原料自动化立体仓库按序均衡投料系统设计

郭天文 黄许立

摘 要：为解决传统卷烟工业企业片烟无法严格按序投料问题，通过对烟草行业原料高架库自动化物流系统投料流程改造，构建一套基于配方指定顺序的制丝投料系统，为行业有类似改造需求提供了可借鉴的有效经验。结果表明，本系统能满足工艺投料顺序控制要求，又能实现生产线之间均衡出库，是一种良好的制丝投料质量控制物流解决方案。

关键词：物流；投料；按序

一、引言

立體仓库自动化物流系统在烟草行业中已经得到普遍应用[1]，在传统的烟草工业物流中，制丝生产的投料流程是，自动化物流系统根据制丝集控系统发起的生产线投料指令，向上位系统如生产调度系统获取投料单信息，物流仓储管理系统根据投料单明细信息产生出库任务明细， 物流仓储控制系统将出库信息下达给底层控制系统，先由堆垛机将原料托盘从货架上出库，再由穿梭车、辊道/链式输送机等设备将原料从高架库出库到指定的生产线。

为确保成丝质量，减少同个原料配方实际片烟投料顺序与配方指定顺序不一致对成品卷烟品质的影响，越来越多的卷烟生产企业要求制丝投料时，原料必须按照配方指定的顺序出库到制丝生产线，但传统的出库方法却无法保证顺序的准确性以及投料的及时性，原因包括：

（1）原料在从起点到终点的输送过程中存在多条路径，各个路径的通行效率差异导致了对托盘到达终点时机不能有效的控制。

（2）缺少对堆垛机执行任务的优先级的有效控制。同一个投料单内，堆垛机执行任务的优先级与配方指定的出库顺序不一致，同一个堆垛机很可能将后出库原料优先出库。

（3）堆垛机执行出库任务将托盘放置在堆垛机放货站台后，往往是将托盘直接向生产线输送，没有考虑多个托盘同时输送时的先后顺序。而且由于多台堆垛机之间容易形成优先级冲突，难免造成不同优先级的任务相互等待执行但又无法得到执行的情况，影响生产。

（4）堆垛机出库放货站台到制丝开包机站台之间还有一定的距离，必需规划好合理的输送路径以及严格控制任务执行顺序，否则也很可能造成堆垛机后执行任务的原料优先输送到制丝生产线上。

二、系统设计

本系统通过对自动化立体仓库制丝投料出库流程重新设计，采用先进的任务调度方法，确保制丝车间投料时，堆垛机均衡执行任务，同时又保证每一条生产线从高架库自动输送的原料都与配方指定的出库顺序一致，减少同种原料配方投料顺序不一致对成品卷烟品质的不良影响。

1、业务设备流程设计

如上图1所示，原料立体高架库中的每一台堆垛机设置唯一的堆垛机放货站台，在堆垛机放货站台到公共输送线之间，设置一个唯一的等待排序站台，当托盘出库到该站台时先中断前行，等待排序放行。

在公共输送线与各投料生产线的分叉点设置唯一的排序控制站台，所有的出库托盘都经过该站台，同时确保该站台到每一条投料线终端都只有唯一的一条路径，确保托盘在从排序控制站台输送到投料线终端时顺序不会被打乱。

2、业务软件流程

2.1 堆垛机任务优先级控制流程

原料配方在制定时，指定每一件原料的出库顺序优先级，自动化物流系统在生成任务时，每一条任务初始化优先级与配方指定的出库顺序优先级一一对应，同时如果检测到车间已有生产线在投料，则新增的投料任务需与正在投料中的所有未完成任务的优先级重新计算，使得每一投料订单在各巷道内的任务优先级均衡分布，堆垛机按照这个调整后的优先级执行任务时，取货顺序依然保证与配方指定顺序一致，同时也可避免堆垛机一直执行某一生产线的出库任务，导致其他生产线长时间等待现象。

首先是初始化物料和任务信息 ，获得各生产线物流已产生出库任务但还未执行的数量K和任务优先级信息Tp[b]，同时获得当前预投料的物料信息S[j]和计算需要从高架库出库的任务数量N。

如果N<=K，即新增需要从高架库出库的任务数小于各生产线已产生任务但还未执行的任务数K，则当前投料单的产生的所有任务优先级与其它线物流已产生出库任务但还未执行的优先级最高的前K条任务优先级保持一一对应。

如果N>K，新增需要从高架库出库优先级最高的前K条任务，与已产生任务但还未执行的任务的优先级一一对应，对于剩下的N减K条任务，以Tp[K]值加1为标准，作为物流系统所产生剩下任务的出库优先级，每产生一条出库任务，对应的Tp[K]加1。

2.2 排序控制流程

制丝投料生产时，当排序控制站台无托盘时（即空闲状态）且公共输送线也未被出库托盘占用，系统按投料线交替轮询检测各堆垛机等待排序站台是否有待出库的托盘，如果有，则选择优先级最高的托盘，系统在该投料单所有未经过排序控制站台的任务中再次校验优先级如果最高（因放货站台的托盘对堆垛机而言优先级最高，但对整个投料单而言不一定最高，所以必须再次校验），则使其经过排序控制站台直接往投料线输送，否则该投料单继续等待，系统处理下一个投料单。在堆垛机放货站台托盘往排队控制站台输送过程中，即使等待排队站台有满足出库条件的托盘也不允许出库，即保证等待排序站台与排序控制站台之间每次最多有且仅有一个托盘在输送。

三 应用效果

某卷烟工业企业基于本文所述方法设计了片烟自动化立体高架库自动化物流系统，该系统共包括3台堆垛机，每一台堆垛机唯一对应一个放货站台1027、1037、1046，唯一对应一个排序等待站台1028、1038、1047，1049是排序控制站台，共有制丝三条生产线A、B、C线，分别对应1119、1115和1111三个投料口，且从1049开始到每一条生产线终端，路径唯一。

制丝投料生产时，3台堆垛机按照任务优先级将托盘出库到各自对应排队等待站台，当1030、1032、1040、1041、1045、1049等公共站台没有出库托盘时，物流系统通过对排队站台托盘的检测、校验，先将当前投料单优先级最高的托盘输送出库，当托盘经过1049站台时，寻找下一个投料单可出库的托盘，同时将该托盘经过1077站台提升机输送到相应的制丝生产线。

四、结论

本系统在烟草自动化立体仓库中的应用，为解决传统烟草工业原料出库顺序无法与配方指定的出库顺序严格一致的问题提供了可借鉴的有效经验，同时在满足工艺要求的基础上又能生产线之间均衡出库，有效避免各生产线之间长时间等料、断料等现象，实现了出库效率与工艺质量的有效协同，满足企业对卷烟质量的精细化生产要求，是一项有良好发展前景的制丝投料质量控制物流解决方案。

参考文献：

[1]周海滨，成伟，王玉，等. 自动化物流系统任务驱动系统的设计[J].物流技术与应用， 2015，181（8）： 135-136.

[2]李志.《自动化立体仓库存取作业调度两阶段优化研究》[D].重庆工商大学，2015.

[9]王强，徐俊刚，王宏安，等. 一种新的基于优先级表的实时调度算法[J].电子学报， 2004（2）：310.

作者简介：

郭天文（1978-），男，本科，工程师，现就职龙岩烟草工业有限责任公司，主要从事物流自动化软件工程工作，

*通讯作者：黄许立