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(shí)代進(jìn)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(lái)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(yùn)營(yíng)優(yōu)化的戰(zhàn)略選擇。在卷煙濾棒生產(chǎn)領(lǐng)域，面對(duì)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(kāi)啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路，希望通過(guò)在各個(gè)層級(jí)、各個(gè)價(jià)值鏈上采用數(shù)字化相關(guān)技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)分析、人工智能、自動(dòng)化和流程數(shù)字化），實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過(guò)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(cāng)儲(chǔ)等資源，來(lái)滿足各卷煙廠對(duì)濾棒快速變化和日益增長(zhǎng)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(guó)家煙草局對(duì)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(dòng)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(jìn)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(wèn)題.生產(chǎn)配套物資以人工搬運(yùn)為主，人工勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)，每臺(tái)成型機(jī)組獨(dú)立生產(chǎn)，具備成型工序的自動(dòng)化控制，但配套的空盒折疊及供給、實(shí)盒裝載檢測(cè)、實(shí)盒下線和實(shí)盒碼垛等作業(yè)需由人工完成，每臺(tái)機(jī)組需配置2?3名工人，整體自動(dòng)化程度不高，三.結(jié)束語(yǔ)基于對(duì)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(guò)開(kāi)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(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備自動(dòng)化向全面生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變。利用成型機(jī)工單數(shù)據(jù)，拉動(dòng)配套物資的自動(dòng)化供給；條碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)了生產(chǎn)及物流過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和加工能力，最終實(shí)現(xiàn)濾棒從原材料準(zhǔn)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(dòng)強(qiáng)度大，物料信息采集的時(shí)效性、準(zhǔn)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(chǎng)人工交叉作業(yè)，安全管理成本高濾棒生產(chǎn)過(guò)程由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)原材料和成品擺放多采用劃定區(qū)域就地堆放，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法形成高效的管理，管理成本投入大。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人車交叉作業(yè)，既存在安全風(fēng)險(xiǎn)，又會(huì)導(dǎo)致作業(yè)效率低下，進(jìn)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(diǎn)把握四個(gè)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(jià)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(dòng)要素是數(shù)據(jù)［5］。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)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(dòng)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(jìn)行了積極探索、思考和實(shí)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(dòng)存儲(chǔ)物流系統(tǒng)和成品自動(dòng)化物流系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)化及信息的集成，實(shí)現(xiàn)原輔料自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)出庫(kù)供應(yīng)成型機(jī)組生產(chǎn)，成型機(jī)組生產(chǎn)的濾棒自動(dòng)輸送、暫存、層碼托盤、套膜包裝后輸送入成品庫(kù)存儲(chǔ)，根據(jù)訂單要求精準(zhǔn)出庫(kù)發(fā)貨，全流程對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)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(kù)存儲(chǔ)作業(yè)區(qū)、成型機(jī)組生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)、折盒機(jī)紙盒生產(chǎn)區(qū)、珠子濾棒檢測(cè)作業(yè)區(qū)、成品庫(kù)存儲(chǔ)作業(yè)區(qū)，參見(jiàn)圖lo原輔料庫(kù)存儲(chǔ)作業(yè)區(qū)：采用立體高架庫(kù)存儲(chǔ)模式，用于存儲(chǔ)成型機(jī)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(kù)區(qū)域配置輸送設(shè)備，通過(guò)AGV小車實(shí)現(xiàn)原輔料的自動(dòng)駁運(yùn)。成型機(jī)組生產(chǎn)作業(yè)區(qū)：采用坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)合支架的形式，使用小型AGV進(jìn)行濾棒盒自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至入庫(kù)作業(yè)區(qū)。濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)采用立體高架庫(kù)存儲(chǔ)模式酒己置一軌雙車2臺(tái)巷道堆垛機(jī)，用于存儲(chǔ)、周轉(zhuǎn)成型機(jī)組生產(chǎn)的濾棒。通過(guò)前端的生產(chǎn)控制，確保每個(gè)貨位入庫(kù)的濾棒均為一個(gè)批次，有效避免了批次混放問(wèn)題。折盒機(jī)紙盒生廠區(qū)：配置7臺(tái)折盒機(jī)，采用坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)合支架的形式，使用小型AGV將空紙盒運(yùn)輸至相應(yīng)的成型機(jī)組區(qū)域。珠子濾棒檢測(cè)間：配置10臺(tái)檢測(cè)機(jī)組，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)出庫(kù)端配置高位輸送設(shè)備直通至檢測(cè)間，實(shí)現(xiàn)珠子濾棒自動(dòng)出庫(kù)送檢。成品庫(kù)存儲(chǔ)作業(yè)區(qū)：貨架采用橫梁式結(jié)構(gòu)，配置5臺(tái)巷道堆垛機(jī)，用于存儲(chǔ)碼垛完成的濾棒，可滿足不同種類濾棒7天的存儲(chǔ)需求。通過(guò)合理的布局分區(qū)，實(shí)現(xiàn)濾棒從原材料供給到生產(chǎn)加工，再到成品存儲(chǔ)與發(fā)貨全過(guò)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(guò)對(duì)采集的信息進(jìn)行“加工"，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值"，助力濾棒成型企業(yè)實(shí)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(guò)對(duì)當(dāng)前濾棒生產(chǎn)工藝流程的梳理，結(jié)合物流總體布局，對(duì)原輔料供應(yīng)、濾棒入庫(kù)暫存、成品入庫(kù)及發(fā)貨等物流流程進(jìn)行了優(yōu)化，以滿足不同品種規(guī)格濾棒自動(dòng)化生產(chǎn)及流通的需求。主要物流流程包括：原輔料入庫(kù)流程、原輔料出庫(kù)流程、空紙盒上料流程、濾棒入庫(kù)流程、濾棒出庫(kù)碼垛包裝流程、珠子濾棒出庫(kù)檢測(cè)流程、成品入庫(kù)流程、成品出庫(kù)流程，參見(jiàn)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(duì)相關(guān)流程的關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)展了創(chuàng)新研究，以支撐生產(chǎn)及物流的順暢運(yùn)作，主要包括：(1)裝盒機(jī)改造為提升濾棒運(yùn)輸、存儲(chǔ)效率以及對(duì)成型機(jī)產(chǎn)出濾棒信息的精確采集，對(duì)成型機(jī)輸出端的裝盒機(jī)進(jìn)行了改造。通過(guò)改造，使裝盒機(jī)能根據(jù)機(jī)臺(tái)工單對(duì)輸出的實(shí)紙盒自動(dòng)打碼、異常自動(dòng)剔除，并將實(shí)紙盒平滑地輸送至后端物流設(shè)備。(2)實(shí)紙盒成組機(jī)器人夾具裝盒機(jī)輸出實(shí)紙盒后，經(jīng)輸送線輸送，末端采用坐標(biāo)機(jī)器人來(lái)將實(shí)紙盒碼垛至固定支架上實(shí)現(xiàn)成組。針對(duì)實(shí)紙盒輕、薄、無(wú)蓋的特殊特點(diǎn)，機(jī)器人夾具要充分考慮紙盒防掉落、防變形、濾棒無(wú)散落等要求。針對(duì)此特殊應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)夾具進(jìn)行了專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，采用定制化雙夾具設(shè)計(jì)，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(tái)機(jī)組生產(chǎn)最小尺寸濾棒時(shí)的流量需求，又能夠通過(guò)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)成組濾棒盒在固定支架至入庫(kù)區(qū)的轉(zhuǎn)運(yùn)。需要搬運(yùn)濾棒盒時(shí)，AGV運(yùn)行至支架下方，依靠頂升機(jī)構(gòu)將成組濾棒盒頂起，并通過(guò)特殊定制的夾持機(jī)構(gòu)夾緊紙盒，防止運(yùn)輸過(guò)程中紙盒傾倒。潛伏式AGV應(yīng)用(4)托盤碼垛機(jī)器人碼垛機(jī)器人以關(guān)節(jié)機(jī)器人為機(jī)體，結(jié)合濾棒盒來(lái)料和碼垛方式對(duì)夾具進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。夾具采用機(jī)械式夾持兜底方式實(shí)現(xiàn)對(duì)濾棒盒整層抓取、碼垛，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用性高。其中，兜底機(jī)構(gòu)采用碳纖維管(或鈦合金板)等高強(qiáng)度材質(zhì)，能夠降低兜底機(jī)構(gòu)的厚度，縮小夾具打開(kāi)時(shí)濾棒盒下落距離，可以有效避免濾棒盒下落帶來(lái)的垛形變化和跳棒情況。同時(shí)，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(shí)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(jī)器人(5)自動(dòng)套膜機(jī)為有效保護(hù)碼垛托盤在運(yùn)輸過(guò)程中不被污染且濾棒盒形態(tài)穩(wěn)定，需對(duì)碼垛托盤進(jìn)行套膜與加護(hù)角。套膜加護(hù)角省采用套膜與加護(hù)角功能集成化設(shè)計(jì)，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(dòng)作，精確定位，提高可靠性。并且在設(shè)備4個(gè)角設(shè)置多個(gè)護(hù)角倉(cāng)，使用4個(gè)獨(dú)立的上護(hù)角移栽裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；多個(gè)護(hù)角倉(cāng)可以存放同一高度尺寸或不同高度尺寸的護(hù)角，通過(guò)程序進(jìn)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(duì)關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)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(diǎn)對(duì)成型機(jī)生產(chǎn)出濾棒后的信息采集和跟蹤關(guān)鍵流程進(jìn)行介紹(濾棒入庫(kù)和出庫(kù)環(huán)節(jié)的信息采集主要在濾棒自動(dòng)存儲(chǔ)物流系統(tǒng)內(nèi)實(shí)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(shuō)明：①M(fèi)ES發(fā)送成型機(jī)工單給濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)；②濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)發(fā)送成型機(jī)產(chǎn)出數(shù)據(jù)給MES或批次管理系統(tǒng)；③MES根據(jù)成型機(jī)生產(chǎn)結(jié)果生成入庫(kù)計(jì)劃，并發(fā)給成品物流系統(tǒng)；④濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)出入庫(kù)后，發(fā)送出入庫(kù)數(shù)據(jù)給MES及原輔料、成品物流；⑤濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)根據(jù)濾棒固化時(shí)間要求，對(duì)滿足固化時(shí)間且質(zhì)檢合格的濾棒自動(dòng)出庫(kù)進(jìn)行托盤層碼、套膜；⑥濾棒自動(dòng)儲(chǔ)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(fù)責(zé)成品托盤的入庫(kù)、出庫(kù)及庫(kù)存管理；⑦不進(jìn)入濾棒自動(dòng)儲(chǔ)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(jìn)行信息綁定，托盤碼及紙盒碼的綁定關(guān)系傳給濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)；⑧濾棒自動(dòng)儲(chǔ)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(jī)臺(tái)消耗數(shù)據(jù)發(fā)送給MESO(2)濾棒入庫(kù)環(huán)節(jié)信息采集及跟蹤①在成型機(jī)出口，裝盒機(jī)根據(jù)機(jī)臺(tái)生產(chǎn)工單自動(dòng)完成實(shí)紙盒的打碼、貼標(biāo);②實(shí)紙盒進(jìn)入輸送線后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)自動(dòng)采集實(shí)紙盒上的條碼信息，并將實(shí)紙盒數(shù)據(jù)與機(jī)臺(tái)工單綁定；③坐標(biāo)機(jī)器人將實(shí)紙盒碼放到實(shí)紙盒固定支架，并記錄支架號(hào)及紙盒條碼信息；④坐標(biāo)機(jī)器人放滿一個(gè)實(shí)紙盒支架后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)對(duì)該支架上的一組紙盒產(chǎn)生一個(gè)虛擬托盤與并與之進(jìn)行綁定；⑤當(dāng)相鄰的2個(gè)支架都綁定虛擬托盤后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)調(diào)度AGV搬運(yùn)兩組支架上的紙盒至入庫(kù)站臺(tái)；⑥濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)調(diào)度堆垛機(jī)，將虛擬托盤(實(shí)紙盒組)搬運(yùn)至目標(biāo)貨位存放；⑦至此，濾棒自動(dòng)存儲(chǔ)物流系統(tǒng)完成了實(shí)紙盒一支架-實(shí)紙盒綁定一實(shí)紙盒-虛擬托盤一虛擬托盤一貨位的完整信息采集；⑧入庫(kù)完成后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)通過(guò)接口發(fā)布入庫(kù)信息給MES或批次管理系統(tǒng)。(3)出庫(kù)層碼信息采集及跟蹤①需要從濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)出庫(kù)進(jìn)行層碼套膜的實(shí)紙盒，由濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)根據(jù)固化時(shí)間及質(zhì)檢結(jié)果自動(dòng)出庫(kù)；②濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)根據(jù)固化時(shí)間，分配出庫(kù)貨位，并調(diào)度堆垛機(jī)進(jìn)行實(shí)紙盒的出庫(kù)；③實(shí)紙盒出庫(kù)到輸送線上后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)傳送虛擬托盤號(hào)及實(shí)紙盒批次信息給實(shí)紙盒輸送線；④在輸送線上的條碼讀取設(shè)備讀取單個(gè)紙盒條碼并將紙盒輸送到層碼紙盒緩存位置,機(jī)器人每完成一次碼盤后，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)存物流系統(tǒng)將托盤信息及實(shí)紙盒信息進(jìn)行綁定；⑤機(jī)器人碼滿一托盤后，輸送系統(tǒng)將實(shí)托盤送至套膜機(jī)進(jìn)行套膜，濾棒自動(dòng)儲(chǔ)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(biāo)機(jī)；⑥貼標(biāo)機(jī)打印大件碼標(biāo)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(kù)區(qū)，濾棒存儲(chǔ)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(shí)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(duì)大件碼進(jìn)行掃碼并完成成品濾棒托盤的出入庫(kù)作業(yè)；⑨至此，濾棒存儲(chǔ)物流系統(tǒng)完成了實(shí)紙盒組（虛擬實(shí)托盤）出庫(kù)一單