柔性化生产趋势下卷烟辅料智能配盘研究

（贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂，贵州 贵阳 550000）

1 引言

近年来，随着烟草行业生产经营内外部环境变化，卷烟市场总量趋于稳定，消费者需求更加个性化、多样化、订制化。各卷烟工业企业顺应这种需求，卷烟研发、生产、销售等开始朝多频次、小批量、柔性化转变。这对于工业企业物流工作提出了比较大的挑战，特别是在原辅料供应物流环节，由于基础相对薄弱，主要还是以人工作业为主，适应这种趋势存在较大的难度。同时，随着中国制造2025计划的整体推进，国内人工智能快速发展，AGV机器人等自动化、智能化技术开始在各个领域普遍应用，产品价格已经达到了替换人工的边缘地带，各地政府纷纷出台“机器换人”产业政策。物流领域是“机器换人”产业政策的重点受益领域之一，京东、四达一通、日日顺等快递或物流企业，普遍开始自动化、智能化技术的规模化应用，但这些企业并不是简单地应用自动化设备，而是普遍引入基于自动化技术的“货到人”智能拣选模式，取得了非常好的效果。辅料供应物流与电商、快递物流在多品种、小批量、多频次特点上有很多相似之处，基本这些相似点，贵阳卷烟厂探索将“货到人”智能拣选模式引入到辅料配盘环节，系统研究工业企业辅料“货到人”智能配盘模式构建以及管理体系的配套，以期适应柔性化生产需求和越来越大的人力成本压力。

2 卷烟辅料配盘现状

卷烟辅料是生产卷烟产品中不可缺少的重要组成部分，在新产品开发、产品调整、减害降焦等多项工作中起着重要的作用，并且直接影响卷烟产品的质量和生产成本。卷烟辅料物流作业主要分为配盘和配送，辅料配盘主要采用人工作业，按照卷烟生产工艺和高架库存储要求，将不同品种的辅料组垛到同一个托盘上，码放形式、品种和数量按照卷烟配盘标准要求进行配盘，是卷烟辅料物流中的核心环节。辅料配送主要是按配盘标准配好盘之后，将配好的辅料托盘搬运到生产平衡库暂存，再根据生产计划将卷接包机台所需辅料托盘送至生产现场。

目前，大部分工业企业普遍采用库前配盘、高架库暂存、AGV运送到机台的辅料物流模式，这种模式后端高架库暂存和AGV运送到机台环节相对较为成熟。前端库前配盘和运送到高架库环节，主体采用人工和机械混合作业模式，在卷烟生产多频次、小批量、柔性化趋势下，逐步显现一些问题：

（1）作业效率和精准度不能满足需求。原来大品牌辅料普遍采用规模化、固定化的供给方式，每班按品牌及配盘标准进行辅料配盘，辅料品类、作业路径基本固定，作业效率和精准度都有所保障。卷烟个性化、多样化趋势下，卷烟品规不断增多，每班单品牌配盘批量较小，批次增加，配盘品规和配盘路径不断切换，对作业效率和作业精准度影响较大。

（2）作业场地和安全存在隐患。为避免交叉作业，原有辅料配盘不同品规采用物理分离的策略，采用不同场地作业，但随着卷烟品规不断增多，这种物理分离策略基本失效，没办法再大量增加作业场地，只能在原有场地上进行交叉作业。此时人、叉车、液压叉车，在同一个工作场景进行操作，人与机械混合作业，容易出现碰撞，造成人员伤害；作业需要人员之间相互协同、配合，容易出现摩擦和口角；由于机械的操作空间，挤占人员操作空间。总之，存在较大的安全隐患。

（3）人员管理较为复杂。辅料配盘主要依托人工作业，需要大量人员，以贵阳卷烟厂为例，年产量100万箱，生产品牌多达30种，其卷烟辅料配盘需要25名员工。在卷烟个性化、多样化趋势下以及人工成本不断上涨压力下，辅料配盘人工成本压力越来越凸显。同时，辅料配盘人员结构分为卷烟厂自有人员和劳务外包人员，人员结构上的差异也加大了管理难度。

3 辅料“货到人”智能配盘模式

“货到人”拣选系统，就是在物流中心的拣选作业流程中，由自动化物流系统将货物搬运至固定站点以供拣选，即，货动，人不动。目前，“货到人”拣选系统已在快递分拣领域成熟应用，我们将这套体系引入到辅料配盘领域创新应用。

根据卷烟辅料配盘的特点及“货到人”拣选系统要求，我们将辅料配盘平面布局规划出辅料入库区、配盘暂存区、配盘作业区、立库入库区四大区域，设计出存储、拣选、输送三大功能，具体如图1所示：

图1 “货到人”智能配盘整体布局图

3.1 辅料存储功能

主要依托AGV搬运机器人，将所有辅料品种在配盘区域建立一个自动化暂存区，不同品种辅料设置机器自动识别储位；根据配盘所需辅料，机器人代替人工进行长距离找货过程，并自动搬运到配盘工作台，完成配盘自动补货作业；通过WMS维持暂存区的辅料库存平衡，库存不足时自动从大库存要料，并通过AGV搬运机器人完成自动入库作业，具体流程如图2所示。

图2 暂存区作业流程图

3.2 辅料配盘功能

设立配盘工作台，AGV机器人将辅料搬运至此区域；作业人员在电子看板支撑下，借助RF、称重、扫描等一系列技术，完成辅料拣选、电子确认等简单作业过程。配盘工作台一般设计在暂存区边缘位置，并做好与高架库的衔接，根据辅料配盘效率要求，确定配盘工作台数量，具体流程如图3所示。

图3 配盘区作业流程图

3.3 辅料输送功能

利用AGV搬运机器人建立三大自动输送系统，一是暂存区补货自动入库系统，暂存区补货作业只需要叉车将大库辅料搬运至暂存区入库位，AGV机器人自动完成后续入库作业，避免叉车与AGV混合作业。二是配盘区自动补货体系，根据配盘工作台的物料需求，由AGV机器人在暂存区完成初次找货过程，并自动搬运到配盘工作台；补货过程中，机器人RCS系统会对所有辅料货架进行定位并确定相应配盘工作台，同时结合机器人及存储货架的空闲及远近情况，调度合适的机器人去辅料货架。三是立库自动搬运区，配好盘的辅料放置在配盘区固定货架上，通过扫描托盘码产生入高架库任务，机器人RCS系统收到仓储管理系统的指令，前往货架位置，将托盘举起并送至入高架库提升机，提升机将托盘提升到输送滚筒线，托盘入高架库存储，具体流程如图4所示。

图4 配盘区与高架库衔接作业流程图

4 效益分析

辅料“货到人”智能配盘模式契合了工业企业卷烟个性化、多样化趋势，满足了卷烟柔性化生产需求，实现了辅料配盘领域的技术性革命，作业效率、作业精准度、运行成本、作业人员数量等都出现了倍数级的改善，彻底改变了原有辅料配盘作业劳动强度大、作业现场乱、安全隐患存的现状，取得了较好的效果。

4.1 主要经济指标分析

传统的辅料配盘是采用“人找货”方式，主要依托人工凭经验进行配盘，大量时间浪费在找货和搬运过程，作业效率有限，同时人工作业难免出现差错。而辅料“货到人”智能配盘模式解决了以上问题，具有以下优势：

（1）配盘效率大幅提升。与传统人工作业模式相比，辅料“货到人”智能配盘模式优化了配盘订单，利用AGV自动化机器人实现了辅料配盘的初期找货过程，简化了输送系统和人工配盘作业，并实现与原有高架库系统的无缝对接，可将最高配盘效率提升4-6倍，见表1。

表1 配盘效率对比表

（2）作业精准度进一步提高。传统人工配盘模式主要依托工作人员的熟练程度、工作经验、工作责任心等，在配盘过程中随意性大，作业精准度存在一定风险。智能配盘模式引入信息系统对配盘前的辅料进行管理，系统在接到配盘订单后会准确地将配盘任务下发给机器人调度系统，由机器人将需要配盘的原辅料托盘送到拣选工作台，工作人员根据系统提示的电子看板进行拣选、扫码，确定数量及种类。拣选正确，系统才会下发指令让机器人将配好的托盘送至高架库；拣选错误，系统会报警直至拣选正确，可以保证接近100%的拣选正确率。系统可以记录每一个辅料的运行轨迹，从而具有对辅料的质量追溯功能。

（3）后期运行成本大幅降低。原有辅料配盘运行成本主要是作业人员工资，其它设施设备较少。与传统人工配盘相比，智能配盘模式可以实现配盘工序间的并行作业，减少等待、寻找、搬运的时间，根据测算可以减少一半左右的工作人员，人工成本降低一半，设备运行成本和电费消耗总体上增加不多。经过整体测算，预计运行成本降低约54%。

（4）运行安全性大幅提升。智能配盘模式将作业区域严格分为辅料入库区、配盘暂存区、配盘作业区、立库入库区四大区域，配盘暂存区、立库入库区两个区域是AGV机器人的运行区域；辅料入库区是叉车与AGV机器人的衔接区域，通过入库暂存位衔接，避免了交叉运行；配盘作业区是人工主体作业区域，AGV机器人进行补货和立库入库衔接，设置了专门的暂存位衔接，同时AGV机器人具有防碰撞功能，消除了作业人员安全隐患。总之，四大区域的设置及不同类型设备、人员的相对独立运行，有效避免了传统作业中人、叉车混合作业所带来的安全隐患，大大提升了作业安全性。

4.2 其它优势分析

（1）满足柔性化生产趋势。辅料“货到人”智能配盘模式在卷烟品规批量小、配盘切换频繁时，更能发挥它的优势。暂存区可以存储所有品牌所需辅料品类，由AGV机器人根据品牌及盘型进行辅料的初次找货、搬运，送到作业人员面前，作业人员效率完全不受品规数量众多、配盘品规频繁切换影响，能够很好地满足柔性化生产需求。

（2）便于构建完整的辅料配盘现场管理体系。辅料“货到人”智能配盘模式将作业现场划分为四大区域，AGV机器人、叉车、作业人员在不同区域主体作业，各区域通过暂存位有效衔接等做法，恰恰符合了人、机、料、法、环等现场管理生产要素要求，能够较为容易地构建完整的辅料配盘现场管理体系，进一步提升辅料配盘的效率和质量。

（3）建立完整的质量追溯体系。辅料“货到人”智能配盘模式中，AGV机器人要详细记录所有辅料暂存位置和运行轨迹，RF设备要对拣选辅料进行电子确认，这都要基于完整的辅料条码体系，利用这套条码追溯体系，进一步延伸，可实现辅料全过程的质量追溯。

5 应用启示

随着消费者个性化、多样化、订制化需求趋势向卷烟消费领域蔓延，工业企业物流也开始呈现出多品种、小批量、多频次的特征，与社会物流特别是快递物流的特征趋于一致。这种趋势对于工业物流原有固定化、规模化作业体系提出了较大的挑战，卷烟销售物流开始向小批量、多频次、碎片化订单发展，原辅料供应物流朝弹性化、柔性化、高频次发展，原来主要依托人工、机械化作业的传统工业物流体系已不能满足这种要求，需要借助智能化、信息化手段对工业物流体系进行升级，这种升级不能是简单的自动化设备应用，需要对整个工业物流体系发展的方向和智能化路径进行重新定位和系统思考。

（1）工业物流的发展方向需要重新审视。原来工业物流体系主要以生产为核心进行建设，更加关注与生产的衔接环节，普遍通过建设高架库，建立生产与物流的中转衔接和高缓存平台，解决上游原辅料物流环节、下游卷烟物流流转能力不足问题。这种体系在原来计划性较强、生产固化的模式下能够起到较强的支撑作用，但在弹性化、柔性化生产趋势下，体系不灵活性、高运维成本、瓶颈环节明显等问题逐步显现。

未来工业物流体系需要更加整体、灵活，供应物流不能仅仅依托高架库实现与生产衔接的高缓存，要提升整个体系的流通能力和柔性能力，利用最新的智能化技术提升原辅料仓库、配盘等各个环节的流通能力，尽力消除体系中的瓶颈环节，提升整体流通能力和作业质量，有效支撑柔性化生产。卷烟物流上，改变主要面向生产的模式，更加关注流通，提高卷烟出库能力和流通能力，建设流通能力更高的自动化楼库，逐步替代出库能力和流通能力有限的高架库。

（2）工业物流智能化的路径需要更加清晰。工业物流智能化不是简单地应用自动化设备，要更加强调智能化模式、体系的整体应用。工业物流智能化是一个系统工程，不能以整体或个别环节的自动化为目标，要根据工业物流最新发展趋势和特点，探索出合适的智能化作业体系，实现对传统作业模式的彻底革新，在效率、成本、质量、安全上实现大幅度提升。要更加强调与原有设施设备的协同衔接，有效利用原有设施设备，辅料“货到人”智能配盘模式就充分利用了原有配盘场地，充分利用原有叉车，引入AGV自动化机器人，对各设备及人员主体作业区域进行了划分，并做好了与辅料高架库的高效衔接。更加强调管理体系的辅助完善，智能化体系应用后，加快管理体系建设，特别是现场管理体系和质量管理体系建设，实现作业质量、环境和管理的系统化提升。

（3）工业物流智能化建设要面向卷烟供应链物流。要充分考虑与下游商业企业的一体化衔接，依托托盘联运、纸滑托盘联运与商业无缝衔接，减少件烟重复装卸搬运，实现卷烟供应链托盘单元化和一贯化作业。这需要工业物流体系支撑更加灵活的托盘码垛方式，适应不同商业码垛对接需求和车辆联运需求。要提升整个体系的流通能力，特别是节日时点的柔性出库能力，充分利用现有的卷烟平库和楼库，进行自动化改造，将楼库一层改造成卷烟收发货中转平台，实现卷烟快速收发货；要利用AGV机器人等智能化技术提升自动化楼库体系的出货能力，高峰节点要能够直接调用其它环节AGV机器人瞬间提升整体出入库能力。