RFID 技術在煙草箱式儲絲過程中的應用

胥國芳，姜漢棟，李瀟飏，李 磊，羅琪松，方厚儒，別曼霓

（湖北中煙武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術在近些年得到了快速的發(fā)展，它比傳統(tǒng)的識別技術儲存量大，可遠距離快速識別，而且數(shù)據(jù)可隨時更新，使用起來簡單準確，特別是在物流行業(yè)應用較廣泛。湖北中煙武漢卷煙廠自2018 年異地技改正式投產使用以來，智能物流的發(fā)展得到極大的重視，廠內6 個大規(guī)模的智能高架庫，采用德馬泰克堆垛機、KUKA 機器手、豐田環(huán)形穿梭車、范德蘭德分揀線等一系列進口先進設備，實現(xiàn)了廠內智能物流。

武漢卷煙廠煙絲儲存主要為柜式儲絲，隨著2018 年異地技改的完成，添加了箱式儲絲，煙絲高架庫主要用于對箱式儲絲的煙箱進行管理。從煙絲的裝箱入庫、煙箱的儲存到煙絲的出庫風送，都是由煙絲高架庫系統(tǒng)完成。在煙絲高架庫中，由于有不同牌號批次的煙絲，需要對煙箱進行分類管理，但是所有的煙箱外形和尺寸都是一個標準，基于此情況，在煙箱轉運過程中添加RFID 系統(tǒng)，每一個煙箱底部安裝一個RFID 標簽，給每一個煙箱制定唯一“身份”，便于煙箱的管理。

1 RFID 的技術原理和優(yōu)點

1.1 RFID 工作原理

RFID 是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預。作為條形碼的無線版本，RFID 技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。

1.2 RFID 優(yōu)點

RFID 系統(tǒng)由標簽、讀卡器和電腦網(wǎng)絡組成，在使用過程中無需人工操作，可降低人工成本，而且使用起來簡單有效，安全性好。RFID 具體有以下4 個方面的優(yōu)勢：

（1）使用壽命長。在合適的位置安裝好標簽和讀卡器后，讀卡器和標簽沒有受到外力破壞的情況下可一直使用。

（2）識別方便且有效距離長。讀卡器在讀取標簽時不需要光源，還可以透過外包裝讀取。在特殊需求時，采用自帶電池的標簽，有效讀取距離可達到30 m 以上。

（3）讀取速度快。標簽一進入磁場，讀卡器就可實時讀取信息，可實現(xiàn)生產過程中的連貫性。

（4）標簽的數(shù)據(jù)可更改。可以在電腦系統(tǒng)中查看并修改標簽的信息。

2 箱式儲絲簡介

在卷煙技術領域，配方煙絲在生產過程中的存放通常是將整批量煙絲進入柜體內，由出柜系統(tǒng)直接將成品煙絲送入喂絲機風送至卷包機。在貯絲工藝上，黃鶴樓的科技人員受酒越存越醇的思維啟發(fā)，在傳統(tǒng)煙葉加工工藝的基礎上獨創(chuàng)“木桶理論”。黃鶴樓采用特制木桶作為煙絲貯存的容器，通過木桶散發(fā)的特殊物質與煙絲完美融合，能夠提升煙氣的享受感，增加煙香的醇厚感，賦予產品特殊的香氣風格，形成獨特的“木桶理論”。方法是將配方煙絲放入體積為5～1000 L 的木桶中，置于陰涼干燥的室內，保持室內溫度20～30 ℃，濕度50%～70%，貯存后取出，用于提高煙絲的吸味品質，進一步提高煙絲品質。

2018 年，武漢卷煙廠異地技改完成，新廠正式投產。在貯絲工藝上，新廠新加箱式貯絲，箱式貯絲在“木桶理論”的基礎上更便于轉運和管理，煙絲高架庫正是通過物流上位系統(tǒng)和調度系統(tǒng)對箱式儲絲的煙箱進行管理，可實現(xiàn)較高的智能化。

3 基于RFID 技術的煙絲庫應用

基于RFID 技術的管理系統(tǒng)的核心是：每件物品都附加了電子標簽，相應的在庫區(qū)各出入口的通道處設置RFID 讀寫器。貨物在通過讀寫器時，讀寫器即可通過貨物上的電子標簽獲得貨物的信息，將讀取的信息直接發(fā)至物流WMS（Warehouse Management System，倉庫管理系統(tǒng)）上位管理系統(tǒng)用以支配。

3.1 煙箱初始化流程

煙箱入庫前，首先在每一個煙箱底部正中央安裝一個RFID標簽，便于煙箱后續(xù)的使用及儲存信息。并對煙箱的內外進行清潔，按工藝要求裝入指定的煙絲，定時、定量老化煙箱，消除煙箱內的雜氣。老化完成后，人工將合格的煙箱用抱車夾放在任意的3 個初始化站臺上，8 s 延時后煙箱通過輸送鏈機自動運行至相對應的入庫站臺，每個入庫站臺中間安裝有RFID 讀碼器，空煙箱運行至入庫站臺后會自動停下，需人工在操作屏上將煙箱上的箱號寫入RFID 標簽里，讀碼器讀寫完成后，煙箱會自動產生入庫任務進出高架庫內。

煙箱初始化完成后，系統(tǒng)將每個標簽和固定的煙箱進行捆綁，并將唯一的數(shù)字存儲在標簽內標記煙箱的號碼，使該煙箱具有唯一性，方便后續(xù)煙箱使用的統(tǒng)計和管理。RFID 檢測采集裝置如圖1 所示。

圖1 RFID 檢測采集裝置

3.2 煙箱入庫流程

煙絲高架庫的煙絲裝箱入庫流程采用現(xiàn)代化物流與RFID 相結合的技術，提高工作效率，減少出錯率。通常情況下，物料在初次入庫時，需要倉庫管理員手動將物料的名稱、數(shù)量等信息錄入到RFID 標簽中，再做對應的入庫處理，方便物料的入庫和查詢。

而煙絲高架庫的煙絲裝箱入庫系統(tǒng)更加簡潔可靠，只需操作人員在物流WMS 系統(tǒng)上下達煙絲裝箱入庫計劃，煙絲將通過裝箱站自動裝箱入庫。操作人員在物流WMS 系統(tǒng)入庫計劃中根據(jù)生產計劃選擇“提單”生成計劃后，系統(tǒng)將自動進行煙絲批牌號的對比，對比無誤后煙絲經過裝箱站裝入煙箱。裝箱完成后，載有煙絲的煙箱運行至RFID 讀碼器時，讀碼器將煙絲的牌號、批次、煙絲重量等信息自動寫入RFID 標簽中，寫入成功后煙箱生成入庫任務。WCS 系統(tǒng)調度物流鏈機、穿梭車、堆垛機等設備將載有煙絲的煙箱放入系統(tǒng)指定的貨位。煙絲裝箱入庫防差錯功能PLC程序如圖2 所示。

圖2 煙絲裝箱入庫防差錯功能

3.3 煙箱出庫流程

為了跟上黃鶴樓卷煙產品不斷創(chuàng)新的步伐，武漢卷煙廠制絲車間煙絲儲存方式不斷改進，在木桶儲絲的基礎上增加箱式儲絲，箱式儲絲不但吸取木桶儲絲的優(yōu)點還方便運輸，在增加高架庫和物流系統(tǒng)后，可使箱式儲絲量化生產，滿足生產的需求。

煙絲高架庫的煙絲箱出庫后，由機器手夾起煙箱自動把煙絲翻入喂料倉中，煙絲經喂料倉進入喂絲機后風送至卷包機。煙絲產品的多樣化對煙絲高架庫出庫的牌號批次對比要求就更高，在卷煙制品生產過程中，煙絲的混牌、混批是無法容忍的質量事故，為了杜絕這一類質量事故的發(fā)生，煙絲高架庫應用RFID 技術和WMS 上位系統(tǒng)對出庫煙絲箱牌號批次進行一環(huán)扣一環(huán)的4 重對比，任何一個環(huán)節(jié)對比失敗，煙絲不會流入到下一工序。

3.3.1 生產出庫計劃與煙絲高架庫庫存對比

煙絲裝箱入庫進入高架庫指定的貨位后，煙絲的牌號、批次、箱號及重量等信息都會在WMS 系統(tǒng)中形成庫存，在庫存查詢功能中可查詢到高架庫內所有煙絲的詳細信息。收到生產指令后，在WMS 系統(tǒng)中下達出庫任務，出庫的生產計劃與煙絲高架庫的庫存進行牌號批次的對比，對比成功煙箱正常出庫并輸送到指定的站臺，對比失敗煙箱不出庫并在系統(tǒng)主服務請求中報警提示。

3.3.2 物流出庫計劃與煙絲風送計劃對比

煙絲經喂料倉進入喂絲機后風送至卷包機，為防止煙絲混牌，此時物流的出庫計劃需要與煙絲生產計劃做對比。根據(jù)生產指令下達生產計劃后，煙絲的風送計劃會和物流出庫的煙絲進行批牌號的對比，對比成功發(fā)送給機器手抓箱信號，機器手自動抓箱，送至喂料倉讀碼器處進行讀碼。對比失敗機器手無抓箱動作，生產操作屏會報警煙絲批次牌號對比錯誤提示，相關操作人員可核對煙絲信息進行修改。物流出庫計劃界面如圖3 所示，風口生產計劃界面如圖4 所示。

圖3 物流出庫計劃

圖4 風口生產計劃

3.3.3 RFID 標簽信息同時與風口生產計劃和物流信息對比

機器手抓取煙箱后，并不會直接把煙箱里面的煙絲翻入喂料倉里面，而是送至喂料倉讀碼器處進行讀碼。每個喂料倉的上方裝有一個RFID 讀碼器，機器手把煙箱送至喂料倉上方時，將煙箱底部的RFID 芯片對準讀碼器感應，讀碼器讀出的煙絲牌號和批次信息傳輸至PLC 中與風口生產計劃和物流信息同時對比。對比成功機器手將煙絲翻進喂料倉中，對比失敗機器手將煙箱放置在回庫站臺，生成對比失敗的任務，煙箱自動回庫并凍結該煙箱做后續(xù)處理。RFID 此次對比主要防止在煙絲換牌生成時容易出現(xiàn)的誤操作，喂料倉讀碼系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 喂料倉讀碼系統(tǒng)

3.3.4 風口送絲計劃與卷包機臺生產計劃對比

以上3 種牌號批次的對比，理論上可以杜絕煙絲的混牌、混批，但是以上所有的計劃下達環(huán)節(jié)都是由同一名操作工進行操作，存在同時3 處計劃都下發(fā)錯誤的風險。風口送絲計劃與卷包機臺生產計劃的對比是供絲前的最后一道防差錯，喂絲機內的煙絲牌號與卷包機生產計劃完全一致時方可正常供絲，否則喂絲機的雙向皮帶橋停止運行，煙絲無法流入下道工序。煙絲高架庫入庫口如圖6 所示。

圖6 煙絲高架庫入庫口

4 結束語

武漢卷煙廠煙絲儲存主要為柜式儲絲，隨著2018 年異地技改的完成，添加了箱式儲絲，煙絲高架庫主要用于對箱式儲絲的煙箱進行管理。通過分析在煙絲高架庫中應用RFID 技術，實現(xiàn)智能化物流。RFID 技術在提高管理信息化水平的同時，節(jié)約管理成本，提高管理效率，具有較高的應用價值和廣闊的應用前景。