線是典型的流水線作業(yè)，一條生產(chǎn)線由多臺工藝裝備組成，每臺裝備完成固定專一的工序，適合固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。由于一條生產(chǎn)線一般只能同時生產(chǎn)一種固定的煙草制絲產(chǎn)品，改變比較困難，因此將其劃分為剛性生產(chǎn)線。    隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，剛性生產(chǎn)線給卷煙新產(chǎn)品的開發(fā)、制絲工藝的技術(shù)完善等帶來了很多限制，卷煙企業(yè)在生產(chǎn)線工藝布局中更多地采用串

3、聯(lián)、并聯(lián)、繞過、返回等方式組成工段，進(jìn)而相互銜接形成產(chǎn)品加工能力，盡可能地實現(xiàn)一定程度的柔性化生產(chǎn)。    1.2 半柔性制絲線(分組加工技術(shù))    目前國內(nèi)大多數(shù)卷煙企業(yè)的制絲工藝技術(shù)已經(jīng)具備了初步的柔性化生產(chǎn)能力。例如，制絲線整體布局采用雙線、多線并聯(lián);多次加料;煙片輸送時可以任意選柜進(jìn)料、任意選柜出料;自動化煙葉配方倉庫、成品煙絲立體倉庫;連續(xù)式在線真空回潮機組;分布式智能控制系統(tǒng)等，尤其是分組加工特色工藝技術(shù)，對配方中不同產(chǎn)地、不同等級的煙葉根據(jù)感官質(zhì)量和理化特性重新分組，選擇不同的關(guān)鍵加工設(shè)備(如加料機、烘絲機)，并制定相

4、應(yīng)的工藝參數(shù)指標(biāo)分別進(jìn)行處理。相比傳統(tǒng)的剛性制絲生產(chǎn)線，分組加工技術(shù)極大地拓展了原料使用范圍，對不同分組的煙葉進(jìn)行不同的加料、烘絲等處理工藝，實現(xiàn)了一定的精細(xì)化加工，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提升。    但目前的分組加工技術(shù)受煙葉原料的成分多樣性、加工設(shè)備的可調(diào)整性、產(chǎn)品均質(zhì)化的穩(wěn)定性等因素的制約，并未達(dá)到理想的柔性化生產(chǎn)目標(biāo)，尤其是固有設(shè)備工藝的剛性給多批量、多品種的生產(chǎn)調(diào)度帶來了較大麻煩，使得制絲線不得不增加大量的貯柜來協(xié)調(diào)批次生產(chǎn)的連續(xù)性，同時又帶來其他諸如設(shè)備利用率、占地面積等問題。因此，從柔性制造的角度分析，當(dāng)前應(yīng)用的分組加工技術(shù)可劃分為半柔性制絲線。 

5、;   1.3 柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)    柔性制絲 工藝基礎(chǔ)是分組加工技術(shù)，同樣是將煙葉按照不同的加工特性進(jìn)行分組并確定工藝過程，選擇相應(yīng)的加工設(shè)備和工藝參數(shù)以及物料儲運系統(tǒng)等，并由計算機進(jìn)行控制，因此能夠自動調(diào)整并實現(xiàn)要求范圍內(nèi)多種物料的成批高效生產(chǎn)(即具有柔性)，并能及時地改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以滿足市場需求。與分組加工技術(shù)(半柔性制絲線)最大的區(qū)別在于，柔性制絲線將高效的全自動物流系統(tǒng)集成到制絲過程中，并把制絲處理工序單元化和模塊化，在各加工單元之間采用柔性物流傳送技術(shù)進(jìn)行銜接，在儲存環(huán)節(jié)則利用物流立體式倉庫代替占地面積龐大的貯柜組進(jìn)行物料存儲和信息

6、的跟蹤、傳遞。    柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)(也稱為制絲一柔性制造系統(tǒng)，ZS-FMS)一般由3個子系統(tǒng)組成(圖1):加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng)，從而構(gòu)成了一個制造系統(tǒng)的加工流(通過制造工藝改變物料的物理性狀和化學(xué)特性)、物料流(主要指原料流、輔料流、托盤和容器流)和信息流(制造過程的信息和數(shù)據(jù)處理)。    1.3.1 加工系統(tǒng)    加工系統(tǒng)是完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng)。對不同品質(zhì)的煙葉可按任意順序進(jìn)行分組，并選擇相應(yīng)的加工單元、合理的加工參數(shù)進(jìn)行加工以滿足工藝要求，同時還具有工藝質(zhì)量和在制品理化指標(biāo)

7、檢測的功能。加工系統(tǒng)分為煙葉處理設(shè)備和煙梗處理設(shè)備，主要由原料開包、原料松散回潮、煙葉加溫加濕處理、加料處理、切絲、膨化與烘絲等加工單元(還包括自動清洗、在線檢測等輔助與檢測單元)構(gòu)成。該系統(tǒng)中的加工單元和檢測單元等與其他兩個子系統(tǒng)都具有相連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。    加工系統(tǒng)中的加工單元，是指以單臺加工設(shè)備為基礎(chǔ)的完成一定的煙葉加工工藝的單元模塊，既可以是一臺單獨的設(shè)備(如加料機、切絲機等)，也可以是完成一定功能的設(shè)備組合(如喂料機十計量管+電子秤)。單個的加工單元可作為一套固定的加工設(shè)備，由相關(guān)的控制模塊進(jìn)行控制。多個相同工序的加工單元可并行設(shè)置，完成相同的加工工藝

8、過程。不同工序間通過物流系統(tǒng)連接，柔性地在加工單元間傳送物料。    1.3.2 物流系統(tǒng)    物流系統(tǒng) 緊密地鑲嵌在ZS-FMS(制絲一柔性制造系統(tǒng))中，是從各個加工單元的出口到下一道工序加工單元的進(jìn)口，實現(xiàn)對這些物料的自動識別、存儲、分配、輸送、交換和管理功能的系統(tǒng)。在ZS-FMS中流動的物料主要有煙葉、煙梗、葉絲、梗絲、容器、其他填充料及糖香料(還包括水、氣、汽)等。相比傳統(tǒng)的制絲線，ZS-FMS中的物流系統(tǒng)具有多點到多點輸送的優(yōu)勢，可根據(jù)工藝需求，任意選擇相應(yīng)的加工單元，以滿足生產(chǎn)中有選擇、可調(diào)整、個性化的加工工藝要求。&#

9、160;   圖1 柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    1.3.3 控制與管理系統(tǒng)    控制與管理系統(tǒng)完成對加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動控制和整體協(xié)調(diào)、在線數(shù)據(jù)自動采集和處理、運行仿真和故障自動診斷等功能。    ZS- FM S 的控制與管理系統(tǒng)實現(xiàn)了ZS-FMS加工過程、物料流動過程的控制、協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)測和管理的信息流系統(tǒng)。由計算機、工業(yè)控制機、可編程序控制器、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的控制與管理軟件等組成，是各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系紐帶。    2 柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)

10、的應(yīng)用    2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    如圖2所示，加工系統(tǒng)中的加工單元之間的連接不再像傳統(tǒng)生產(chǎn)線一樣采用剛性連接加工設(shè)備，而是利用柔性物流傳送技術(shù)將物料輸送至加工設(shè)備。當(dāng)然，某些固有的工藝段仍然可在設(shè)備間采用剛性連接，此時可將該工藝段視為一個加工單元，并賦予其相關(guān)控制參數(shù)。與傳統(tǒng)的剛性制絲線或分組加工的半柔性制絲線相比，ZS-FMS在同一個加工工序中擁有多個不同的加工單元，這些加工單元既可以通過調(diào)整參數(shù)加工不同的煙葉，也能夠有針對性地同時加工不同個性化的煙葉。還可通過同工序段各加工單元具有不同加工能力的合理設(shè)置，在大批量生產(chǎn)和小批量精

11、品加工同時生產(chǎn)之間找到高效、合理的平衡點。    圖2 柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意    2.2 系統(tǒng)功能    各加工單元之間通過物流柔性連接，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)形成有機的結(jié)合，而控制與管理系統(tǒng)則通過與這兩個子系統(tǒng)的信息交流對整個ZSFMS進(jìn)行控制和管理，主要實現(xiàn)以下功能:    (1) 數(shù)據(jù)分配。向ZS-FMS內(nèi)的各設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)、加工工藝流程、工時標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)調(diào)度計劃、數(shù)控加工程序、設(shè)備控制程序、工件檢驗程序等。    (2) 控制與協(xié)調(diào)?？?/p>

12、制系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運行并協(xié)調(diào)它們之間的各種活動，使物料分配與輸送能及時滿足加工設(shè)備的需求。    (3) 決策與優(yōu)化。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和系統(tǒng)內(nèi)的資源狀況，決策生產(chǎn)方案，優(yōu)化資源分配，使各設(shè)備達(dá)到最佳使用狀態(tài)，保證任務(wù)按時、按質(zhì)完成，以最少的投人獲得最大的利潤。    (4) 操作支持功能。通過系統(tǒng)的人機交互界面，對系統(tǒng)進(jìn)行操作、監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)輸人，在系統(tǒng)發(fā)生故障時通過人工介人實現(xiàn)再啟動和繼續(xù)運行。    通過ZS -FMS中三個子系統(tǒng)的有機結(jié)合，未來的制絲線 或者應(yīng)稱為“制絲系統(tǒng)”在生產(chǎn)中具備了廣泛的柔性:分

13、組加工更加靈活;煙葉加工更加精細(xì)化、數(shù)字化;生產(chǎn)中的過程控制由工藝段、整線控制轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸卧?、工序模塊的控制;設(shè)備故障的查找、排除更加迅速高效;信息流的跟蹤、處理更加有序、準(zhǔn)確。    生產(chǎn)能力的柔性，可根據(jù)需要合理設(shè)置大、中、小不同能力的加工單元，以進(jìn)行不同流量的物料加工。在一些精品產(chǎn)品或試驗性質(zhì)的生產(chǎn)中安排小能力加工單元，市場需求大的品牌可安排較大能力的加工單元。通過柔性傳送物流技術(shù)，大批量生產(chǎn)和小流量精品加工可以在ZS-FMS中同時進(jìn)行;在產(chǎn)品新配方的試驗過程中，也能方便地分段、分工序進(jìn)行試驗，大大提高了設(shè)備使用率，縮短了試驗周期，節(jié)約了試驗成本。在 ZS-

14、 FM S中，煙草生產(chǎn)企業(yè)將不再像現(xiàn)在一樣，在一個龐大的車間內(nèi)布置一條或幾條彎來繞去的制絲線，而可以采用功能車間串、并聯(lián)的方式，每個功能車間完成一個或幾個特定的加工工序，通過多個功能車間的串、并聯(lián)完成整個煙草制絲過程(圖3)。這樣，對于生產(chǎn)的管理、人員的分工、責(zé)任的明晰都帶來極大的方便。    當(dāng)新的加工工藝出現(xiàn)時，只需在相應(yīng)的功能車間添加或更換相應(yīng)的加工單元或工序模塊，同時改變相關(guān)控制模塊即可達(dá)到技術(shù)改造的目的，不會再出現(xiàn)傳統(tǒng)制絲線技改時整條制絲線大動干戈、生產(chǎn)停滯的局面。    圖3 ZS-FMS廠房布局示意    3 結(jié)語    重點討論了煙草制絲工藝中多品種、多配方、處理工藝多樣、在成品煙絲中占最大比重的葉片葉絲的柔性制造工藝，對于梗和梗絲、白肋煙、膨脹煙絲等煙草填充物的生產(chǎn)，如