柔性化生產(chǎn)趨勢下卷煙輔料智能配盤研究

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴陽卷煙廠，貴州 貴陽 550000）

1 引言

近年來，隨著煙草行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營內(nèi)外部環(huán)境變化，卷煙市場總量趨于穩(wěn)定，消費(fèi)者需求更加個性化、多樣化、訂制化。各卷煙工業(yè)企業(yè)順應(yīng)這種需求，卷煙研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等開始朝多頻次、小批量、柔性化轉(zhuǎn)變。這對于工業(yè)企業(yè)物流工作提出了比較大的挑戰(zhàn)，特別是在原輔料供應(yīng)物流環(huán)節(jié)，由于基礎(chǔ)相對薄弱，主要還是以人工作業(yè)為主，適應(yīng)這種趨勢存在較大的難度。同時，隨著中國制造2025計(jì)劃的整體推進(jìn)，國內(nèi)人工智能快速發(fā)展，AGV機(jī)器人等自動化、智能化技術(shù)開始在各個領(lǐng)域普遍應(yīng)用，產(chǎn)品價格已經(jīng)達(dá)到了替換人工的邊緣地帶，各地政府紛紛出臺“機(jī)器換人”產(chǎn)業(yè)政策。物流領(lǐng)域是“機(jī)器換人”產(chǎn)業(yè)政策的重點(diǎn)受益領(lǐng)域之一，京東、四達(dá)一通、日日順等快遞或物流企業(yè)，普遍開始自動化、智能化技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，但這些企業(yè)并不是簡單地應(yīng)用自動化設(shè)備，而是普遍引入基于自動化技術(shù)的“貨到人”智能揀選模式，取得了非常好的效果。輔料供應(yīng)物流與電商、快遞物流在多品種、小批量、多頻次特點(diǎn)上有很多相似之處，基本這些相似點(diǎn)，貴陽卷煙廠探索將“貨到人”智能揀選模式引入到輔料配盤環(huán)節(jié)，系統(tǒng)研究工業(yè)企業(yè)輔料“貨到人”智能配盤模式構(gòu)建以及管理體系的配套，以期適應(yīng)柔性化生產(chǎn)需求和越來越大的人力成本壓力。

2 卷煙輔料配盤現(xiàn)狀

卷煙輔料是生產(chǎn)卷煙產(chǎn)品中不可缺少的重要組成部分，在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品調(diào)整、減害降焦等多項(xiàng)工作中起著重要的作用，并且直接影響卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。卷煙輔料物流作業(yè)主要分為配盤和配送，輔料配盤主要采用人工作業(yè)，按照卷煙生產(chǎn)工藝和高架庫存儲要求，將不同品種的輔料組垛到同一個托盤上，碼放形式、品種和數(shù)量按照卷煙配盤標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行配盤，是卷煙輔料物流中的核心環(huán)節(jié)。輔料配送主要是按配盤標(biāo)準(zhǔn)配好盤之后，將配好的輔料托盤搬運(yùn)到生產(chǎn)平衡庫暫存，再根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃將卷接包機(jī)臺所需輔料托盤送至生產(chǎn)現(xiàn)場。

目前，大部分工業(yè)企業(yè)普遍采用庫前配盤、高架庫暫存、AGV運(yùn)送到機(jī)臺的輔料物流模式，這種模式后端高架庫暫存和AGV運(yùn)送到機(jī)臺環(huán)節(jié)相對較為成熟。前端庫前配盤和運(yùn)送到高架庫環(huán)節(jié)，主體采用人工和機(jī)械混合作業(yè)模式，在卷煙生產(chǎn)多頻次、小批量、柔性化趨勢下，逐步顯現(xiàn)一些問題：

（1）作業(yè)效率和精準(zhǔn)度不能滿足需求。原來大品牌輔料普遍采用規(guī)?；?、固定化的供給方式，每班按品牌及配盤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輔料配盤，輔料品類、作業(yè)路徑基本固定，作業(yè)效率和精準(zhǔn)度都有所保障。卷煙個性化、多樣化趨勢下，卷煙品規(guī)不斷增多，每班單品牌配盤批量較小，批次增加，配盤品規(guī)和配盤路徑不斷切換，對作業(yè)效率和作業(yè)精準(zhǔn)度影響較大。

（2）作業(yè)場地和安全存在隱患。為避免交叉作業(yè)，原有輔料配盤不同品規(guī)采用物理分離的策略，采用不同場地作業(yè)，但隨著卷煙品規(guī)不斷增多，這種物理分離策略基本失效，沒辦法再大量增加作業(yè)場地，只能在原有場地上進(jìn)行交叉作業(yè)。此時人、叉車、液壓叉車，在同一個工作場景進(jìn)行操作，人與機(jī)械混合作業(yè)，容易出現(xiàn)碰撞，造成人員傷害；作業(yè)需要人員之間相互協(xié)同、配合，容易出現(xiàn)摩擦和口角；由于機(jī)械的操作空間，擠占人員操作空間?？傊?，存在較大的安全隱患。

（3）人員管理較為復(fù)雜。輔料配盤主要依托人工作業(yè)，需要大量人員，以貴陽卷煙廠為例，年產(chǎn)量100萬箱，生產(chǎn)品牌多達(dá)30種，其卷煙輔料配盤需要25名員工。在卷煙個性化、多樣化趨勢下以及人工成本不斷上漲壓力下，輔料配盤人工成本壓力越來越凸顯。同時，輔料配盤人員結(jié)構(gòu)分為卷煙廠自有人員和勞務(wù)外包人員，人員結(jié)構(gòu)上的差異也加大了管理難度。

3 輔料“貨到人”智能配盤模式

“貨到人”揀選系統(tǒng)，就是在物流中心的揀選作業(yè)流程中，由自動化物流系統(tǒng)將貨物搬運(yùn)至固定站點(diǎn)以供揀選，即，貨動，人不動。目前，“貨到人”揀選系統(tǒng)已在快遞分揀領(lǐng)域成熟應(yīng)用，我們將這套體系引入到輔料配盤領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用。

根據(jù)卷煙輔料配盤的特點(diǎn)及“貨到人”揀選系統(tǒng)要求，我們將輔料配盤平面布局規(guī)劃出輔料入庫區(qū)、配盤暫存區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、立庫入庫區(qū)四大區(qū)域，設(shè)計(jì)出存儲、揀選、輸送三大功能，具體如圖1所示：

圖1 “貨到人”智能配盤整體布局圖

3.1 輔料存儲功能

主要依托AGV搬運(yùn)機(jī)器人，將所有輔料品種在配盤區(qū)域建立一個自動化暫存區(qū)，不同品種輔料設(shè)置機(jī)器自動識別儲位；根據(jù)配盤所需輔料，機(jī)器人代替人工進(jìn)行長距離找貨過程，并自動搬運(yùn)到配盤工作臺，完成配盤自動補(bǔ)貨作業(yè)；通過WMS維持暫存區(qū)的輔料庫存平衡，庫存不足時自動從大庫存要料，并通過AGV搬運(yùn)機(jī)器人完成自動入庫作業(yè)，具體流程如圖2所示。

圖2 暫存區(qū)作業(yè)流程圖

3.2 輔料配盤功能

設(shè)立配盤工作臺，AGV機(jī)器人將輔料搬運(yùn)至此區(qū)域；作業(yè)人員在電子看板支撐下，借助RF、稱重、掃描等一系列技術(shù)，完成輔料揀選、電子確認(rèn)等簡單作業(yè)過程。配盤工作臺一般設(shè)計(jì)在暫存區(qū)邊緣位置，并做好與高架庫的銜接，根據(jù)輔料配盤效率要求，確定配盤工作臺數(shù)量，具體流程如圖3所示。

圖3 配盤區(qū)作業(yè)流程圖

3.3 輔料輸送功能

利用AGV搬運(yùn)機(jī)器人建立三大自動輸送系統(tǒng)，一是暫存區(qū)補(bǔ)貨自動入庫系統(tǒng)，暫存區(qū)補(bǔ)貨作業(yè)只需要叉車將大庫輔料搬運(yùn)至?xí)捍鎱^(qū)入庫位，AGV機(jī)器人自動完成后續(xù)入庫作業(yè)，避免叉車與AGV混合作業(yè)。二是配盤區(qū)自動補(bǔ)貨體系，根據(jù)配盤工作臺的物料需求，由AGV機(jī)器人在暫存區(qū)完成初次找貨過程，并自動搬運(yùn)到配盤工作臺；補(bǔ)貨過程中，機(jī)器人RCS系統(tǒng)會對所有輔料貨架進(jìn)行定位并確定相應(yīng)配盤工作臺，同時結(jié)合機(jī)器人及存儲貨架的空閑及遠(yuǎn)近情況，調(diào)度合適的機(jī)器人去輔料貨架。三是立庫自動搬運(yùn)區(qū)，配好盤的輔料放置在配盤區(qū)固定貨架上，通過掃描托盤碼產(chǎn)生入高架庫任務(wù)，機(jī)器人RCS系統(tǒng)收到倉儲管理系統(tǒng)的指令，前往貨架位置，將托盤舉起并送至入高架庫提升機(jī)，提升機(jī)將托盤提升到輸送滾筒線，托盤入高架庫存儲，具體流程如圖4所示。

圖4 配盤區(qū)與高架庫銜接作業(yè)流程圖

4 效益分析

輔料“貨到人”智能配盤模式契合了工業(yè)企業(yè)卷煙個性化、多樣化趨勢，滿足了卷煙柔性化生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)了輔料配盤領(lǐng)域的技術(shù)性革命，作業(yè)效率、作業(yè)精準(zhǔn)度、運(yùn)行成本、作業(yè)人員數(shù)量等都出現(xiàn)了倍數(shù)級的改善，徹底改變了原有輔料配盤作業(yè)勞動強(qiáng)度大、作業(yè)現(xiàn)場亂、安全隱患存的現(xiàn)狀，取得了較好的效果。

4.1 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

傳統(tǒng)的輔料配盤是采用“人找貨”方式，主要依托人工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配盤，大量時間浪費(fèi)在找貨和搬運(yùn)過程，作業(yè)效率有限，同時人工作業(yè)難免出現(xiàn)差錯。而輔料“貨到人”智能配盤模式解決了以上問題，具有以下優(yōu)勢：

（1）配盤效率大幅提升。與傳統(tǒng)人工作業(yè)模式相比，輔料“貨到人”智能配盤模式優(yōu)化了配盤訂單，利用AGV自動化機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了輔料配盤的初期找貨過程，簡化了輸送系統(tǒng)和人工配盤作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)與原有高架庫系統(tǒng)的無縫對接，可將最高配盤效率提升4-6倍，見表1。

表1 配盤效率對比表

（2）作業(yè)精準(zhǔn)度進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)人工配盤模式主要依托工作人員的熟練程度、工作經(jīng)驗(yàn)、工作責(zé)任心等，在配盤過程中隨意性大，作業(yè)精準(zhǔn)度存在一定風(fēng)險。智能配盤模式引入信息系統(tǒng)對配盤前的輔料進(jìn)行管理，系統(tǒng)在接到配盤訂單后會準(zhǔn)確地將配盤任務(wù)下發(fā)給機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)，由機(jī)器人將需要配盤的原輔料托盤送到揀選工作臺，工作人員根據(jù)系統(tǒng)提示的電子看板進(jìn)行揀選、掃碼，確定數(shù)量及種類。揀選正確，系統(tǒng)才會下發(fā)指令讓機(jī)器人將配好的托盤送至高架庫；揀選錯誤，系統(tǒng)會報警直至揀選正確，可以保證接近100%的揀選正確率。系統(tǒng)可以記錄每一個輔料的運(yùn)行軌跡，從而具有對輔料的質(zhì)量追溯功能。

（3）后期運(yùn)行成本大幅降低。原有輔料配盤運(yùn)行成本主要是作業(yè)人員工資，其它設(shè)施設(shè)備較少。與傳統(tǒng)人工配盤相比，智能配盤模式可以實(shí)現(xiàn)配盤工序間的并行作業(yè)，減少等待、尋找、搬運(yùn)的時間，根據(jù)測算可以減少一半左右的工作人員，人工成本降低一半，設(shè)備運(yùn)行成本和電費(fèi)消耗總體上增加不多。經(jīng)過整體測算，預(yù)計(jì)運(yùn)行成本降低約54%。

（4）運(yùn)行安全性大幅提升。智能配盤模式將作業(yè)區(qū)域嚴(yán)格分為輔料入庫區(qū)、配盤暫存區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、立庫入庫區(qū)四大區(qū)域，配盤暫存區(qū)、立庫入庫區(qū)兩個區(qū)域是AGV機(jī)器人的運(yùn)行區(qū)域；輔料入庫區(qū)是叉車與AGV機(jī)器人的銜接區(qū)域，通過入庫暫存位銜接，避免了交叉運(yùn)行；配盤作業(yè)區(qū)是人工主體作業(yè)區(qū)域，AGV機(jī)器人進(jìn)行補(bǔ)貨和立庫入庫銜接，設(shè)置了專門的暫存位銜接，同時AGV機(jī)器人具有防碰撞功能，消除了作業(yè)人員安全隱患。總之，四大區(qū)域的設(shè)置及不同類型設(shè)備、人員的相對獨(dú)立運(yùn)行，有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)中人、叉車混合作業(yè)所帶來的安全隱患，大大提升了作業(yè)安全性。

4.2 其它優(yōu)勢分析

（1）滿足柔性化生產(chǎn)趨勢。輔料“貨到人”智能配盤模式在卷煙品規(guī)批量小、配盤切換頻繁時，更能發(fā)揮它的優(yōu)勢。暫存區(qū)可以存儲所有品牌所需輔料品類，由AGV機(jī)器人根據(jù)品牌及盤型進(jìn)行輔料的初次找貨、搬運(yùn)，送到作業(yè)人員面前，作業(yè)人員效率完全不受品規(guī)數(shù)量眾多、配盤品規(guī)頻繁切換影響，能夠很好地滿足柔性化生產(chǎn)需求。

（2）便于構(gòu)建完整的輔料配盤現(xiàn)場管理體系。輔料“貨到人”智能配盤模式將作業(yè)現(xiàn)場劃分為四大區(qū)域，AGV機(jī)器人、叉車、作業(yè)人員在不同區(qū)域主體作業(yè)，各區(qū)域通過暫存位有效銜接等做法，恰恰符合了人、機(jī)、料、法、環(huán)等現(xiàn)場管理生產(chǎn)要素要求，能夠較為容易地構(gòu)建完整的輔料配盤現(xiàn)場管理體系，進(jìn)一步提升輔料配盤的效率和質(zhì)量。

（3）建立完整的質(zhì)量追溯體系。輔料“貨到人”智能配盤模式中，AGV機(jī)器人要詳細(xì)記錄所有輔料暫存位置和運(yùn)行軌跡，RF設(shè)備要對揀選輔料進(jìn)行電子確認(rèn)，這都要基于完整的輔料條碼體系，利用這套條碼追溯體系，進(jìn)一步延伸，可實(shí)現(xiàn)輔料全過程的質(zhì)量追溯。

5 應(yīng)用啟示

隨著消費(fèi)者個性化、多樣化、訂制化需求趨勢向卷煙消費(fèi)領(lǐng)域蔓延，工業(yè)企業(yè)物流也開始呈現(xiàn)出多品種、小批量、多頻次的特征，與社會物流特別是快遞物流的特征趨于一致。這種趨勢對于工業(yè)物流原有固定化、規(guī)模化作業(yè)體系提出了較大的挑戰(zhàn)，卷煙銷售物流開始向小批量、多頻次、碎片化訂單發(fā)展，原輔料供應(yīng)物流朝彈性化、柔性化、高頻次發(fā)展，原來主要依托人工、機(jī)械化作業(yè)的傳統(tǒng)工業(yè)物流體系已不能滿足這種要求，需要借助智能化、信息化手段對工業(yè)物流體系進(jìn)行升級，這種升級不能是簡單的自動化設(shè)備應(yīng)用，需要對整個工業(yè)物流體系發(fā)展的方向和智能化路徑進(jìn)行重新定位和系統(tǒng)思考。

（1）工業(yè)物流的發(fā)展方向需要重新審視。原來工業(yè)物流體系主要以生產(chǎn)為核心進(jìn)行建設(shè)，更加關(guān)注與生產(chǎn)的銜接環(huán)節(jié)，普遍通過建設(shè)高架庫，建立生產(chǎn)與物流的中轉(zhuǎn)銜接和高緩存平臺，解決上游原輔料物流環(huán)節(jié)、下游卷煙物流流轉(zhuǎn)能力不足問題。這種體系在原來計(jì)劃性較強(qiáng)、生產(chǎn)固化的模式下能夠起到較強(qiáng)的支撐作用，但在彈性化、柔性化生產(chǎn)趨勢下，體系不靈活性、高運(yùn)維成本、瓶頸環(huán)節(jié)明顯等問題逐步顯現(xiàn)。

未來工業(yè)物流體系需要更加整體、靈活，供應(yīng)物流不能僅僅依托高架庫實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)銜接的高緩存，要提升整個體系的流通能力和柔性能力，利用最新的智能化技術(shù)提升原輔料倉庫、配盤等各個環(huán)節(jié)的流通能力，盡力消除體系中的瓶頸環(huán)節(jié)，提升整體流通能力和作業(yè)質(zhì)量，有效支撐柔性化生產(chǎn)。卷煙物流上，改變主要面向生產(chǎn)的模式，更加關(guān)注流通，提高卷煙出庫能力和流通能力，建設(shè)流通能力更高的自動化樓庫，逐步替代出庫能力和流通能力有限的高架庫。

（2）工業(yè)物流智能化的路徑需要更加清晰。工業(yè)物流智能化不是簡單地應(yīng)用自動化設(shè)備，要更加強(qiáng)調(diào)智能化模式、體系的整體應(yīng)用。工業(yè)物流智能化是一個系統(tǒng)工程，不能以整體或個別環(huán)節(jié)的自動化為目標(biāo)，要根據(jù)工業(yè)物流最新發(fā)展趨勢和特點(diǎn)，探索出合適的智能化作業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)作業(yè)模式的徹底革新，在效率、成本、質(zhì)量、安全上實(shí)現(xiàn)大幅度提升。要更加強(qiáng)調(diào)與原有設(shè)施設(shè)備的協(xié)同銜接，有效利用原有設(shè)施設(shè)備，輔料“貨到人”智能配盤模式就充分利用了原有配盤場地，充分利用原有叉車，引入AGV自動化機(jī)器人，對各設(shè)備及人員主體作業(yè)區(qū)域進(jìn)行了劃分，并做好了與輔料高架庫的高效銜接。更加強(qiáng)調(diào)管理體系的輔助完善，智能化體系應(yīng)用后，加快管理體系建設(shè)，特別是現(xiàn)場管理體系和質(zhì)量管理體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境和管理的系統(tǒng)化提升。

（3）工業(yè)物流智能化建設(shè)要面向卷煙供應(yīng)鏈物流。要充分考慮與下游商業(yè)企業(yè)的一體化銜接，依托托盤聯(lián)運(yùn)、紙滑托盤聯(lián)運(yùn)與商業(yè)無縫銜接，減少件煙重復(fù)裝卸搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)卷煙供應(yīng)鏈托盤單元化和一貫化作業(yè)。這需要工業(yè)物流體系支撐更加靈活的托盤碼垛方式，適應(yīng)不同商業(yè)碼垛對接需求和車輛聯(lián)運(yùn)需求。要提升整個體系的流通能力，特別是節(jié)日時點(diǎn)的柔性出庫能力，充分利用現(xiàn)有的卷煙平庫和樓庫，進(jìn)行自動化改造，將樓庫一層改造成卷煙收發(fā)貨中轉(zhuǎn)平臺，實(shí)現(xiàn)卷煙快速收發(fā)貨；要利用AGV機(jī)器人等智能化技術(shù)提升自動化樓庫體系的出貨能力，高峰節(jié)點(diǎn)要能夠直接調(diào)用其它環(huán)節(jié)AGV機(jī)器人瞬間提升整體出入庫能力。