數(shù)字化轉(zhuǎn)型下濾棒成型企業(yè)智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)的探索與思考

數(shù)字化轉(zhuǎn)型下濾棒成型企業(yè)智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)的探索與思考隨著時代進步，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿技術(shù)不斷創(chuàng)新與應(yīng)用，新一代數(shù)字化技術(shù)正在改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式，重塑眾多行業(yè)［1］。在此背景下，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為越來越多企業(yè)提升企業(yè)效益和管理水平的關(guān)鍵手段，"數(shù)字化轉(zhuǎn)型”漸漸成為許多企業(yè)尋求業(yè)務(wù)發(fā)展和運營優(yōu)化的戰(zhàn)略選擇。在卷煙濾棒生產(chǎn)領(lǐng)域，面對不同批量、不同規(guī)格、種類繁多的產(chǎn)品需求，濾棒生產(chǎn)企業(yè)也紛紛開啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路，希望通過在各個層級、各個價值鏈上采用數(shù)字化相關(guān)技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)、高級分析、人工智能、自動化和流程數(shù)字化），實現(xiàn)對傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過程的改善，提升精益化管理水平，以高度敏捷的方式部署人力和生產(chǎn)設(shè)備、倉儲等資源，來滿足各卷煙廠對濾棒快速變化和日益增長的需求［2］。本文結(jié)合湖北中煙卷煙材料廠濾棒生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，按照國家煙草局對行業(yè)物流提出的“打造綠色循環(huán)、精益高效、協(xié)調(diào)共享的煙草供應(yīng)鏈物流系統(tǒng)”發(fā)展要求，在利用自動化物流改造、提升生產(chǎn)物流智能化、精益化管理水平等方面進行了積極的探索和思考。一、濾棒成型企業(yè)物流現(xiàn)狀及問題.生產(chǎn)配套物資以人工搬運為主，人工勞動強度大，信息跟蹤鏈路不完整濾棒成型企業(yè)的生產(chǎn)具有鮮明的離散型制造的特點，每臺成型機組獨立生產(chǎn)，具備成型工序的自動化控制，但配套的空盒折疊及供給、實盒裝載檢測、實盒下線和實盒碼垛等作業(yè)需由人工完成，每臺機組需配置2?3名工人，整體自動化程度不高，三.結(jié)束語基于對物流系統(tǒng)總體布局、流程優(yōu)化、設(shè)備創(chuàng)新研究和信息集成多方面探索思考，通過開展設(shè)備集成、控制集成及軟件集成構(gòu)建全新的物流系統(tǒng)，與工藝設(shè)備無縫銜接，實現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備自動化向全面生產(chǎn)的自動化、信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變。利用成型機工單數(shù)據(jù)，拉動配套物資的自動化供給；條碼自動識別技術(shù)的應(yīng)用，增強了生產(chǎn)及物流過程數(shù)據(jù)的采集和加工能力，最終實現(xiàn)濾棒從原材料準備、生產(chǎn)加工到成品發(fā)貨的全流程信息跟蹤與管控，顯著提升了生產(chǎn)物流智能化、精益化的管理水平。人工勞動強度大，物料信息采集的時效性、準確性不高，所采集到的數(shù)據(jù)顆粒度大,造成全流程信息跟蹤鏈路不完整。.現(xiàn)場人工交叉作業(yè)，安全管理成本高濾棒生產(chǎn)過程由多個環(huán)節(jié)組成，生產(chǎn)現(xiàn)場原材料和成品擺放多采用劃定區(qū)域就地堆放，現(xiàn)場無法形成高效的管理，管理成本投入大。生產(chǎn)現(xiàn)場人車交叉作業(yè)，既存在安全風險，又會導(dǎo)致作業(yè)效率低下，進一步提高了管理成本［3］。二、數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)的探索與思考數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心要義，是要將基于工業(yè)技術(shù)專業(yè)分工取得規(guī)模化效率的發(fā)展模式，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛谛畔⒓夹g(shù)賦能作用獲取多樣化效率的發(fā)展模式［4］。需要重點把握四個方面：一是數(shù)字化轉(zhuǎn)型是信息技術(shù)引發(fā)的系統(tǒng)性變革；二是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的根本任務(wù)是價值體系優(yōu)化、創(chuàng)新和重構(gòu)；三是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心路徑是新型能力建設(shè)；四是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動要素是數(shù)據(jù)［5］。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，為提升濾棒生產(chǎn)物流系統(tǒng)的智能化、精益化管理水平，聚焦新型能力建設(shè)及將數(shù)據(jù)作為關(guān)鍵驅(qū)動要素，在濾棒生產(chǎn)物流系統(tǒng)總體布局、流程優(yōu)化、設(shè)備創(chuàng)新研究、信息采集和跟蹤等方面進行了積極探索、思考和實踐［6］。.智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)總體布局構(gòu)建原輔料物流系統(tǒng)、濾棒自動存儲物流系統(tǒng)和成品自動化物流系統(tǒng)，通過自動化及信息的集成，實現(xiàn)原輔料自動入庫、自動出庫供應(yīng)成型機組生產(chǎn)，成型機組生產(chǎn)的濾棒自動輸送、暫存、層碼托盤、套膜包裝后輸送入成品庫存儲，根據(jù)訂單要求精準出庫發(fā)貨，全流程對物料進行自動信息采集和跟蹤。智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)主要功能分區(qū)為：原輔料庫存儲作業(yè)區(qū)、成型機組生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、濾棒自動儲存物流系統(tǒng)、折盒機紙盒生產(chǎn)區(qū)、珠子濾棒檢測作業(yè)區(qū)、成品庫存儲作業(yè)區(qū)，參見圖lo原輔料庫存儲作業(yè)區(qū)：采用立體高架庫存儲模式，用于存儲成型機組生產(chǎn)用的絲束、盤紙、膠水等原輔料，可滿足5天的生產(chǎn)需求。出入庫區(qū)域配置輸送設(shè)備，通過AGV小車實現(xiàn)原輔料的自動駁運。成型機組生產(chǎn)作業(yè)區(qū)：采用坐標機器人結(jié)合支架的形式，使用小型AGV進行濾棒盒自動轉(zhuǎn)運至入庫作業(yè)區(qū)。濾棒自動儲存物流系統(tǒng)采用立體高架庫存儲模式酒己置一軌雙車2臺巷道堆垛機，用于存儲、周轉(zhuǎn)成型機組生產(chǎn)的濾棒。通過前端的生產(chǎn)控制，確保每個貨位入庫的濾棒均為一個批次，有效避免了批次混放問題。折盒機紙盒生廠區(qū)：配置7臺折盒機，采用坐標機器人結(jié)合支架的形式，使用小型AGV將空紙盒運輸至相應(yīng)的成型機組區(qū)域。珠子濾棒檢測間：配置10臺檢測機組，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)出庫端配置高位輸送設(shè)備直通至檢測間，實現(xiàn)珠子濾棒自動出庫送檢。成品庫存儲作業(yè)區(qū)：貨架采用橫梁式結(jié)構(gòu)，配置5臺巷道堆垛機，用于存儲碼垛完成的濾棒，可滿足不同種類濾棒7天的存儲需求。通過合理的布局分區(qū)，實現(xiàn)濾棒從原材料供給到生產(chǎn)加工，再到成品存儲與發(fā)貨全過程的"人和物、人和信息、人和人"之間的"關(guān)聯(lián)”和信息采集，通過對采集的信息進行“加工"，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值"，助力濾棒成型企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)物流智能化、精益化管理。.智能生產(chǎn)物流流程優(yōu)化通過對當前濾棒生產(chǎn)工藝流程的梳理，結(jié)合物流總體布局，對原輔料供應(yīng)、濾棒入庫暫存、成品入庫及發(fā)貨等物流流程進行了優(yōu)化，以滿足不同品種規(guī)格濾棒自動化生產(chǎn)及流通的需求。主要物流流程包括：原輔料入庫流程、原輔料出庫流程、空紙盒上料流程、濾棒入庫流程、濾棒出庫碼垛包裝流程、珠子濾棒出庫檢測流程、成品入庫流程、成品出庫流程，參見圖2~9。.設(shè)備創(chuàng)新研究根據(jù)智能生產(chǎn)物流布局方案，對相關(guān)流程的關(guān)鍵設(shè)備開展了創(chuàng)新研究，以支撐生產(chǎn)及物流的順暢運作，主要包括：(1)裝盒機改造為提升濾棒運輸、存儲效率以及對成型機產(chǎn)出濾棒信息的精確采集，對成型機輸出端的裝盒機進行了改造。通過改造，使裝盒機能根據(jù)機臺工單對輸出的實紙盒自動打碼、異常自動剔除，并將實紙盒平滑地輸送至后端物流設(shè)備。(2)實紙盒成組機器人夾具裝盒機輸出實紙盒后，經(jīng)輸送線輸送，末端采用坐標機器人來將實紙盒碼垛至固定支架上實現(xiàn)成組。針對實紙盒輕、薄、無蓋的特殊特點，機器人夾具要充分考慮紙盒防掉落、防變形、濾棒無散落等要求。針對此特殊應(yīng)用場景，對夾具進行了專項技術(shù)攻關(guān)，采用定制化雙夾具設(shè)計，采取氣缸抱夾的形式，支持單次抓取2盒和單次抓取1盒兩種模式，既能夠滿足單臺機組生產(chǎn)最小尺寸濾棒時的流量需求，又能夠通過自動調(diào)整夾具間距適配不同尺寸的濾棒生產(chǎn)，增加了系統(tǒng)的柔性和靈活性。(3)潛伏式AGV應(yīng)用使用潛伏式AGV實現(xiàn)成組濾棒盒在固定支架至入庫區(qū)的轉(zhuǎn)運。需要搬運濾棒盒時，AGV運行至支架下方，依靠頂升機構(gòu)將成組濾棒盒頂起，并通過特殊定制的夾持機構(gòu)夾緊紙盒，防止運輸過程中紙盒傾倒。潛伏式AGV應(yīng)用(4)托盤碼垛機器人碼垛機器人以關(guān)節(jié)機器人為機體，結(jié)合濾棒盒來料和碼垛方式對夾具進行定制化設(shè)計。夾具采用機械式夾持兜底方式實現(xiàn)對濾棒盒整層抓取、碼垛，整體結(jié)構(gòu)簡單、耐用性高。其中，兜底機構(gòu)采用碳纖維管(或鈦合金板)等高強度材質(zhì)，能夠降低兜底機構(gòu)的厚度，縮小夾具打開時濾棒盒下落距離，可以有效避免濾棒盒下落帶來的垛形變化和跳棒情況。同時，一套夾具既可抓取編組好的濾棒盒，又可以吸取隔紙和隔板，實現(xiàn)一套設(shè)備集成多種功能，降低設(shè)備管理品類。托盤碼垛機器人(5)自動套膜機為有效保護碼垛托盤在運輸過程中不被污染且濾棒盒形態(tài)穩(wěn)定，需對碼垛托盤進行套膜與加護角。套膜加護角省采用套膜與加護角功能集成化設(shè)計，設(shè)備整體占地面積小，工作效率高，X方向、Y方向和Z垂直方向立體協(xié)調(diào)動作，精確定位，提高可靠性。并且在設(shè)備4個角設(shè)置多個護角倉，使用4個獨立的上護角移栽裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠；多個護角倉可以存放同一高度尺寸或不同高度尺寸的護角，通過程序進行靈活組合，可以滿足不同尺寸濾棒紙盒碼垛后垛形高度存在差異的包裝需求，增加系統(tǒng)使用柔性。.信息采集和跟蹤在流程優(yōu)化及對關(guān)鍵設(shè)備開展創(chuàng)新研究的基礎(chǔ)上，全面梳理了生產(chǎn)全流程的信息集成方案。在此重點對成型機生產(chǎn)出濾棒后的信息采集和跟蹤關(guān)鍵流程進行介紹(濾棒入庫和出庫環(huán)節(jié)的信息采集主要在濾棒自動存儲物流系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn))o(1)濾棒信息在主要生產(chǎn)系統(tǒng)間的流轉(zhuǎn)主要交互說明：①MES發(fā)送成型機工單給濾棒自動儲存物流系統(tǒng)；②濾棒自動儲存物流系統(tǒng)發(fā)送成型機產(chǎn)出數(shù)據(jù)給MES或批次管理系統(tǒng)；③MES根據(jù)成型機生產(chǎn)結(jié)果生成入庫計劃，并發(fā)給成品物流系統(tǒng)；④濾棒自動儲存物流系統(tǒng)出入庫后，發(fā)送出入庫數(shù)據(jù)給MES及原輔料、成品物流；⑤濾棒自動儲存物流系統(tǒng)根據(jù)濾棒固化時間要求，對滿足固化時間且質(zhì)檢合格的濾棒自動出庫進行托盤層碼、套膜；⑥濾棒自動儲存物流系統(tǒng)發(fā)送托盤大件碼數(shù)據(jù)給成品物流，成品物流負責成品托盤的入庫、出庫及庫存管理；⑦不進入濾棒自動儲存物流系統(tǒng)的人工碼盤的濾棒，由批次管理系統(tǒng)采集紙盒碼及托盤碼并進行信息綁定，托盤碼及紙盒碼的綁定關(guān)系傳給濾棒自動儲存物流系統(tǒng)；⑧濾棒自動儲存物流系統(tǒng)根據(jù)工單向原輔料物流發(fā)送要料需求，原輔料物流完成領(lǐng)退料后，將機臺消耗數(shù)據(jù)發(fā)送給MESO(2)濾棒入庫環(huán)節(jié)信息采集及跟蹤①在成型機出口，裝盒機根據(jù)機臺生產(chǎn)工單自動完成實紙盒的打碼、貼標;②實紙盒進入輸送線后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)自動采集實紙盒上的條碼信息，并將實紙盒數(shù)據(jù)與機臺工單綁定；③坐標機器人將實紙盒碼放到實紙盒固定支架，并記錄支架號及紙盒條碼信息；④坐標機器人放滿一個實紙盒支架后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)對該支架上的一組紙盒產(chǎn)生一個虛擬托盤與并與之進行綁定；⑤當相鄰的2個支架都綁定虛擬托盤后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)調(diào)度AGV搬運兩組支架上的紙盒至入庫站臺；⑥濾棒自動儲存物流系統(tǒng)調(diào)度堆垛機，將虛擬托盤(實紙盒組)搬運至目標貨位存放；⑦至此，濾棒自動存儲物流系統(tǒng)完成了實紙盒一支架-實紙盒綁定一實紙盒-虛擬托盤一虛擬托盤一貨位的完整信息采集；⑧入庫完成后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)通過接口發(fā)布入庫信息給MES或批次管理系統(tǒng)。(3)出庫層碼信息采集及跟蹤①需要從濾棒自動儲存物流系統(tǒng)出庫進行層碼套膜的實紙盒，由濾棒自動儲存物流系統(tǒng)根據(jù)固化時間及質(zhì)檢結(jié)果自動出庫；②濾棒自動儲存物流系統(tǒng)根據(jù)固化時間，分配出庫貨位，并調(diào)度堆垛機進行實紙盒的出庫；③實紙盒出庫到輸送線上后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)傳送虛擬托盤號及實紙盒批次信息給實紙盒輸送線；④在輸送線上的條碼讀取設(shè)備讀取單個紙盒條碼并將紙盒輸送到層碼紙盒緩存位置,機器人每完成一次碼盤后，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)將托盤信息及實紙盒信息進行綁定；⑤機器人碼滿一托盤后，輸送系統(tǒng)將實托盤送至套膜機進行套膜，濾棒自動儲存物流系統(tǒng)根據(jù)托盤及托盤上的紙盒信息，按照大件碼規(guī)則生成大件碼，并將大件碼信息輸出給貼標機；⑥貼標機打印大件碼標簽并粘貼在套好膜的托盤兩側(cè)；⑦輸送系統(tǒng)將托盤輸送成品物流入庫區(qū)，濾棒存儲物流系統(tǒng)發(fā)布大件碼及小件碼的綁定信息給成品物流，從而實現(xiàn)成品物料及信息與成品物流的交接；⑧后續(xù)由成品物流系統(tǒng)對大件碼進行掃碼并完成成品濾棒托盤的出入庫作業(yè)；⑨至此，濾棒存儲物流系統(tǒng)完成了實紙盒組（虛擬實托盤）出庫一單